杂散电感对。IGBT。开关进程的影响(1)。

1 简介。

IGBT的开关损耗特性研讨对IGBT变流器规划具有重要的含义，在有结构紧凑性要求或牢靠性要求较高或散热条件特别的场合，都需求严厉按器材损耗特性进行大余量热规划以保证IGBT及IGBT变流器的温升在长时刻牢靠性运转所答应的规模之内。IGBT 是干流中大容量/中高速器材，开关损耗特性研讨得到一向注重。作为典型MOS门极压控器材，其开关损耗首要决议于开关作业电压、。电流。、温度以及门极驱动状况等要素，体系的结构如主回路杂散电感会影响IGBT的开关特性，从而影响开关损耗，任何对其开关功用的研讨都必定建立在试验测验根底之上，并在实践规划中尽量优化以下降变流回路杂散电感。

(a) 测验电路原理图。

(b) 测验波形原理图。

图1 功率开关开关功用测验渠道原理。

图1是典型的IGBT 开关特性测验渠道。作业原理。，其基本方式是用IGBT、。二极管。、电感、直流。电源。组成斩波器，模仿。各种开关作业状况，用于测验，电路如图1(a)。其间DUT 是被测验的带反并联二极管IGBT（Device Under。 Te。st），与完全相同的IGBT 组成一个桥臂，再串联以同轴电流。传感器。（Coaxial Shunt），跨于直流母线与参阅电位（地电位）之间。DUT 的对管门极反偏以保证牢靠阻断，这使得它只是担任一个二极管（D）的人物，用以续流，而电感L跨接在桥臂中点与母线上，作为斩波器的负载。DUT 的门极驱动则受控可调，一般按双脉冲方式组织，如图1(b)所示。在直流母线可用前提下，从t0 时刻开端DUT 被触发导通，直流电压施加于电感L 上，使得其电流从零开端线性上升，到时刻t1，DUT 电流（亦即电感电流）上升到所期望的测验值，关断DUT，可进行关断特性纪录丈量。DUT 的阻断保持到t2 时刻，期间电感电流通过对管反并二极管续流，有细微能量丢失在续流二极管以及线圈。电阻。上，这一时刻距离程度挑选有必要满意长以满意关断功用测验的最短时刻要求，一起又应该尽量短以减少电感电流因续流损耗而下降的起伏。t2 时刻DUT 再次注册，此刻可在与t2 时刻相似的电压电流条件下进行器材注册特性测验。第2次导通持续到时刻t3，时刻距离因在满意注册测验安稳前提下尽量短，尔后电感电流续流到自然衰减为零。相似电路应该具有母线电压调整功用、器材结温操控功用以及DUT 门极驱动条件调理才能、电压电流数据收集才能等等。简直一切的器材厂商供给的开关特性数据都是根据以上结构、原理测验取得的。

2 实践测验渠道剖析。

2.1 杂散电感散布在实践测验渠道构建中有必要认识到，以上结构、原理、剖析仍然是根据抱负条件下的，在实践中往往有所收支。实践电路与原理电路的差异一般表现在元件非抱负特性以及散布参数两个方面，在这个比如里咱们侧重评论散布参数对电路的影响。图2 是考虑散布杂散电感修改后的测验渠道。电路原理。图。其间直流母线等效串联电阻疏忽不计，其等效串联电感从拓扑上看串联于母线引线电感，固将其归并考虑。图中别离以Lp、Lc、Lg、Le 命名引线电感、IGBT集电极电感、门极驱动等效电感以及发射极电感。关于自建测验渠道而言，进行测验的是完好。产品。化器材，与。半导体。厂商能够进行裸片测验想差异，导致器材引线电感难以疏忽。别的，因为测验渠道中。驱动电路。相对固定，Lg 对测验成果影响在阻尼驱动状况下可等效于驱动等效串联电阻，因而本文对其不加胪陈。图中需求留意的是地电位方位与测验器材开关特性的传感器接入方位：DUT 电压丈量探头跨接于地与桥臂中点邻近，电流传感器串联在DUT 发射极与地之间，这样的接法完全是出于共地安全考虑，它直接决议了图中所列各散布电感对丈量成果影响的有无。

2.2 开关测验进程剖析以 DUT 从阻断到导通再到阻断为一个典型作业循环进程来剖析杂散电感参数的影响，可制作原理波形图如图3 所示。

图 2 测验渠道中杂散电感的散布状况。

图 3 散布电感对丈量波形的影响原理示意图。

从 t0 时刻起门极关断。信号。宣布，通过一段短时刻器材延时，DUT 端电压于t1 开端上升，知道t2 时刻到达直流母线电压，在此期间因为极间。电容。相似抽流的密勒效应，门极电压出现渠道状。t2 之后续流二极管D 得以导通，DUT电流开端下降，而D 电流与之互补上升，这一进程在图中近似按线性进程绘出。按各自不同参阅方向，Lp1、Lp4、Lc2、Le2、Lp5、Lp6 上承载的电流快速下降，而Lp2、Lc1、Le1、Lp3 的电流从零开端敏捷上升，各自两头感应电势均遵从。电工。基本原理，与电感量以及电流改变率成正比，它们的物理实质是要为电流找到途径，必定将所存储能量转移到DUT 等效结电容上，构成一个电压尖峰ΔV1。但是，并不是一切这些感应电压都会反映到丈量电压中来，因为丈量点的组织，DUT 的集电极以及发射极散布电感电压以及其发射极与地之间散布电感Lp5 两头感应电压都不会被测得。因而用于功耗核算的管端电压瞬时值是要小于实践状况的，其解析表达为：

这一电压叠加在直流母线电压上，使得关断损耗Eoff 构成区间t1-t2-t3 中t2-t3 段电压添加，损耗功率增大，丢失能量添加。应该正确理解的是，没有出现在公式里的三个电感量并不是不参加影响关断损耗，从主功率回路视点来看，它们对关断损耗的影响与上述散布电感是同向的，在实践丈量中应当尽量减小这几个电感值。持续上述开关进程描绘，DUT 安稳阻断状况下，门极导。通讯。号于t4 时刻宣布，通过时刻短延时后，在t5 时刻管电流开端上升，这一进程相同近似认为是一个线性进程进行图示，DUT的电流上升对应D 电流下降，在散布电感上起到反方向效应：Lp1、Lp4、Lc2、Le2、Lp5、Lp6上承载的电流快速上升，而Lp2、Lc1、Le1、Lp3的电流敏捷下降，这一进程相同感应出电动势，其总和为ΔV2，却并非叠加在管电压上，而是从其削去一块。其解析表达与ΔV1 方式上完全一致，其间括弧内部分能够整体界说为Lp，即效应在管电压丈量中得以反映的主回路杂散电感：

相同按电压电流堆叠形成开关损耗来剖析，杂散电感使得器材注册期间管端电压有所下降，因而对器材注册损耗Eon 出现减少效应。相同，没有在公式中得到表现的三个量并非不参加这个物理进程，在实践丈量中应尽或许减小其数值以求丈量准确。2.3 驱动回路寄生参数剖析上述很多散布电感中，只要一个与其他较为不同，即DUT 的发射极杂散电感Le2。它不只效果于主电流流经回路，也一起存在于驱动回路中，因而其感应电动势不但从增减管电压视点影响开关损耗，也从增减门极驱动电压的视点影响开关损耗。不难直观看到，因为门极驱动电压额定值低，在这方面的效应恐怕更为杰出。在 DUT 关断期间，存在如下联系：

其间uge 是门极实践电压，udrive 是驱动电路施加在管脚上的电压。主电流快速降落在发射极杂散电感上感应出的电压在DUT 关断期间正向叠加在器材门极上，使得本该下降的门极电压下降趋势减缓，随之进一步延缓了关断进程。这样，Le2 感应电压从门极驱动电路效果延长了关断管电压、电流堆叠时刻，添加了关断损耗。调查相反开关进程，在DUT 注册期间，Le2 电流敏捷上升，感应电动势方向相当于对驱动电压进行减少：

在注册期间，门极电压越敏捷上升到饱满导通值注册管电压电流堆叠时刻越短，以上效应则是在这一进程中下降了门极电压，减慢了注册速度，拉长了注册电压电流堆叠时刻，对注册损耗的效应相同是添加。

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