IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）作為電力電子裝置中的核心器件，其性能的穩定性和可靠性對整個系統的運行至關重要。為了驗證IGBT的性能是否過關，雙脈沖測試（Double Pulse Test）成為了一項重要的測試手段。本文將詳細介紹IGBT雙脈沖測試的原理、意義、實驗設備、測試步驟以及數據分析，以期為相關技術人員提供參考。

一、雙脈沖測試的意義

雙脈沖測試在IGBT功率器件應用行業中具有顯著的重要性，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以及設計是否正確的判斷標準。具體來說，雙脈沖測試的意義包括以下幾個方面：

對比性能：可以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，幫助用戶選擇最適合自己應用的IGBT。

獲取主要參數：通過雙脈沖測試，可以獲取IGBT在開關過程的主要參數，如開通時間、關斷時間、開通損耗、關斷損耗等，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。

考量實際表現：考量IGBT在變換器中工作時的實際表現，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。

二、主要實驗設備

進行IGBT雙脈沖測試需要以下主要實驗設備：

高壓電源：提供測試所需的高壓直流電源。

電容組：用于儲能和濾波，確保測試過程中的電壓穩定。

疊層直流母排：用于連接高壓電源和負載電感，減少雜散電感的影響。

負載電感：可以自己繞制，不要飽和即可，用于模擬實際負載。

被測IGBT及驅動電路：被測對象，包括IGBT及其驅動電路。

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，用于捕捉和顯示測試波形。

高壓差分電壓探頭（1000:1）：用于測量IGBT的集電極-發射極電壓（Vce）。

羅氏線圈電流探頭：用于測量IGBT的集電極電流（Ic）。

可編程信號發生器或簡易信號發生裝置：用于發出一組雙脈沖信號，控制IGBT的開通和關斷。

三、雙脈沖測試原理

雙脈沖測試的基本原理是通過向被測IGBT發出兩個脈沖信號，觀察其在開通和關斷過程中的電壓和電流波形，從而評估其性能。測試過程可以分為以下幾個階段：

T1時刻（IGBT First Turn On）：

在t0時刻，門極放出第一個脈沖，被測IGBT飽和導通，直流母線電壓U加在負載L上，電感的電流線性上升，電流表達式為：Ic=U*t/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。

T2時刻（IGBT Off）：

在t1-t2時間段，門級信號Vge為低電平，IGBT關斷，負載L的電流由上管二極管續流，該電流緩慢衰減。

T3時刻（IGBT Second Turn On）：

在t2時刻，第二個脈沖的上升沿到達，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。此時，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。

在t3時刻，被測IGBT再次關斷，此時電流較大，因為母線雜散電感Ls的存在，會產生一定的電壓尖峰。在該時刻，重點是觀察IGBT的關斷過程，電壓尖峰是重要的監控對象。

四、測試步驟

進行IGBT雙脈沖測試的步驟如下：

搭建測試平臺：根據雙脈沖測試原理圖搭建測試平臺，將要測量的信號與示波器連接，包括直流母線Vdc、被測下管IGBT的Ic電流、被測下管IGBT的Vce電壓、上管續流二極管電流If、上管續流二極管電壓Vec、被測IGBT門級信號Vge等。示波器通道設置好比例。

連接主電源：將被測單元與調壓器連接作為主電源，單元電源使用調壓器更方便雙脈沖調試。

檢查與調試：按照搭建好的測試平臺做好上電前的檢查，著重檢查各測量點是否正確連接及供電電源是否正常。通過直流數字電源將IGBT驅動板供電電源慢調到300V左右，過程中注意觀察IGBT驅動板卡電源燈狀態變化。且示波器測量門級信號Vge通道由0V跳至-10V。

下發脈沖信號：通過脈沖發生器下發計算出的脈沖寬度時間，示波器觸發模式抓取Vge波形，再次確認Vge脈寬與計算值相符。

觀察波形：功率單元上電，調壓器先調至AC50V，下發雙脈沖信號，示波器抓取波形，觀察各通道波形趨勢是否正常。如果有異常狀態，此電壓下可以保證相對安全性。

調整電壓：調壓器慢調至功率單元額定電壓，下發雙脈沖波形，觀察各參數是否符合測試要求。

調整脈寬：根據測試數據，調整T1和T3的脈寬時間，使First Pulse Icmax為單元額定輸出電流的根號2倍，Second Pulse Icmax為IGBT額定電流的2倍。如存在差異，單元停電放電后調整T1和T3時間。

五、測試數據讀取與分析

測試數據的讀取與分析是雙脈沖測試的重要環節，主要包括開通數據和關斷數據的分析。

開通數據：

開通延時時間Td(on)：從10%Vge到10%Ic的時間。

開通上升時間Tr(on)：從10%Ic到90%Ic的時間。

開通電流斜率di/dt：從50%Ic到90%Ic的斜率。

開通損耗Eon：按照公式計算，積分時間為10%Ic到10%的Vce。

關斷數據：

關斷延時時間Td(off)：從90%Vge到90%Ic的時間。

關斷下降時間Tf：從90%Ic到10%Ic的時間。

關斷電流斜率di/dt：從90%Ic到50%Ic的斜率。

關斷電壓斜率dv/dt：從50%Vce到70%Vce的斜率。

關斷損耗Eoff：按照公式計算，積分時間為10%Vce到10%的Ic。

六、雜散電感計算

雜散電感是影響IGBT性能的重要因素之一。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與母線電壓相反的，此時在下管的Vce上測得的波形出現了一個缺口，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。

可以通過以下公式計算雜散電感Ls的數值：Us=Ls*(di/dt)。從示波器上讀出Us和di/dt，代入公式即可算出雜散電感Ls的數值。

七、注意事項

在進行IGBT雙脈沖測試時，需要注意以下幾點：

電流和電壓探頭的量程：在保證測試安全范圍內盡量選小，減少測量誤差。

測試安全：在進行高壓測試時，務必確保測試設備和人員的安全。

數據準確性：測試數據的準確性對評估IGBT的性能至關重要，因此應確保測試設備和測試方法的準確性。

測試環境：測試環境應盡量接近實際應用環境，以更好地反映IGBT在實際應用中的性能。

八、結論

IGBT雙脈沖測試是一項重要的測試手段，通過測試可以評估IGBT在開通和關斷過程中的性能表現，為IGBT的選型和應用提供重要參考。在進行測試時，需要選擇合適的實驗設備和測試方法，并嚴格按照測試步驟進行操作，以確保測試結果的準確性和可靠性。同時，還需要注意測試過程中的安全問題，確保測試設備和人員的安全。