1 簡介
IGBT的開關損耗特性研究對IGBT變流器設計具有重要的意義，在有結構緊湊性要求或可靠性要求較高或散熱條件特殊的場合，都需要嚴格按器件損耗特性進行大余量熱設計以保證IGBT及IGBT變流器的溫升在長期可靠性運行所允許的范圍之內。IGBT 是主流中大容量/中高速器件，開關損耗特性研究得到一貫重視。作為典型MOS門極壓控器件，其開關損耗主要決定于開關工作電壓、電流、溫度以及門極驅動情況等因素，系統的結構如主回路雜散電感會影響IGBT的開關特性，進而影響開關損耗，任何對其開關性能的研究都必然建立在實驗測試基礎之上，并在實際設計中盡量優化以降低變流回路雜散電感。 圖1 功率開關開關性能測試平臺原理
圖1是典型的IGBT 開關特性測試平臺工作原理，其基本形式是用IGBT、二極管、電感、直流電源組成斬波器，模擬各種開關工作狀態，用于測試，電路如圖1(a)。其中DUT 是被測試的帶反并聯二極管IGBT（Device Under Test），與完全相同的IGBT 組成一個橋臂，再串聯以同軸電流傳感器（Coaxial Shunt），跨于直流母線與參考電位（地電位）之間。DUT 的對管門極反偏以確保可靠阻斷，這使得它僅僅擔當一個二極管（D）的角色，用以續流，而電感L跨接在橋臂中點與母線上，作為斬波器的負載。DUT 的門極驅動則受控可調，一般按雙脈沖形式組織，如圖1(b)所示。在直流母線可用前提下，從t0 時刻開始DUT 被觸發導通，直流電壓施加于電感L 上，使得其電流從零開始線性上升，到時刻t1，DUT 電流（亦即電感電流）上升到所希望的測試值，關斷DUT，可進行關斷特性紀錄測量。DUT 的阻斷維持到t2 時刻，期間電感電流通過對管反并二極管續流，有輕微能量損失在續流二極管以及線圈電阻上，這一時間間隔程度選擇必須足夠長以滿足關斷性能測試的最短時間要求，同時又應該盡量短以減少電感電流因續流損耗而下降的幅度。t2 時刻DUT 再次開通，此時可在與t2 時刻類似的電壓電流條件下進行器件開通特性測試。第二次導通持續到時刻t3，時間間隔因在滿足開通測試穩定前提下盡量短，此后電感電流續流到自然衰減為零。類似電路應該具備母線電壓調整功能、器件結溫控制功能以及DUT 門極驅動條件調節能力、電壓電流數據采集能力等等。幾乎所有的器件廠商提供的開關特性數據都是基于以上結構、原理測試獲得的。