對于任何一個器件，在使用之前，無論是生產方還是使用方都會進行充分的驗證，以確定產品的性能是否符合相應的需求。今天我們就來說一說有關IGBT的一項比較重要的測試——雙脈沖測試(Double Pulse Test)

當然，網上可以找到很多關于IGBT雙脈沖測試的資料，不同廠家的都有，基本的測試過程都是差不多的，其目的也是一致的(為了驗證IGBT的性能是否過關)。雙脈沖測試的必要性在現在的行業中是顯而易見的，其決定了對應的IGBT是否會被選用，也是使用者在選型之前的一道篩選手段。

雙脈沖測試的意義

①對比同一品牌不同型號或者同一型號不同品牌的IGBT的性能；

②獲取IGBT在開關過程的主要參數，以評估Rgon及Rgoff的數值是否合適，評估是否需要配吸收電路等；

③考量IGBT在變換器中工作時的實際表現(例如二極管的反向恢復電流是否合適，關斷時的電壓尖峰是否合適，開關過程是否有不合適的震蕩等)。

一般IGBT的規格書中的參數是在特定條件下的測試數據，不一定能夠代表實際應用中的真實表現，這時候雙脈沖測試就顯示出了它的優勢。也提醒我們，在使用IGBT的時候，不能夠過于依賴其Datasheet，要與實際應用工況相結合，這樣才能更好地認知。

主要實驗設備

1. 高壓電源

2. 電容組

3. 疊層直流母排

4. 負載電感（可以自己繞制，不要飽和即可）

5. 被測IGBT及驅動電路

6. 示波器（最好是4通道，高帶寬，帶函數功能，采樣點在200MS/s或以上）

7. 高壓差分電壓探頭(1000:1)

8. 羅氏線圈電流探頭

9. 可編程信號發生器或簡易信號發生裝置（發出一組雙脈沖信號）

平臺和基本原理

測試電路如下：

下管IGBT和上管反并二極管是被測對象(對于，IGBT模塊來說，上下管都是要測的，這里只是以其中一個為例)。

用高壓隔離探頭取Vce；用羅氏線圈電流探頭取Ic；用普通探頭測量Vge。上管IGBT的門極加了負壓，所以上管的IGBT是關斷的，只有續流二極管起作用。

雙脈沖實驗的基本波形(概念化的)：

基本原理：

①在t0時刻，門極放出第一個脈沖，被測IGBT飽和導通，電動勢U加在負載L上，電感的電流線性上升，電流表達式為：I=Ut/L。

在t1時刻，電感電流的數值由U和L決定，在U和L都確定時，電流的數值由t1決定，時間越長電流越大因此可以自主設定電流的大小。

②在t1時刻被測關斷，負載L的電流由上管二極管續流該電流緩慢衰減，如圖虛線所示。

由于電流探頭放在下管的發射極處，因此，在二極管續流時，IGBT關斷，示波器上是看不見該電流的。

③在t2時刻第個脈沖的上，二升沿到達，被測IGBT再次導通續流二極管進入反向恢復，反向恢復電流會穿過IGBT，在電流探頭上能捕捉到這個電流，如圖所示。

在t2時刻，重點是觀察IGBT的開通過程。反向恢復電流是重要的監控對象，該電流的形態直接影響到換流過程的許多重要指標。

④在時刻被測IGBT再次關斷，此時電流較大，因為母線雜散電感的存在會產生，一定的電壓尖峰。

在t3時刻，重點是觀察IGBT的關斷過程電壓尖峰是重要的監控對象。

下面是實測時的波形：

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開通過程

IGBT典型的開關波形如下：

開通過程：

當門極電壓到達門檻值時，IGBT導通，Ic開始增長，直到Ic基本到達電感電流的數值，續流二極管進入反向恢復后，IGBT的Vce才開始下降，反向恢復過程結束后，續流二極管截止，Vce到達飽和值，換流過程完成。

實測的波形如下：

紅線:Ic；藍線:Vce；綠線V

需要注意的幾點是：

a. 二極管的反向恢復電流的di/dt，

b. 二極管的反向恢復電流的峰值，

c. 反向恢復后電流是否有震蕩，拖尾有多長，

d. Vce電壓是否正確變化

e. 測算出損耗，(依賴示波器功能)

調整門極電阻Rgon可以強烈地影響該過程，用以確定Rgon的數值是否合適。

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續流二極管

IGBT中的續流二極管是一個很重要的器件，我們要關注下面幾個問題：

a. 在IGBT開通的時刻，實際上是續流二極管關斷的時刻。

b. 所有的功率半導體，包括IGBT芯片和二極管芯片，在關斷的時刻面臨的風險遠大于其開通時面臨的風險(換句話說，在IGBT關斷的時刻，IGBT芯片的損壞風險是最大的；在IGBT開通的時刻，二極管芯片的損壞風險是最大的)。。

c. IGBT芯片出現短路時，驅動器可以幫忙保護；但二極管芯片損壞時，沒有其他的防護手段。

二極管風險項：

①安全工作區域(SOA)

下圖是二極管的安全工作區的示意圖和實測圖。實際上這是一條恒功率曲線。其意義是：二極管在反向恢復過程中，其瞬時功率不能超過規定的數值，否則就有損壞的風險。

二極管在反向恢復的過程中，實際上是其工作點從導通過度到截止。其工作點的運動軌跡有多種選擇，如右圖所示。顯然，軌跡A是最安全的，軌跡C則是危險的。

②尖峰電壓

下圖表示的是二極管反向恢復時，實測的電壓及電流波形，同時利用示波器計算出瞬時損耗的波形。

圖中紅色線為二極管的瞬時功率，在二極管反向恢復電流達到最大值后，二極管的功率也達到最大值，如果此時二極管電壓尖峰明顯，則二極管損壞的風險將大大增加，因此雜散電感大小對二極管意義也很大。

二極管反向恢復電流上升時，雜散電感上產生的電壓是與母線電壓相抵的。反向恢復電流下降時，雜散電感電壓與母線電壓同向，電壓落在二極管上，二極管出現電壓尖峰，風險加大。如果雜散電感比較大，二極管就更加危險了，容易跑出安全工作區。

二極管的電壓尖峰是由于雜散電感與二極管反向恢復電流的后沿

相作用而產生的。所以減小直流母排的雜散電感及優化反向恢復

電流的后半沿的斜率都可以有效提高二極管的安全裕量。

③電流變化率di/dt

通常在IGBT的datasheet中，關于二極管的部分會注明反向恢復電流的最大的di/dt水平，通常不能超過這個數值，否則可能導致反向恢復電流震蕩。

二極管反向恢復電流的前沿的斜率受Rgon的影響很大，但反向恢復電流的后沿的形狀（即其下降的部分），主要由IGBT廠商設計出來的。在大功率的場合，通常需要追求的二極管的軟度。這主要體現在反向恢復電流的后沿的形狀。

關于二極管反向恢復特性，可以參考之前的文章

二極管反向恢復特性綜述

測量主電路雜散電感

利用開通過程測量主電路雜散電感：

在IGBT開通時，Ic開始增長，而此時上管IGBT的續流二極管處于反向恢復，該二極管沒有阻斷能力，上管Uce=0。

在Ic開始增長時，雜散電感上感應的電壓的方向如圖所示，是與母線電壓相反的，所以此時在下管的Vce上測得的波形出現了一個缺口，如右圖波形中的虛線所示這個缺口。電壓產生的原因是雜散電感抵消了一部分母線電壓。也就是說，缺口的電壓是雜散電感上的感應電壓。

從示波器上讀出Us，再讀出di/dt，根據式子Us=Ls*di/dt就能算出雜散電感Ls的數值。

這個模型是比較準確的因此得出的數據比較可靠

關斷過程

關斷波形如下圖所示：

關斷過程的關注點為Vce的電壓尖峰，它是直流母線雜散電感與di/dt的乘積，通過觀察這個尖峰，可以評估IGBT在關斷時的安全程度。

Vce尖峰一般都客觀存在，在短路或者過載時，這個尖峰會達到最高值，比正常工作時要高得多，通常可以使用有源鉗位電路(ActiveClamping)進行抑制。

通常在大功率的IGBT的應用中，有源鉗位的功能是非常必要的，而功率越小，必要性越低。其原因是隨著系統的功率變大，IGBT的di/dt會增大，且雜散電感也會越大，因此電壓尖峰會越高。在IGBT短路時，關斷短路電流的di/dt會更高，比關斷額定電流要

高很多，因此短路時電壓尖峰更高。所以有可能出現，驅動器發

現了IGBT的短路現象，并且也及時關斷，但是由于di/dt太高，產生了非常高的電壓尖峰，在關斷該短路電流后仍然可以打壞了

IGBT。這時，有源鉗位電路就非常必要。

為什么叫雙脈沖測試？單脈沖不可以嗎？

在大部分電力電子裝置中，負載的電感量都比較大，在IGBT關斷后，電感電流一般不會斷流，二極管會一直續流，在此時開通IGBT，會有二極管的反向恢復過程。而單脈沖實驗中是沒有二極管反向恢復過程的，因而雙脈沖實驗比單脈沖實驗真實。但是單脈沖實驗可以充分觀察關斷過程，如果只需要關注關斷過程，則單脈沖實驗也是可以的。