專利名稱：一種igbt模塊的雙脈沖試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT模塊的雙脈沖試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管IGBT屬于電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，電力半導(dǎo)體器件是用于電能變換和電能控制的大功率半導(dǎo)體器件，它的發(fā)展經(jīng)歷了二極管、晶閘管、功率晶體管等階段。二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管(diode)，它只往一個(gè)方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個(gè)零件號(hào)接合的2個(gè)端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動(dòng)或不流動(dòng)的性質(zhì)。晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體形成的ρ-η結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于Ρ-η結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。二極管為不可控器件，最重要的特性就是單方向?qū)щ娞匦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱，又可稱作可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極陽極，陰極和門極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制，被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管為半控型器件，在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管的工作條件為1)晶閘管承受反向陽極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)；2)晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通；3)晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用；4)晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。功率晶體管中以IGBT的發(fā)展最為迅速，IGBTansulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管) 組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小， 開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。IGBT為全控型器件，若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為OV或負(fù)電壓，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET —樣也是電壓控制型器件，在它的柵極_發(fā)射極間施加十幾V的驅(qū)動(dòng)電壓，只有μ A級(jí)的漏電流流過，基本上不消耗功率。IGBT具有開關(guān)速度快，導(dǎo)通壓降低，驅(qū)動(dòng)功率小，工作頻率高，控制靈活等特點(diǎn)，因此，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，高電壓、大電流的IGBT已經(jīng)模塊化，它的驅(qū)動(dòng)電路現(xiàn)已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路，其性能更好，可靠性更高，體積更小，會(huì)在今后大功率的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位；然而，高壓大容量的IGBT模塊至今還缺少簡單、可靠的動(dòng)態(tài)特性測試手段，一些測試儀器只能測量IGBT模塊的靜態(tài)參數(shù)，無法獲取其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，對(duì)今后的商業(yè)化應(yīng)用缺乏指導(dǎo)與參考。目前，一些測試儀器和測試方法能夠測量IGBT模塊的靜態(tài)特性，獲得相關(guān)靜態(tài)工作參數(shù)，能為IGBT模塊的選型和使用提供一定的依據(jù)；對(duì)于IGBT模塊的動(dòng)態(tài)特性，還缺少較好的測試方法。單脈沖試驗(yàn)可以充分觀察IGBT關(guān)斷過程，如果只需要關(guān)注關(guān)斷過程，則可以采用單脈沖試驗(yàn)；然而在大部分電力電子裝置中，負(fù)載的電感量都比較大，在IGBT關(guān)斷后，電感電流一般不會(huì)斷流，二極管會(huì)一直續(xù)流，在此時(shí)開通IGBT，會(huì)有二極管的反向恢復(fù)過程；而單脈沖試驗(yàn)中是沒有二極管反向恢復(fù)過程的，因而雙脈沖試驗(yàn)比單脈沖試驗(yàn)更加真實(shí)，更符合實(shí)際工作狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種新的試驗(yàn)方法-雙脈沖試驗(yàn)方法，與其它試驗(yàn)方法相比，該方法具有明顯的優(yōu)勢電路簡單、方法可靠，能夠考核IGBT模塊的過電流能力及動(dòng)態(tài)特性。IGBT模塊為全控型器件，通過在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓和負(fù)電壓，既可控制其開通，也可控制其關(guān)斷，僅需給IGBT模塊發(fā)兩次PWM脈沖，封鎖兩次PWM 脈沖，使IGBT模塊經(jīng)受開通-關(guān)斷-開通-關(guān)斷過程，就可以考核模塊承受關(guān)斷過電流及關(guān)斷浪涌電壓的能力，掌握其開通和關(guān)斷特性，為高電壓、大電流IGBT模塊的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。如

圖1所示，具體試驗(yàn)方法為(1)確定試驗(yàn)電路；確定合適的電路結(jié)構(gòu)，使其模擬絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊的實(shí)際工作狀態(tài)； 所述電路結(jié)構(gòu)為由IGBT模塊構(gòu)成的雙脈沖試驗(yàn)電路，所述雙脈沖試驗(yàn)電路包括電源、開關(guān)、調(diào)壓器、變壓器、整流橋、直流電容器、母排、散熱器、電抗器、H橋IGBT模塊；所述直流電容器起到電壓支撐作用，直流電容器通過母排與H橋IGBT模塊相連接；H橋IGBT模塊安裝在散熱器上；電源經(jīng)過開關(guān)、調(diào)壓器和變壓器后接入整流橋，將交流轉(zhuǎn)變成直流后，對(duì)直流電容器進(jìn)行充電；電抗器作為H橋IGBT模塊的感性負(fù)載，連接到H橋IGBT模塊的輸出端；
權(quán)利要求
1. 一種IGBT模塊的雙脈沖試驗(yàn)方法，其特征在于包括以下步驟(1)確定試驗(yàn)電路；確定合適的電路結(jié)構(gòu)，使其模擬絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊的實(shí)際工作狀態(tài)；所述電路結(jié)構(gòu)為由IGBT模塊構(gòu)成的雙脈沖試驗(yàn)電路，所述雙脈沖試驗(yàn)電路包括電源、開關(guān)、調(diào)壓器、變壓器、整流橋、直流電容器、母排、散熱器、電抗器、H橋IGBT模塊；所述直流電容器起到電壓支撐作用，直流電容器通過母排與H橋IGBT模塊相連接；H橋IGBT模塊安裝在散熱器上；電源經(jīng)過開關(guān)、調(diào)壓器和變壓器后接入整流橋，將交流轉(zhuǎn)變成直流后，對(duì)直流電容器進(jìn)行充電；電抗器作為H橋IGBT模塊的感性負(fù)載，連接到H橋IGBT模塊的輸出端；所述 H橋IGBT模塊包括第一 IGBT (Tl)、第二 IGBT (T2)、第三IGBT (T3)和第四IGBT (T4)，其中第三 IGBT (T3)為被測 IGBT ；(2)根據(jù)試驗(yàn)電路及參數(shù)，計(jì)算脈沖寬度調(diào)制PWM的脈沖寬度；由流值7" χ由咸信乙試驗(yàn)電路確定以后，根據(jù)電路中元件的參數(shù)，由公式Γ = ^^^^·^一計(jì)算出直流電壓i/被測IGBT達(dá)到目標(biāo)值所需觸發(fā)脈沖的寬度；(3)按照試驗(yàn)電路進(jìn)行正確接線；根據(jù)試驗(yàn)電路進(jìn)行接線，確認(rèn)接線無誤后連接上電源，從而確保試驗(yàn)安全；(4)封鎖IGBT模塊的脈沖寬度調(diào)制PWM的脈沖；將控制器閉鎖，封鎖H橋IGBT模塊中的所有IGBT的觸發(fā)脈沖；(5)給直流電容器充電到額定值；緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器，通過整流橋向直流電容器充電，直至達(dá)到直流電容器的額定值；(6)斷開充電回路；當(dāng)直流電容器達(dá)到額定值后，電容電壓基本保持不變，將充電回路斷開；(7)創(chuàng)造測試條件；給第二 IGBT (1 發(fā)持續(xù)導(dǎo)通信號(hào)，第二 IGBT (1 持續(xù)開通；(8)給被測的第三IGBTCH)發(fā)送脈沖寬度調(diào)制PWM脈沖；將控制器解鎖，按照步驟O)的方法計(jì)算出的脈寬時(shí)間，給被測的第三IGBTCH)發(fā)送 PWM脈沖，使其處于開通狀態(tài)；(9)當(dāng)被測的第三IGBT(T3)達(dá)到額定電流值時(shí)，封鎖PWM脈沖；被測第三IGBTCH)開通后，直流電容器、第二 IGBT(T2)、負(fù)載和第三IGBTCH)構(gòu)成回路，負(fù)載上的電流呈線性增加，直至達(dá)到被測第三IGBTCH)的額定電流峰值IM，封鎖PWM脈沖，從而使得被測的第三IGBT CH)關(guān)斷；(10)過一段時(shí)間再次給被測的第三IGBTCH)發(fā)送PWM脈沖；被測的第三IGBTCH)關(guān)斷后，負(fù)載上電流會(huì)略有降低，經(jīng)過一段時(shí)間后，按照步驟(2) 的方法計(jì)算出脈寬時(shí)間，再次給被測的第三IGBTCH)發(fā)PWM脈沖，使其開通；(11)當(dāng)被測的第三IGBT(T3)達(dá)到設(shè)定的關(guān)斷電流值時(shí)，封鎖PWM脈沖；被測的第三IGBT (T3)開通之后，負(fù)載上的電流會(huì)在Im的基礎(chǔ)上繼續(xù)呈線性增加，直至達(dá)到被測的第三IGBT(T3)設(shè)定的關(guān)斷電流的峰值，封鎖PWM脈沖，被測的第三IGBT(T3)再次關(guān)斷；(12)如果整個(gè)過程中被測的第三IGBT(T3)完好無損，則試驗(yàn)電路斷電；在額定或高于額定直流電壓情況下，被測的第三IGBT(T3)經(jīng)受了開通-關(guān)斷-開通-關(guān)斷峰值電流的試驗(yàn)過程后，如果整個(gè)過程中被測IGBT模塊完好無損，則試驗(yàn)電路斷電；(13)試驗(yàn)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT模塊的雙脈沖試驗(yàn)方法。通過在被測IGBT模塊的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓和負(fù)電壓，既可控制其開通，也可控制其關(guān)斷，給IGBT模塊發(fā)兩次PWM脈沖，封鎖兩次PWM脈沖，使IGBT模塊經(jīng)受開通-關(guān)斷-開通-關(guān)斷過程，來考核模塊承受過電流的能力以及掌握其開通和關(guān)斷特性，為高電壓、大電流IGBT模塊的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。
文檔編號(hào)G01R31/327GK102156253SQ20101062422
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者喬衛(wèi)東, 吳蓉, 孫麗敬, 李志偉, 武丹, 武守遠(yuǎn), 王柯, 王軒, 袁蒙, 鄭青青, 韓天緒 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司