CN109444706A - 一种电力电子器件动态开关特性测试方法 - Google Patents

一种电力电子器件动态开关特性测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109444706A
CN109444706A CN201811367745.6A CN201811367745A CN109444706A CN 109444706 A CN109444706 A CN 109444706A CN 201811367745 A CN201811367745 A CN 201811367745A CN 109444706 A CN109444706 A CN 109444706A
Authority
CN
China
Prior art keywords
test
voltage
switching characteristic
current
igbt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201811367745.6A
Other languages
English (en)
Inventor
周宇
胡卫丰
马汝祥
胥峥
侍红兵
周洪益
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Yancheng Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Yancheng Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Yancheng Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201811367745.6A priority Critical patent/CN109444706A/zh
Publication of CN109444706A publication Critical patent/CN109444706A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2601—Apparatus or methods therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电力电子器件动态开关特性测试方法，具体包括如下步骤：确定电力电子器件动态开关特性测试***结构；确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；确定被测器件及测试条件；测试电压对被测器件开关特性的影响；测试电流对被测器件开关特性的影响；测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；测试工作结温对被测器件开关特性的影响；被测器件动态开关特性测试分析与总结。本发明设计一种电压/电流/功率适应性宽的离线测试***，用于测试不同工作温度、门极电阻、门极电压、环路电感、母线电压和负载电流等条件下大功率电力电子器件的工作特性及损耗。

Description

一种电力电子器件动态开关特性测试方法
技术领域
本发明属于电气测试技术领域，具体涉及一种电力电子器件动态开关特性测试方法。
背景技术
功率半导体器件是电力电子变流器中的基础有源元器件，是组成电力电子装置的最基本元素。开关电源、新能源并网、机车牵引、电磁弹射等电力电子应用场合的不断发展为功率半导体器件的应用提供了广阔的空间。至今，硅基功率器件已经发展到了相当成熟的地步。为了进一步实现人们对高频、高温、高功率密度等具有理想特性功率器件的追求，越来越多的功率器件研究工作转向了新型半导体材料的功率器件。
目前，功率器件应用特性测试方法又可分为离线测试、准在线测试以及在线测试。
离线测试包括功率循环测试、温度循环测试、开关特性测试、静态参数测试、短路能力测试和强度测试等。其中功率循环测试为主动循环测试，通过对功率器件通入额定电流，使之消耗有功功率从而出现结温的变化。温度循环测试主要通过从外部对功率器件加温，使功率器件的结温出现变化。这两种方法可以获取不同温差ΔTj应力，不同最高结温Tjmax应力下，功率器件的循环次数以及其内部失效规律。静态测试主要是指在功率器件恒定关断或者导通的状态下，对功率器件进行测试及其参数提取。主要包括漏电极-源极导通压降、漏电极电流、阈值电压等。动态测试主要是指在功率器件开关过程中，对功率器件的开关特性进行测试。主要包括开关延迟时间、开关时间、开关损耗等。短路测试主要是指功率器件短路状态下，功率器件所承受的最大电流、短路电流持续时间及短路关断特性。强度测试主要是对功率器件的雪崩耐量进行测试和关断安全工作区进行测试评估。准在线测试主要是测试时使功率器件所承受的电压电流应力、热应力、机械应力等与实际运行工况中功率器件所受应力相当，具有一定的等效参考价值。在线测试主要是在实际运行工况中，提取功率器件的特性。从而增加实际工况中功率的可靠性。由于在线测试比离线测试以及准在线测试方法更能反映应用工况中变流器的运行状态，并可针对现场的特征数据进行运行监控、故障诊断和寿命运维等工作。因此，发展在线测试方法是大功率器件和变流器应用特性测试的发展趋势。然而，如何在不中断电力变换设备正常运行的前提下，对关键部件进行宏观应力与微观应力的提取，是在线测试的关键挑战之一。由于功率器件的结温情况不仅受到宏观应力的直接作用，且直接影响微观应力的特征表现。因此，功率器件/模块内部的在线结温检测是变流器在线测试方法的必要测试内容和宏观/微观应力特性评估的前提条件。
发明内容
本发明针对上述现状，设计一种电压/电流/功率适应性宽的离线测试***，用于测试不同工作温度、门极电阻、门极电压、环路电感、母线电压和负载电流等条件下大功率电力电子器件的工作特性及损耗。
本发明具体为一种电力电子器件动态开关特性测试方法，所述电力电子器件动态开关特性测试方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、确定电力电子器件动态开关特性测试***结构；
步骤(2)、确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；
步骤(3)、确定被测器件及测试条件；
步骤(4)、测试电压对被测器件开关特性的影响；
步骤(5)、测试电流对被测器件开关特性的影响；
步骤(6)、测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；
步骤(7)、测试工作结温对被测器件开关特性的影响；
步骤(8)、被测器件动态开关特性测试分析与总结。
进一步的，所述步骤(1)中电力电子器件动态开关特性测试***由上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制***负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。
进一步的，所述步骤(2)中电力电子器件开关特性测试电路采用带感性负载的两电平半桥拓扑结构，测试时序采用双脉冲控制信号；在t0时刻待测器件IGBT1导通，集电极电流Ic开始上升，t1时刻，当Ic上升至用户设定的测试电流值，门极信号封锁，待测器件IGBT1关断，得到关断过程的电压、电流波形；t1时刻后，负载电流通过二极管和电感续流，t2时刻，再次开通待测器件IGBT1，捕获当前开通过程的电压、电流波形；当电感量足够大时，认为此时IGBT1开通的电流值等于t1时刻关断的电流值；t3时刻，门极电压信号变为负电平，IGBT1关断，电感电流再次通过二极管续流，直至电流降为零，整个测试过程结束。
进一步的，所述步骤(3)中被测器件选为富士IGBT模块1MBI800UG-330器件，为3300V@800A大功率IGBT模块，内部电路结构等效为2个IGBT并联。
进一步的，所述步骤(4)中测试电压对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电流为Ic＝800A的条件下，分别在测试电压为1200V、1400V、1600V和1800V下对器件开关特性进行测试。
进一步的，所述步骤(5)中测试电流对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电压为Vce＝1800V的条件下，分别在测试电流为200A、400A、600A和800A下对器件开关特性进行测试。
进一步的，所述步骤(6)中测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响，为了研究驱动电阻对IGBT开通过程及二极管的反向恢复过程的影响，保持IGBT关断电阻不变，改变IGBT的开通驱动电阻分别为2.7Ω、5.1Ω和7.5Ω，对不同开通驱动电阻下的开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1600V，Ic＝800A，工作温度Tj＝25℃，驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
进一步的，所述步骤(7)中测试工作结温对被测器件开关特性的影响，保持IGBT测试电压电流和驱动参数不变，改变IGBT的测试环境温度分别为25℃、50℃、75℃、100℃和125℃，对开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1800V、Ic＝800A、门极驱动电阻Rg＝2.7Ω、驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
附图说明
图1为本发明器件开关特性测试电路。
图2为本发明器件开关特性测试时序。
图3为待测器件等效电路图。
图4a、4b、4c分别为不同开通电压下的IGBT开通损耗、开通时间和开关电流应力示意图。
图5a、5b、5c分别为不同关断电压下的IGBT关断损耗、关断时间和关断电压应力示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明整个测试***上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制***负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。
图1给出了带感性负载的两电平半桥拓扑结构，该拓扑是功率器件动态特性测试的常用测试电路，双脉冲控制信号如图2所示。在t0时刻待测器件IGBT1导通，集电极电流Ic开始上升。t1时刻，当Ic上升至用户设定的测试电流值，门极信号封锁，待测器件IGBT1关断，得到关断过程的电压、电流波形；t1时刻后，负载电流通过二极管和电感续流。t2时刻，再次开通待测器件IGBT1，捕获当前开通过程的电压、电流波形。当电感量足够大时，可认为此时IGBT1开通的电流值等于t1时刻关断的电流值。t3时刻，门极电压信号变为负电平，IGBT1关断，电感电流再次通过二极管续流，直至电流降为零，整个测试过程结束。负载电感的感值设计较大，因此电感的负载电流在ΔT2和ΔT3期间内可以认为近似恒定值。ΔT1、ΔT2和ΔT3三段时间的设计，不仅与***硬件参数有关，而且关系到测试结果的准确性。
基于大功率电力电子器件动态开关特性测试平台，本发明针对富士大功率IGBT模块1MBI800UG-330器件进行开关特性遍历测试，自动化提取开关损耗、开关时间及开关电压电流应力等开关特性参数，对不同的运行工况下(如电压、电流、驱动参数和工作结温)IGBT的动态开关性能进行分析，获取IGBT开关动态特性参数随运行工况的变化趋势。富士IGBT模块1MBI800UG-330器件为3300V@800A大功率IGBT模块，内部电路结构等效为2个IGBT并联，如图3所示，该器件的关键参数如表1所示。
表1 1MBI800UG-330关键参数
参数名称 参数值 单位
V<sub>ces</sub> 3300 V
V<sub>ce(sat)</sub> 2.40 V
I<sub>c</sub>(max)@80℃ 800 A
I<sub>c</sub>(RM)(max) 1600 A
最高工作结温T<sub>j</sub> 150 ℃
驱动电阻R<sub>g</sub> 2.4 Ω
该器件电压标称值为Vces＝3300V，电流标称值Ic＝800A，在实际应用中工作电压通常不超过1800V。在额定电压电流等级内，对于该器件的动态开关特性测试研究，选取的测试条件如表2所示：
表2 1MBI800UG-330测试条件
测试条件 测试点
测试电压(V) 1200V，1400V，1600V，1800V
测试电流(A) 200A，400A，600A，800A
器件结温(℃) 25，50，75，100，125
门极电压(V) +15/-10(V)
门极电阻(Ω) 2.7Ω、5.1Ω、7.5Ω
1、测试电压对开关特性的影响
以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电流为Ic＝800A的条件下，分别在测试电压为1200V、1400V、1600V和1800V下对器件开关特性进行测试，测试所得的IGBT开关瞬态波形。在开通电流波形图中，不同关断电压下的IGBT几乎在同一时刻开通，电流以不同的变化率同时上升，高开通电压下的IGBT电流变化率di/dt最大，电流峰值最高，在开通电压波形图中，高开通电压下IGBT最后完成开通，所需开通时间最长。在关断特性波形图中，关断初始，四种关断电压下的集电极电压以相同的变化率dv/dt上升，随关断电压的增加，关断电流开始下降的时刻延后，电流变化率di/dt引起的关断电压过冲增大，整个关断时间变长。
基于以上测试数据，利用IGBT开关特性自动化提取程序对IGBT的动态开关特性参数进行提取与分析，不同开通电压下的IGBT开通损耗、开通时间和开关电流应力如图4所示，不同关断电压下的IGBT关断损耗、关断时间和关断电压应力如图5所示。在IGBT开通过程中，首先门极电压经过驱动电阻对基极-发射极电容Cge进行充电至阈值电压，IGBT集电极电压影响IGBT基极-集电极电容Cgc和集电极发射极电容Cce，而对Cge没有明显作用，因此不同开通电压下的IGBT几乎同时开通，IGBT驱动电压超到阈值电压以后，高集电极电压导致IGBT基区内部形成高电压的电场，载流子扩撒速度增加，因此开通电流di/dt在高开通电压下较大，在低开通电压下较小，因此开通电流上升时间随开通电压的增加而降低。对于IGBT的换流二极管而言，其前向电流变化率di/dt增加，导致反向恢复电流峰值增加，因此IGBT开通电流峰值随开通电压的增加而增加。由于开通电压和开通时间的增加，开通过程中电压电流的交叠面积增加，开通损耗增加。
由于集电极电压与密勒电容Cgc成负相关关系，密勒电容Cgc随集电极电压增加而减小，在IGBT关断过程中，当集电极电压上升至母线电压时，集电极电流开始下降，此时IGBT门极驱动电压由密勒平台电压开始下降。在高关断电压的情况下，密勒电容Cgc较小，门极电容Cgc与Cge经驱动电阻放电的时间常数减小，放电速度更快，导致门极电压下降速度变快，因此集电极电流变化率di/dt增加，IGBT关断电压过冲增加；在IGBT关断阶段，IGBT基区扫出载流子形成空间电荷区，该空间电荷区的电场电压与外部集电极电压相同，在高关断电压的情况下，空间电荷区需要扫除更多的载流子形成更高的电场，由于电流变化率di/dt增加，电流下降速度增加，因此电流下降时间增加以保证扫多更多的载流子；整个关断过程，在高关断电压的情况下，关断电压的升高和关断时间的延长使得关断损耗大大增加。
综合以上分析，测试电压对IGBT开关特性的影响如表3所示。
表3测试电压对IGBT开关特性影响结果
开关特性参数 测试电压V<sub>ce</sub>↑
开通损耗E<sub>on</sub> ↑
开通时间t<sub>r</sub> ↑
开通电流上升时间t<sub>ri</sub> ↓
开通电流过冲I<sub>os</sub> ↑
关断损耗E<sub>off</sub> ↑
关断电流下降时间t<sub>f</sub> ↑
关断电压峰值V<sub>max</sub> ↑
2、测试电流对开关特性的影响
以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电压为Vce＝1800V的条件下，分别在测试电流为200A、400A、600A和800A下对器件开关特性进行测试，测试所得的IGBT开通和关断的瞬态波形。结果显示，随关断电流的增加，关断电流变化率di/dt增大，电流下降更快，因此在关断电压上表现电压过冲增加，同时随着测试电流的增加，关断过程中拖尾电流的时间增加。不同测试电流下的IGBT开通特性波形，随着开通电流的增加，开通电流的过冲增加，开通时间变长，而开通电流变化率di/dt基本保持不变。
基于以上测试数据，利用IGBT开关特性自动化提取程序对IGBT的动态开关特性参数进行提取与分析，不同开通电流下的IGBT开通损耗、开通时间和开关电流应力以及不同关断电流下的IGBT关断损耗、关断时间和关断电压应力。
在IGBT开通过程中，与其换流的二极管发生反向恢复过程，二极管前向电流增加，导致二极管反向恢复电流增加，因此IGBT开通电流过冲增加；同时由于二极管反向恢复电荷与前向电流近似为正比关系，在相同的二极管关断电压下，二极管基区扫出/复合载流子的速率一定，增加的反向恢复电流引起反向恢复时间的增加，因此IGBT的开通时间增加。由于开通电流变化率di/dt基本保持不变，因此开通电流上升时间随开通电流的增加而增加。IGBT开通电流的增加和开通时间的延长加大了开通过程IGBT电压和电流波形的交叠面积，因此开通损耗大大增加。在IGBT关断过程中，当集电极电压上升至母线电压时，集电极电流开始下降，此时IGBT门极驱动电压由密勒平台电压开始下降。由于密勒平台电压与IGBT关断电流具有正相关的关系，关断的负载电流越大，密勒平台越高，门极驱动电流越大，IGBT基区载流子的抽取速度越快，IGBT电流变化率di/dt越大，电流下降越快，由线路寄生电感引起的电压过冲越大；虽然IGBT关断电流下降时间减小，但由于拖尾效应的增加和负载电流的增大，IGBT关断损耗大大增加。
综合以上分析，测试电流对IGBT开关特性的影响如表4所示：
表4测试电流对IGBT开关特性影响结果
开关特性参数 测试电流I<sub>c</sub>↑
开通损耗E<sub>on</sub> ↑
开通时间t<sub>r</sub> ↑
开通电流上升时间t<sub>ri</sub> ↑
开通电流过冲I<sub>os</sub> ↑
关断损耗E<sub>off</sub> ↑
关断电流下降时间t<sub>f</sub> ↓
关断电压峰值V<sub>max</sub> ↑
3、驱动电阻对IGBT开通特性的影响
门极驱动电阻对于IGBT开关动态特性具有重要影响，通过改变门极驱动电阻，可以调节门极输入电容的充放电速度，进而通过驱动电路的性能对IGBT的开关瞬态过程进行调节和控制，影响开关动态特性，包括IGBT的开关损耗、开关时间、dv/dt、di/dt、开关电压电流应力以及安全工作区等。为了研究驱动电阻对IGBT开通过程及二极管的反向恢复过程的影响，保持IGBT关断电阻不变，改变IGBT的开通驱动电阻分别为2.7Ω、5.1Ω和7.5Ω，对不同开通驱动电阻下的开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1600V，Ic＝800A，工作温度Tj＝25℃，驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
根据不同开通驱动电阻下的开通瞬态电压电流波形可以看出，随着驱动电阻的增加，IGBT开通的时间延后，电流变化率降低，开通过程逐渐变缓，开通时间变长，开通电流峰值降低；在不同驱动电阻下，与IGBT进行换流的续流二极管的反向恢复瞬态波形。可以看出，随着IGBT驱动电阻的增加，二极管的前向反向恢复电流变化率di/dt降低，反向恢复电流峰值降低，恢复电流变化率降低，二极管反向恢复电压过冲减小，整个反向恢复过程时间大大增加。
在IGBT开通的过程中，由于开通驱动电阻的增加，在相同的驱动电压下，门极输入电容的充电速度减缓，驱动电压需要要较长的时间上升到开通阈值电压，因此驱动电阻越大，开通时刻越延后。较大的驱动电阻使得驱动电流减小，因此减缓了开通电流的上升率和峰值电流，到达相同的开通电流所需要的开通时间更长，同时增加了开通损耗。在二极管关断过程中，反向恢复电荷由关断电流决定，反向恢复电流峰值Irr与前向电流和换流di/dt相关，在二极管可承受的电压条件下，在给定的反向恢复电荷的情况下，Irr随着di/dt的上升而上升，在忽略载流子复合的情况下，Irr和换流di/dt近似成正比。由于与二极管换流的IGBT的驱动电阻增加，二极管的前向电流di/dt减小，反向恢复过程中的电流峰值降低，移除或复合相同的反向恢复电荷所需的时间更长，换流di/dt的减小导致二极管反向恢复电压中由恢复电流变化率产生的电压过冲减小。反向恢复损耗Err为反向恢复过程中二极管里的总损耗，由二极管扫出反向恢复电荷决定，开关速度越快，扫出的电荷越多，反向恢复损耗越大，开关速度越慢，二极管内部复合的载流子越多，扫出的电荷减小，反向恢复损耗降低。
综上分析，开通电阻对于IGBT/二极管开关动态特性的影响如表5所示。
表5开通电阻对IGBT/二极管开关特性的影响结果
开关特性参数 开通电阻R<sub>g</sub>↑
开通损耗E<sub>on</sub> ↑
开通时间t<sub>r</sub> ↑
开通电流上升时间t<sub>ri</sub> ↑
开通电流峰值I<sub>max</sub> ↓
反向恢复损耗E<sub>rr</sub> ↓
反向恢复时间t<sub>rr</sub> ↑
反向恢复电压过冲V<sub>rr</sub> ↓
4、工作结温对IGBT开关特性的影响
由于温度对半导体硅的材料特性具有显著的影响，IGBT的动态开关特性将随温度的改变而改变。保持IGBT测试电压电流和驱动参数不变，改变IGBT的测试环境温度分别为25℃、50℃、75℃、100℃和125℃，对开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1800V、Ic＝800A、门极驱动电阻Rg＝2.7Ω、驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
不同温度下的开关瞬态波形出现较大的差别。开通过程中，随着IGBT工作温度的升高，高温下的IGBT最先开通，并且开通电压的下降过程与开通电流的上升过程逐渐变缓，开通电流的峰值变低，整个开通过程变长。关断过程中，随着IGBT工作温度的升高，关断电流的下降趋势变缓，拖尾电流的过程变长，关断电压的上升过程逐渐变缓，电压尖峰稍微降低。
在IGBT开通的过程中，由于温度的变化改变了门极阈值电压，阈值电压随温度的增加而减小，因此温度越高，IGBT模块开通时间越提前，因此在125℃下器件最先开通。IGBT开通电流峰值由与其进行换流的二极管反向恢复电流形成，由于高温下载流子迁移率变慢，开关时间变长，在换流二极管的关断过程中，基区内部载流子复合量相比温度低的情况下变大，而从基区抽出的载流子数目相对减少，因此反向恢复电流峰值减小(该变化趋势与器件制作过程中载流子寿命控制有关，取决于载流子寿命与开关时间的相对大小，而并非绝对变化趋势)，IGBT开通电流峰值随工作结温增加有明显的减小变化趋势，同时该变化趋势也会影响到换流二极管的反向恢复损耗和IGBT的开关损耗的大小。对于所选取的富士大功率IGBT模块，在125℃时开通时间要大于载流子的寿命，因此，IGBT的开通电流过冲随温度的升高而降低，开通损耗随温度的升高而升高。
在IGBT关断的过程中，在门极电压低于阈值电压之前，温度通过改变密勒平台电压和跨导对关断过程进行影响，由于密勒平台电压和跨导均随着温度的升高而导致高温下的门极驱动电压和跨导均低于低温下的情况，因此高温下集电极电流的变化率较缓，在门极门极电压低于阈值电压之后，门极MOS导电沟道关闭，IGBT内部过剩的载流子通过复合作用逐渐消失，IGBT集电极电流进入拖尾阶段，由于载流子的寿命随温度的升高而增加，导致该阶段载流子复合时间增加，拖尾时间延长，整个关断过程在高温的情况下，关断时间增加，关断损耗增加，关断电压尖峰降低。
综上分析，工作温度对于IGBT开关动态特性的影响如表6所示。
表6工作温度对IGBT开关特性的影响
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述电力电子器件动态开关特性测试方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、确定电力电子器件动态开关特性测试***结构；
步骤(2)、确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；
步骤(3)、确定被测器件及测试条件；
步骤(4)、测试电压对被测器件开关特性的影响；
步骤(5)、测试电流对被测器件开关特性的影响；
步骤(6)、测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；
步骤(7)、测试工作结温对被测器件开关特性的影响；
步骤(8)、被测器件动态开关特性测试分析与总结。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中电力电子器件动态开关特性测试***由上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制***负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。
3.根据权利要求2所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中电力电子器件开关特性测试电路采用带感性负载的两电平半桥拓扑结构，测试时序采用双脉冲控制信号；在t0时刻待测器件IGBT1导通，集电极电流Ic开始上升，t1时刻，当Ic上升至用户设定的测试电流值，门极信号封锁，待测器件IGBT1关断，得到关断过程的电压、电流波形；t1时刻后，负载电流通过二极管和电感续流，t2时刻，再次开通待测器件IGBT1，捕获当前开通过程的电压、电流波形；当电感量足够大时，认为此时IGBT1开通的电流值等于t1时刻关断的电流值；t3时刻，门极电压信号变为负电平，IGBT1关断，电感电流再次通过二极管续流，直至电流降为零，整个测试过程结束。
4.根据权利要求3所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中被测器件选为富士IGBT模块1MBI800UG-330器件，为3300V@800A大功率IGBT模块，内部电路结构等效为2个IGBT并联。
5.根据权利要求4所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中测试电压对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电流为Ic＝800A的条件下，分别在测试电压为1200V、1400V、1600V和1800V下对器件开关特性进行测试。
6.根据权利要求4所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中测试电流对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电压为Vce＝1800V的条件下，分别在测试电流为200A、400A、600A和800A下对器件开关特性进行测试。
7.根据权利要求4所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(6)中测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响，为了研究驱动电阻对IGBT开通过程及二极管的反向恢复过程的影响，保持IGBT关断电阻不变，改变IGBT的开通驱动电阻分别为2.7Ω、5.1Ω和7.5Ω，对不同开通驱动电阻下的开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1600V，Ic＝800A，工作温度Tj＝25℃，驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
8.根据权利要求4所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(7)中测试工作结温对被测器件开关特性的影响，保持IGBT测试电压电流和驱动参数不变，改变IGBT的测试环境温度分别为25℃、50℃、75℃、100℃和125℃，对开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1800V、Ic＝800A、门极驱动电阻Rg＝2.7Ω、驱动电压为Vg＝+15V/-10V。
CN201811367745.6A 2018-11-16 2018-11-16 一种电力电子器件动态开关特性测试方法 Withdrawn CN109444706A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811367745.6A CN109444706A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种电力电子器件动态开关特性测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811367745.6A CN109444706A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种电力电子器件动态开关特性测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109444706A true CN109444706A (zh) 2019-03-08

Family

ID=65553705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811367745.6A Withdrawn CN109444706A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种电力电子器件动态开关特性测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109444706A (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110018406A (zh) * 2019-04-18 2019-07-16 中国科学院电工研究所 一种双脉冲测试***
CN110658435A (zh) * 2019-09-03 2020-01-07 清华大学 一种igbt结温监测装置及方法
CN111562479A (zh) * 2020-05-15 2020-08-21 华北电力大学 一种功率半导体器件的高低温动态特性远程测试***
CN112557860A (zh) * 2020-11-02 2021-03-26 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种降压转换器电路igbt开关在工频下的老化方法
CN112630615A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 华北电力大学 一种压接型igbt芯片动态特性实验平台及测量方法
CN112731093A (zh) * 2020-12-14 2021-04-30 中车永济电机有限公司 大功率igbt适配方法
CN112946447A (zh) * 2021-01-13 2021-06-11 北京交通大学 基于漏源导通电压积分的SiC MOSFET短路检测电路
CN112946449A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 臻驱科技（上海）有限公司 一种功率半导体器件选型方法
CN113064042A (zh) * 2021-02-01 2021-07-02 北京交通大学 一种功率半导体器件的结温提取方法
CN113156289A (zh) * 2020-12-18 2021-07-23 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 非全控型半导体器件反向恢复电流高精度测试装置及方法
CN113447752A (zh) * 2021-09-01 2021-09-28 广东电网有限责任公司 一种半桥型功率模块动静态一体化测试装置及其测试方法
CN113608093A (zh) * 2021-07-14 2021-11-05 北京工业大学 一种用于功率半导体器件动态特性测试的控制逻辑的实现方法
CN113608091A (zh) * 2021-06-28 2021-11-05 臻驱科技（上海）有限公司 一种双脉冲测试保护方法及装置
WO2022001543A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 广汽埃安新能源汽车有限公司 Igbt双脉冲试验方法及***、igbt控制方法及逆变器控制器
CN113917303A (zh) * 2021-10-08 2022-01-11 浙江大学 一种高压器件动态特性测试电路、测试平台及测试方法
CN114019241A (zh) * 2021-11-11 2022-02-08 江苏科技大学 功率器件驱动电路中电阻阻值的确定方法及装置
CN114217217A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 极氪汽车(宁波杭州湾新区)有限公司 一种逆变器的开关动态特性测试电路及***
CN114325368A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 合肥科威尔电源***股份有限公司 一种针对直流开关器件的极限工况测试***
CN115267466A (zh) * 2022-05-11 2022-11-01 西安电子科技大学 一种氮化镓功率器件动态工况下特性研究的测试***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103605072A (zh) * 2013-11-27 2014-02-26 浙江大学 一种具有热电解耦功能的功率器件动态特性测试电路及其测试方法
CN104267271A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 华北电力大学 一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路及方法
CN105510792A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 同济大学 一种变流器igbt功率模块现场双脉冲测试***及方法
CN105510793A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 同济大学 一种变流器igbt功率模块结温测量的自标定方法
CN106771951A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 徐州中矿大传动与自动化有限公司 电力电子开关器件结温在线监测装置、检测电路及测试方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103605072A (zh) * 2013-11-27 2014-02-26 浙江大学 一种具有热电解耦功能的功率器件动态特性测试电路及其测试方法
CN104267271A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 华北电力大学 一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路及方法
CN105510792A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 同济大学 一种变流器igbt功率模块现场双脉冲测试***及方法
CN105510793A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 同济大学 一种变流器igbt功率模块结温测量的自标定方法
CN106771951A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 徐州中矿大传动与自动化有限公司 电力电子开关器件结温在线监测装置、检测电路及测试方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙鹏飞: "大功率IGBT模块开关特性测试平台研制及其应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
罗皓泽: "基于动态热敏电参数法的大容量IGBT模块结温在线提取原理和方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110018406B (zh) * 2019-04-18 2021-06-01 中国科学院电工研究所 一种双脉冲测试***
CN110018406A (zh) * 2019-04-18 2019-07-16 中国科学院电工研究所 一种双脉冲测试***
CN110658435A (zh) * 2019-09-03 2020-01-07 清华大学 一种igbt结温监测装置及方法
CN111562479A (zh) * 2020-05-15 2020-08-21 华北电力大学 一种功率半导体器件的高低温动态特性远程测试***
CN111562479B (zh) * 2020-05-15 2021-04-23 华北电力大学 一种功率半导体器件的高低温动态特性远程测试***
WO2022001543A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 广汽埃安新能源汽车有限公司 Igbt双脉冲试验方法及***、igbt控制方法及逆变器控制器
CN112557860A (zh) * 2020-11-02 2021-03-26 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种降压转换器电路igbt开关在工频下的老化方法
CN112630615A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 华北电力大学 一种压接型igbt芯片动态特性实验平台及测量方法
CN112731093A (zh) * 2020-12-14 2021-04-30 中车永济电机有限公司 大功率igbt适配方法
CN112731093B (zh) * 2020-12-14 2024-04-19 中车永济电机有限公司 大功率igbt适配方法
CN113156289A (zh) * 2020-12-18 2021-07-23 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 非全控型半导体器件反向恢复电流高精度测试装置及方法
CN113156289B (zh) * 2020-12-18 2022-11-11 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 非全控型半导体器件反向恢复电流高精度测试装置及方法
CN112946447A (zh) * 2021-01-13 2021-06-11 北京交通大学 基于漏源导通电压积分的SiC MOSFET短路检测电路
CN112946449A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 臻驱科技（上海）有限公司 一种功率半导体器件选型方法
CN113064042A (zh) * 2021-02-01 2021-07-02 北京交通大学 一种功率半导体器件的结温提取方法
CN113608091A (zh) * 2021-06-28 2021-11-05 臻驱科技（上海）有限公司 一种双脉冲测试保护方法及装置
CN113608093A (zh) * 2021-07-14 2021-11-05 北京工业大学 一种用于功率半导体器件动态特性测试的控制逻辑的实现方法
CN113608093B (zh) * 2021-07-14 2024-05-24 北京工业大学 一种用于功率半导体器件动态特性测试的控制逻辑的实现方法
CN113447752A (zh) * 2021-09-01 2021-09-28 广东电网有限责任公司 一种半桥型功率模块动静态一体化测试装置及其测试方法
CN113447752B (zh) * 2021-09-01 2022-03-04 广东电网有限责任公司 一种半桥型功率模块动静态一体化测试装置及其测试方法
CN113917303A (zh) * 2021-10-08 2022-01-11 浙江大学 一种高压器件动态特性测试电路、测试平台及测试方法
CN114019241A (zh) * 2021-11-11 2022-02-08 江苏科技大学 功率器件驱动电路中电阻阻值的确定方法及装置
CN114325368A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 合肥科威尔电源***股份有限公司 一种针对直流开关器件的极限工况测试***
CN114217217A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 极氪汽车(宁波杭州湾新区)有限公司 一种逆变器的开关动态特性测试电路及***
CN115267466A (zh) * 2022-05-11 2022-11-01 西安电子科技大学 一种氮化镓功率器件动态工况下特性研究的测试***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109444706A (zh) 一种电力电子器件动态开关特性测试方法
Wrzecionko et al. SiC power semiconductors in HEVs: Influence of junction temperature on power density, chip utilization and efficiency
Yamaguchi et al. Low loss and low noise gate driver for SiC-MOSFET with gate boost circuit
Pendharkar et al. Zero voltage switching behavior of punchthrough and nonpunchthrough insulated gate bipolar transistors (IGBT's)
CN109425811B (zh) 一种igbt检测电路及检测方法
Rajashekara et al. Power Electronics
Hou et al. An ultrafast discrete short-circuit protection circuit for GaN HEMTs
Trivedi et al. Internal dynamics of IGBT under zero-voltage and zero-current switching conditions
CN112363037B (zh) 场效应晶体管极限性能验证电路、***及方法
CN116879701A (zh) 一种氮化镓晶体管动态导通电阻测试电路及测试方法
Sun et al. Switching transient analysis and characterization of GaN HEMT
Wang et al. Monitoring chip branch failure in multichip IGBT modules based on gate charge
Hull et al. 20 A, 1200 V 4H-SiC DMOSFETs for energy conversion systems
Teng et al. A variable gate resistance SiC MOSFET drive circuit
Sivkov et al. Implementation of SiC inverter for high frequency, medium voltage applications
Xu et al. A behavioral transient model of IGBT for switching cell power loss estimation in electromagnetic transient simulation
Zhao et al. Study of Si IGBT and SiC MOSFET Performance Based on Double-Pulse Test
Liu et al. Review of SiC MOSFET drive circuit
Yujie et al. Fabrication and dynamic switching characteristics of 6.5 kV400A SiC MOSFET module
Kacetl et al. Novel low-side/high-side gate drive and supply with minimum footprint, high power density, and low cost for silicon and wide-bandgap transistors
Qi et al. Avalanche capability characterization of 1.2 kV SiC power MOSFETs compared with 900V Si CoolMOS
Wang et al. 10 kV SiC MOSFET based boost converter
Yukawa et al. Effect of negative gate voltage on the turn-off performance of Si-IGBT device
CN115343588A (zh) 功率晶体管测试***和测试方法
Jiao et al. Review of Avalanche Tolerance of Silicon Carbide Power MOSFETs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190308