雙脈沖試驗及注意事項對于電力電子工程師來說，功率元件是我們的設計對象，而IGBT由于其優良的特性被廣泛應用于功率元件。功率元件的效率、保護功能、EMC等性能與IGBT的應用設計密切相關，不同的IGBT技術也造就了不同性能的IGBT產品。為了優化和驗證元器件的性能，驗證不同IGBT的性能，我們引入了雙脈沖測試方法。通過這個工具，我們可以實現以下具體功能：

詳細了解IGBT參數，如Eon、Eoff、Tdon、Tdoff、Tr、Tf、貼片開關特性等。本次測試的意義在于驗證datasheet中的參數值，評估不同模塊的性能。

驅動電路的設計評估。 Rg、Cg和柵極電纜的選擇會影響柵極的波形、是否振蕩、dv/dt、di/dt等特性。此外，米勒鉗位、柵極鉗位、有源鉗位、軟關斷設計均可在此測試中進行評估。

熱設計參數檢查，通常的熱設計是根據規范中的Eon，Eoff，這些給出的值是根據具體的測試條件，由于模塊性能的優化和平衡要求，實際的Eon，Eof是常與理論值不符。例如，由于EMC的要求，我們希望dv/dt、di/at越小，這就會導致Eon、Eoff越大。通過本次測試，我們將得到真實的Eon、Eoff值，使仿真更加逼真。系統雜散電感：模塊工作電壓在任何情況下都應低于額定電壓，低溫時應考慮降額。 IGBT的電壓峰值還取決于系統雜散電感、關斷時的di/dt、母排電壓等。通過本次測試可以評估系統允許的最大雜散電感，并可以比較不同母排的雜散電感.

Sink電路檢查：當關斷峰值過大時，我們需要一個緩沖電路來降低峰值電壓。緩沖電路的形式、緩沖元件的電容、內部電感和放置位置都會影響峰值電壓的大小。過流和短路保護電路檢查：本實驗需要檢查關斷峰值電壓、關斷時的柵極波形、短路電流、保護電路的動作時間，以及是否有振蕩。匯流排和交流排并聯設計：當模塊需要并聯工作時，模塊的結溫與模塊的均流程度有關，這將導致模塊能否可靠工作，以及模塊的工作時間長短。生活是。整個系統的壽命取決于模塊最壞的工作條件狀態。不僅如此，多個模塊的并聯也對過流和短路保護的設計提出了挑戰。

如上圖所示，雙脈沖測試系統由直流電源、母線支撐電容、吸收電容、驅動電路、被測GBT、負載電感、示波器、電壓探頭和羅氏線圈組成。由于IGBT通常工作在高溫下，其性能與低溫下不同。我們還需要一塊熱板來了解IGBT在不同溫度下的特性。

上圖中，IGBT的上管在初始脈沖時截止，下管在接收到脈沖時導通，母線電壓通過負載電感L，與下管IGBT形成回路，而電感上的電流由于電壓的存在而上升，電感上的電流可由di=dt(U/L)得到。

同時母線電壓也可以調節，電感的大小和導通時間可以獲得不同的峰值電流。第一個脈沖結束時，IGBT關斷，電感上的電流繼續流經上管的二極管。由于雜散電感的存在，電流不能突然變化，會在關機瞬間造成峰值電壓。關斷峰值電壓可由U=L*di/dt計算。

在第二個脈沖發出前，上管二極管處于續流導通狀態。第二個脈沖發出后，上管的二極管反向恢復，這個電流會流過下管，而電感電流繼續上升，關斷時下管會出現較大的電壓尖峰.如果需要觀察二極管的反向恢復特性，需要觀察脈沖導通時的波形。

下圖是實測雙脈沖波形：

雙脈沖測試設備

用戶可以購買或制作自己的雙脈沖測試平臺，包括以下部分：

直流電源：所有配置的直流電源電壓應大于模塊的額定電壓。由于負載是短時脈沖，直流電源一般在1KW左右。低壓驅動電源：如果驅動核有隔離穩壓功能，可選用24V輸入，電流1A左右的可調穩壓電源，根據需要調節功率輸出。驅動核心。如果驅動電路沒有隔離和穩壓功能，則低壓電源應具有此功能。隔離電壓大于模塊額定電壓的兩倍，電壓輸出精度在正負0.2V以內。

母線支撐電容：當IGBT開關時，能量由電容提供。通常被測IGBT模塊的電流約為幾安培到兩千安培，相應的電容在幾百微法到幾毫法之間線性選擇。直流母線：平臺測試設備針對不同的功率元件，每個元件的母線電感不同。為了模擬不同元件的母線電感，平臺中的直流母線可以做成可調電感形式。更好的方法是使端子與模塊接觸的長度可調。

電感：電感在系統中有兩個作用，一個是作為負載調節輸出電流，觀察模塊在不同電流下的開關狀態等，另一個作用是模擬不同的工作狀態，比如短路電纜的長度，該電感在大電流下無需飽和，一般制成帶空心抽頭的可調電感?？烧{電感范圍通常在幾十納亨到幾微亨左右。

熱板：模塊的開關特性與溫度有關。例如，125度時的開關損耗是25度時的1.38倍。詳細解釋請參考賽米控應用技術手冊第279頁，或中文版第292頁。在驗證IGBT在不同溫度下的性能時，可以用萬用表檢測內部NTC或PTC溫度，以確認芯片已達到要求的溫度。

雙脈沖發生器：雙脈沖發生器可以提供測試測試信號需要獨立控制脈沖寬度和脈沖間隔。

密閉柜及卸料裝置：保護。

驅動電路：盡量選擇被測模塊實際使用的驅動核。由于不同驅動核的推挽電路性能不同，在相同的柵極配置下可能會出現不同的柵極特性。

示波器和探頭：用于測試柵極電壓的差分低壓探頭，用于測試CE和Rogowski線圈之間用于測試電流的峰值電壓的差分高壓探頭。使用實際功率元件作為測試平臺標準的雙脈沖測試平臺更適合比較不同模塊的性能參數，但IGBT實際工作在組件中，系統的雜散電感，驅動電路等與標準測試平臺不一致，要評估組件中IGBT的實際性能，可在實際組件中進行雙脈沖測試，使測試結果更接近實際情況。用戶只需更改軟件即可實現該功能。

測試注意事項

安裝測試系統或接觸IGBT模塊時，佩戴防靜電腕帶并確認保護有效。

根據測試目的選擇合適的測試平臺。例如，最好測試元件中的Eon和Eoff，因為系統的雜散電感更接近實際工作情況。

為獲得準確的測試數據，測試設備必須定期由專業檢測機構進行校準，尤其是測試探頭。

準確的測試需要將示波器預熱10-20分鐘，這樣采樣數據才準確。

在測試過程中，應注意干擾可能導致測試不準確。測試探針的放置有很大的影響。它可以垂直于被測設備并遠離大的di/dt、dv/dt噪聲。測試時探頭應扭轉。減少共模噪聲的干擾。測試脈沖寬度應考慮IGBT允許的最窄脈沖。如果脈沖太窄，內部載波不穩定，會導致模塊振蕩等異常現象。通常窄脈沖限制在4us以上。

被測器件中不工作的IGBT應鉗位至負電壓或柵極與發射極短接，否則因噪聲干擾或米勒效應等會誤導pass模式快。如下圖所示，大的dv/dt導致電流通過米勒電容流向柵極，在柵極和發射極阻抗上產生壓降，這可能會導通IGBT。

大功率模塊測試需要的電流比較大。這時要注意母線電壓的下降。應提高母線的輸入電壓，以補償脈沖測試時的壓降，以免影響測試結果。由于模塊中雜散電感的存在，輔助端在測試IGBT關斷峰值時更接近芯片的實際峰值電壓。短路測試時脈沖寬度不能高于10us，這樣即使10us內保護電路沒有關斷模塊，雙脈沖測試設備也會關斷。 - 一般不會被銷毀。柵極電纜的長度對測試結果有影響，它會導致柵極波形發生變化，而柵極波形會影響損耗和短路電流等參數，因此電纜長度應接近實際工作測試期間的條件。 IGBT允許的最大工作峰值電流為額定電流的兩倍，除短路測試外，實測電流不應超過模塊額定電流的兩倍。

由于IGBT內部布局的不同，上下管的雜散參數不同。這些差異會反映出上下管特性的不一致，因此在雙脈沖測試時應分別對上下管進行測試。

關于是否加緩沖電容，如果是為了驗證模塊的性能，是不需要加緩沖電容進行測試的。在驗證組件的性能時，將模塊放入組件中進行測試。此時必須與組件的實際設置一致。如果該組件實際上與吸收電容器一起工作，則需要添加它。

系統中存在強干擾和不同參考電位，盡量采用光纖作為雙脈沖發生器與驅動器的接口。

安全須知

由于系統中的高電壓，測試人員需要在被允許進行測試之前接受培訓。

測試人員需配備防護用品，如絕緣鞋、防護眼鏡等。

雙脈沖測試至少需要兩人同時進行。

雙脈沖平臺應有緊急斷電裝置。

雙脈沖測試平臺機柜、高壓電源和示波器應可靠接地，否則有觸電危險。

電容器組應有強制放電裝置。

每次打開測試平臺調整設置或拆卸模塊時，應使用萬用表檢查系統是否完全放電。

母線電壓充電前，先給低壓系統上電，用雙脈沖測試設備測試脈沖，確認驅動板工作正常。確認無誤后，將輸出電壓由低調至高，將輸出脈沖由短調至長，每次測試完成后將高壓電源電壓和脈沖寬度復位為0。

試驗前，試驗者應交叉檢查接線是否正確。

上電時，驅動器必須先上電，斷電時，主電源必須先斷電，然后降為0才允許驅動器斷電，否則門極可能會誤導通不受控制的狀態。

以上雙脈沖試驗及注意事項由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于示波器測試附件配件研發、生產、銷售，涵蓋產品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、邏輯探頭、功率探頭和光探頭等。旨在為用戶提供高品質的探頭附件，打造探頭附件國產化知名品牌。

審核編輯 黃宇