IGBT双脉冲测试中负载电感应该怎么接?

半导体守护者 2024-03-14 16:49:47

大家好,这期我们聊一下IGBT双脉冲测试中负载电感的接法,你可能会说这也太简单了吧,如果测试下管IGBT,就把电感并联在上面的二极管上,如果测试上管IGBT,那就把电感并联在下面的二极管上,这个还有什么讲究吗?

大家说的没错,电感肯定是要并接在二极管两端,那是直接并联在二极管的引脚上,还是二极管两侧的任意一个位置也可以?以图1为例,电感的a端子连接二极管的阴极,b端子接二极管的阳极。由于二极管的阴极直接连在了母线电容的正极(有一段距离),那是否可以把电感的a端子直接接在母线电容的正极上呢?对于这个问题,可能大部分人并没有深入考虑过。

大家在做双脉冲测试时,把负载电感并联在二极管的两个引脚上,可能也是为图个方便,因为二极管的阳极和阴极两个引脚,要么有螺栓(大功率模块),可以通过螺丝将电感固定上去;要么有针脚(小功率分立器件),将电感直接焊接在两个引脚焊盘上就可以了。

然而我们在做双脉冲测试时,大部分是基于实际的逆变器功率模组,有时候可能直接将电感固定在二极管的引脚上不太方便,那能不能把电感接在方便固定的位置呢?当然还是二极管的两侧,可能距离引脚有一段距离。例如:对于三相两电平逆变器的一个桥臂,电感一端接交流输出侧,另一端接母线电容的正极或负极?

今天我们就来分析一下这个问题,图1是一个简化的电路,实际上二极管的阴极到母线电容的正极有一定的距离,下管IGBT的发射极至母线电容的负极也有一段距离。任何一段线缆都是有杂散电感的,如果将正负母线的两个杂散电感Lσ1和Lσ2考虑进来,就可以画出如图2所示等效电路。

图2a将电感直接并联在二极管的两个引脚上,也就是我们常规的接法。图2b将电感一端接在二极管的阳极,另一端接母线电容的正极。

看到这里可能有些小伙伴就犯嘀咕了,莫非电感怎么接确实有说法?嘿嘿,答案先不说,让我们继续看看这两种接法到底有什么不同。

对双脉冲测试熟悉的小伙伴应该知道,我们在做双脉冲测试时只关注两个暂态过程(几百ns),一个关断暂态,一个开通暂态。关断暂态用来分析IGBT的关断特性,开通暂态除了用来评估IGBT的开通特性外,还要注意二极管的的反向恢复特性,详细的原理老耿就不细说了,网上资料一大堆。

那我们就以关断暂态为例,来分析一下图2两种接法是否对下管IGBT的关断过压有影响。图3为IGBT关断暂态各支路的电流方向示意图。

IGBT的关断暂态,可以认为负载电感Lload电流il1是固定不变的。那根据节点电流定律可以得出:ic1+id1=il1。

对于图3a:

电感Lσ1和Lσ2流过的电流是一样的,都为ic1,在关断暂态ic1电流迅速减小至0。

电感Lσ1上产生左负右正的电压尖峰,

电感Lσ2上产生左正右负的电压尖峰,

根据基尔霍夫电压定律,走一圈(忽略二极管的正向恢复电压),可以得出IGBT的关断电压为:

而对于图3b:

电感Lσ1和Lσ2流过的电流不一样;

电感Lσ1上的电流为二极管支路电流id1,在关断暂态id1迅速增加至负载电流il1。

电感Lσ2上的电流为IGBT支路电流ic1,在关断暂态ic1迅速减小至0。

电感Lσ1上产生左负右正的电压尖峰,

电感Lσ2上产生左正右负的电压尖峰,

同理,也可以得出接法2中IGBT的关断电压:

通过对比公式1和公式2,两种接法唯一不同的是电感Lσ1上的电流。两种接法产生的电压尖峰方向是相同的,都是左负右正,那再来看看两个电流的变化斜率是否一致,推导过程如下:

因此,两个电流的变化率绝对值是相同的。通俗的理解是:IGBT电流下降的速率有多快,那二极管电流上升速率就有多快。

通过上面分析,我们可以得出结论:两种接法在IGBT上产生的过压是一样的。看到这里大家也应该都知道答案了吧,IGBT双脉冲测试中负载电感的应该怎么接?只要二极管两侧可以随便接。至于开通过程,老耿就不说了,大家要是感兴趣可以自己去分析一下。

珠海富士智能股份有限公司专注于IGBT散热铜底板研发与制造!http://www.fujichinon.com/

0 阅读:0

半导体守护者

简介:感谢大家的关注