IGBT短路測試：原理深度解析與實(shí)驗(yàn)方法指南
日期：2024-03-07 16:23:26 瀏覽量：1858 標(biāo)簽: IGBT檢測
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一種常用的功率半導(dǎo)體器件，具有開關(guān)速度快、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，IGBT在使用過程中可能會出現(xiàn)短路故障，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對IGBT進(jìn)行短路測試是必不可少的。本文將深度解析IGBT短路測試的原理，并提供實(shí)驗(yàn)方法指南，幫助讀者更好地了解和掌握這一重要的測試技術(shù)。
一、IGBT短路測試的意義
在評估設(shè)備性能方面，IGBT短路測試是不可或缺的。通過短路測試，可以準(zhǔn)確評估設(shè)備在短路情況下的工作狀態(tài)、耐受能力和保護(hù)機(jī)制是否有效。
短路測試的核心目標(biāo)是確定兩種常見的短路類型：橋臂內(nèi)短路和橋臂間短路。只有充分了解這些短路類型及其特征，才能針對性地設(shè)計(jì)保護(hù)措施，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
二、橋臂內(nèi)短路測試
橋臂內(nèi)短路（直通）是一種硬件或軟件失效，導(dǎo)致短路回路中的電感量較小（100nH）的狀況。常用的短路保護(hù)手段是使用VCE(sat)檢測。
橋臂內(nèi)短路測試示意圖：通過調(diào)壓器和接觸器將母線電容電壓充至所需值，在關(guān)閉上管IGBT的門極后，使用粗短的銅排進(jìn)行短路，然后對下管IGBT釋放一個(gè)單脈沖，形成直通狀態(tài)。
橋臂內(nèi)短路測試的注意事項(xiàng)：
應(yīng)特別關(guān)注短路排的長度和粗細(xì)對測量結(jié)果的影響；
確保短路測試所需能量來自母線電容組；
上管IGBT一直處于關(guān)閉狀態(tài)，但是其二極管在短路電流續(xù)流方面起到重要作用；
測試需要測量下管的Vce、Vge和Ic三個(gè)物理量；
注意選擇正確的電流探頭位置，以獲取準(zhǔn)確的電流波形。
三、橋臂間短路測試
橋臂間短路是由于相間短路或相對地短路引起的，短路回路中的電感較大（uH級別）?？刹捎肰CE(sat)檢測或霍爾檢測電流變化等方式進(jìn)行短路保護(hù)。
在橋臂間短路測試中，電感量是不確定的，需要靈活應(yīng)用不同的保護(hù)手段，結(jié)合具體情況進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)。
四、短路測試實(shí)驗(yàn)步驟
確定單脈沖寬度：在低電壓情況下，確認(rèn)所發(fā)單脈沖的寬度，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
發(fā)送單脈沖進(jìn)行初步確認(rèn)：將母線電壓調(diào)至20~30V，發(fā)送一個(gè)單脈沖，確認(rèn)電流探頭方向和物理量測量的準(zhǔn)確性，以及示波器捕捉能力。
調(diào)整母線電壓：將母線電壓調(diào)至額定值，斷開進(jìn)線接觸器，并發(fā)送一個(gè)單脈沖，確認(rèn)示波器能夠正確捕捉到該時(shí)刻。
合適的母線電壓設(shè)置：母線電壓應(yīng)適當(dāng)調(diào)整以避免出現(xiàn)奇怪的振蕩現(xiàn)象，對于不同規(guī)格的IGBT，應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置合理的母線電壓。
關(guān)注短路電流和Vce電壓：觀察短路電流的最大值，并與規(guī)格書中的數(shù)值進(jìn)行比較，判斷是否過高或存在電流震蕩問題。同時(shí)關(guān)注Vce電壓，在退飽和開始計(jì)時(shí)至電流被關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)應(yīng)控制在10微秒以內(nèi)。
注意門極鉗位電路：門極鉗位電路對短路電流峰值有重要影響，需特別關(guān)注其性能，以確保安全。
注意環(huán)境溫度：環(huán)境溫度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著影響，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格選擇適當(dāng)?shù)臏囟葓?zhí)行實(shí)驗(yàn)。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
通過電流上升率di/dt可計(jì)算短路回路中的總電感量，并減去之前測得的雜散電感量，得到插入銅排的電感量。
關(guān)注短路電流的峰值，判斷是否過高且是否存在電流震蕩現(xiàn)象。
觀察退飽和所需的時(shí)間和關(guān)斷時(shí)Vce電壓的尖峰高度，判斷是否存在危險(xiǎn)，并驗(yàn)證有源鉗位是否正常工作。
門極電壓的評估需要謹(jǐn)慎，因?yàn)樵跍y試中di/dt和du/dt都很大，門極探頭易造成不準(zhǔn)確測量。
IGBT短路測試是保證設(shè)備正常運(yùn)行的重要手段，本文對其原理進(jìn)行了深入解析，并提供了實(shí)驗(yàn)方法指南。在實(shí)際操作中，我們要注意測試步驟的正確執(zhí)行，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析和優(yōu)化，以確保IGBT在短路情況下的穩(wěn)定可靠工作。只有通過充分的短路測試，我們才能更好地保障電力設(shè)備的運(yùn)行效果和人員的安全。
