IGBT短路测试：原理深度解析与实验方法指南
日期：2024-03-07 16:23:26 浏览量：265 标签: IGBT检测
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率半导体器件，具有开关速度快、损耗小等优点，在工业、交通、医疗等领域广泛应用。然而，IGBT在使用过程中可能会出现短路故障，严重影响设备的正常运行。因此，对IGBT进行短路测试是必不可少的。本文将深度解析IGBT短路测试的原理，并提供实验方法指南，帮助读者更好地了解和掌握这一重要的测试技术。
一、IGBT短路测试的意义
在评估设备性能方面，IGBT短路测试是不可或缺的。通过短路测试，可以准确评估设备在短路情况下的工作状态、耐受能力和保护机制是否有效。
短路测试的核心目标是确定两种常见的短路类型：桥臂内短路和桥臂间短路。只有充分了解这些短路类型及其特征，才能针对性地设计保护措施，提高系统的可靠性和安全性。
二、桥臂内短路测试
桥臂内短路（直通）是一种硬件或软件失效，导致短路回路中的电感量较小（100nH）的状况。常用的短路保护手段是使用VCE(sat)检测。
桥臂内短路测试示意图：通过调压器和接触器将母线电容电压充至所需值，在关闭上管IGBT的门极后，使用粗短的铜排进行短路，然后对下管IGBT释放一个单脉冲，形成直通状态。
桥臂内短路测试的注意事项：
应特别关注短路排的长度和粗细对测量结果的影响；
确保短路测试所需能量来自母线电容组；
上管IGBT一直处于关闭状态，但是其二极管在短路电流续流方面起到重要作用；
测试需要测量下管的Vce、Vge和Ic三个物理量；
注意选择正确的电流探头位置，以获取准确的电流波形。
三、桥臂间短路测试
桥臂间短路是由于相间短路或相对地短路引起的，短路回路中的电感较大（uH级别）。可采用VCE(sat)检测或霍尔检测电流变化等方式进行短路保护。
在桥臂间短路测试中，电感量是不确定的，需要灵活应用不同的保护手段，结合具体情况进行分析和实验。
四、短路测试实验步骤
确定单脉冲宽度：在低电压情况下，确认所发单脉冲的宽度，为后续实验做准备。
发送单脉冲进行初步确认：将母线电压调至20~30V，发送一个单脉冲，确认电流探头方向和物理量测量的准确性，以及示波器捕捉能力。
调整母线电压：将母线电压调至额定值，断开进线接触器，并发送一个单脉冲，确认示波器能够正确捕捉到该时刻。
合适的母线电压设置：母线电压应适当调整以避免出现奇怪的振荡现象，对于不同规格的IGBT，应根据具体情况设置合理的母线电压。
关注短路电流和Vce电压：观察短路电流的最大值，并与规格书中的数值进行比较，判断是否过高或存在电流震荡问题。同时关注Vce电压，在退饱和开始计时至电流被关断的时间内应控制在10微秒以内。
注意门极钳位电路：门极钳位电路对短路电流峰值有重要影响，需特别关注其性能，以确保安全。
注意环境温度：环境温度对实验结果有显著影响，应根据系统规格选择适当的温度执行实验。
五、实验结果分析
通过电流上升率di/dt可计算短路回路中的总电感量，并减去之前测得的杂散电感量，得到插入铜排的电感量。
关注短路电流的峰值，判断是否过高且是否存在电流震荡现象。
观察退饱和所需的时间和关断时Vce电压的尖峰高度，判断是否存在危险，并验证有源钳位是否正常工作。
门极电压的评估需要谨慎，因为在测试中di/dt和du/dt都很大，门极探头易造成不准确测量。
IGBT短路测试是保证设备正常运行的重要手段，本文对其原理进行了深入解析，并提供了实验方法指南。在实际操作中，我们要注意测试步骤的正确执行，并根据实验结果进行进一步分析和优化，以确保IGBT在短路情况下的稳定可靠工作。只有通过充分的短路测试，我们才能更好地保障电力设备的运行效果和人员的安全。
