CN107102211B - Igbt模块内部杂散电感测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述测量装置包括电源装置、待测IGBT模块、电流探头、电压探头、示波器、脉冲触发装置，可控开关S1、S2、S3、直流电容C1、直流泄放电阻R1、负载电感L1和续流二极管D1，所述可控开关S2和直流泄放电阻R1串联，并与直流电容C1并联，续流二极管D1、可控开关S3与待测IGBT模块串联，脉冲触发装置连接可控开关S3，负载电感L1并联在续流二极管D1的两侧，该装置能够有效评估在IGBT模块关断暂态，内部封装寄生参数的感应电压，根据寄生电感两端的电压和电流计算出封装的杂散电感，更切合实际，可以用来评估IGBT安全裕量，同时也可以验证IGBT模块设计，对半导体厂商和IGBT应用方具有一定的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，属于电力电子技术领域。
背景技术
IGBT模块广泛应用于电力电子行业。IGBT模块由IGBT芯片和封装两部分组成，封装存在一定的寄生电感，影响IGBT芯片的安全工作裕量。目前关于IGBT内部封装寄生电感提取的研究相对较少，常规的方法是采用有限元分析仿真，然而该方法只能估算出IGBT出厂时的寄生电感参数，是基于仿真参数的，与实际存在一定的误差。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，该装置能够有效评估在IGBT模块关断暂态，内部封装寄生参数的感应电压，根据寄生电感两端的电压和电流计算出封装的杂散电感，更切合实际，可以用来评估IGBT安全裕量，同时也可以验证IGBT模块设计，对半导体厂商和IGBT应用方具有一定的意义。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述测量装置包括电源装置、待测IGBT模块、电流探头、电压探头、示波器、脉冲触发装置，可控开关S1、S2、S3、直流电容C1、直流泄放电阻R1、负载电感L1和续流二极管D1，所述可控开关S2和直流泄放电阻R1串联，并与直流电容C1并联，续流二极管D1、可控开关S3与待测IGBT模块串联，脉冲触发装置连接可控开关S3，负载电感L1并联在续流二极管D1的两侧，所述电源装置的正极与可控开关S1的一端相连，可控开关S1的另一端与直流电容C1正极、可控开关S2的一端相连，所述可控开关S2的另一端与直流泄放电阻R1的一端相连，直流泄放电阻R1的另一端与直流电容C1的负极、电源装置的负极相连，所述直流电容C1与IGBT模块集电极功率端子相连，IGBT模块发射极功率端子与续流二极管阴极相连，负载电感L并接在续流二极管两端，所述续流二极管阳极与可控开关S3一端相连，可控开关S3与直流电容C1的负极相连，所述电流探头绕在IGBT模块集电极功率端子上，所述电压探头并接在IGBT模块集电极与发射极功率端子上。电流探头和电压探头为商用探头，采用同轴电缆，与示波器配套使用。
作为本发明的一种改进，所述可控开关S1和S2设置为机械开关或者为电子开关。
作为本发明的一种改进，所述机械开关为接触器，刀闸；所述电子开关为IGBT，MOSFET。
作为本发明的一种改进，所述电压、电流探头为高带宽探头，带宽在10Mhz以上。
IGBT模块内部杂散电感测量装置的测量方法，所述测量方法如下：测量开始之前确保S1、S2、S3断开，待测IGBT模块处于导通状态，即门极电压为+15V；1)S1闭合C1充电，待电压稳定后进行测量；
2)以关断暂态为例进行测量，需要对S3进行单脉冲触发，读取示波器上S3关断暂态的电压与电流波形，设置电流开始下降为90％的时刻为t1，电流下降到10％的时刻为t2,基于开通测量原理的方法，要对S3进行双脉冲触发读取S3第二次开通暂态的电压与电流波形，设电流开始上升至稳定值的10％的时刻为t3，电流上升至稳定值的90％的时刻为t4；
3)示波器波形采集完成后，采用示波器的积分功能，对电压u(t)进行积分运算，基于关断暂态测量方法的积分时间为t1与t2，基于开通暂态测量时间为t3与t4，同时记录两个时刻的电流值，设为i(t1)、i(t2)，或i(t3)、i(t4)，以关断暂态为例，按照公式即可求出IGBT模块内部杂散电感；
4)测量完成后，为了保证人员安全，需要将S2开关闭合，将直流电容C1上的能量泄放完。
作为本发明的一种改进，所述对电压u(t)：进行积分运算如下得到即IGBT模块内部杂散电感。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体设计巧妙、结构紧凑；其测量平台容易搭建；2)采用该方法能够精确测量功率电子设备的寄生电感。对于分析电力电子领域IGBT过压以及评估IGBT安全工作区有重要意义。
附图说明
图1是IGBT模块内部杂散电感测量装置整体结构示意图；
图2为定义被测电感电压和电流方向；
图3测量电压电流波形；
图4为IGBT内部寄生电感测量示意图；
图5为杂散电感测量脉冲触发示意图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1、图2，一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，所述测量装置包括电源装置、待测IGBT模块、电流探头、电压探头、示波器、脉冲触发装置，可控开关S1、S2、S3、直流电容C1、直流泄放电阻R1、负载电感L1和续流二极管D1，所述可控开关S2和直流泄放电阻R1串联，并与直流电容C1并联，续流二极管D1、可控开关S3与待测IGBT模块串联，脉冲触发装置连接可控开关S3，负载电感L1并联在续流二极管D1的两侧，所述电源装置的正极与可控开关S1的一端相连，可控开关S1的另一端与直流电容C1正极、可控开关S2的一端相连，所述可控开关S2的另一端与直流泄放电阻R1的一端相连，直流泄放电阻R1的另一端与直流电容C1的负极、电源装置的负极相连，所述直流电容C1与IGBT模块集电极功率端子相连，IGBT模块发射极功率端子与续流二极管阴极相连，负载电感L并接在续流二极管两端，所述续流二极管阳极与可控开关S3一端相连，可控开关S3与直流电容C1的负极相连，所述电流探头绕在IGBT模块集电极功率端子上，所述电压探头并接在IGBT模块集电极与发射极功率端子上。电流探头和电压探头为商用探头，采用同轴电缆，与示波器配套使用。所述可控开关S1和S2设置为机械开关或者为电子开关；所述机械开关为接触器，刀闸；所述电子开关为IGBT，MOSFET；所述电压、电流探头为高带宽探头，带宽在10Mhz以上。
实施例2：参见图1、图2，IGBT模块内部杂散电感测量装置的测量方法，所述测量方法如下：测量开始之前确保S1、S2、S3断开，待测IGBT模块处于导通状态，即门极电压为+15V；
1)S1闭合C1充电，待电压稳定后进行测量；
2)以关断暂态为例进行测量，需要对S3进行单脉冲触发，读取示波器上S3关断暂态的电压与电流波形，设置电流开始下降为90％的时刻为t1，电流下降到10％的时刻为t2,基于开通测量原理的方法，要对S3进行双脉冲触发读取S3第二次开通暂态的电压与电流波形，设电流开始上升至稳定值的10％的时刻为t3，电流上升至稳定值的90％的时刻为t4；
3)示波器波形采集完成后，采用示波器的积分功能，对电压u(t)进行积分运算，基于关断暂态测量方法的积分时间为t1与t2，基于开通暂态测量时间为t3与t4，同时记录两个时刻的电流值，设为i(t1)、i(t2)，或i(t3)、i(t4)，以关断暂态为例，按照公式即可求出IGBT模块内部杂散电感；
4)测量完成后，为了保证人员安全，需要将S2开关闭合，将直流电容C1上的能量泄放完。
该技术方案中，杂散电感测量原理是基于电感电压积分法。由于杂散电感在高频下主要取决于导体外电感，趋于恒定。杂散电感上的电压取决于电流的变化率，满足式
对公式(1)进行定积分求解，求出杂散电感,其中t1-t2对应IGBT开通或关断暂态过程。
关断暂态测量方法，按照图2所示定义被测对象的电压和电流方向，电流方向从A指向B，电压方向B端正，A端为负。当电流由于回路中的开关器件导致电流i暂态减小时，电感上的电流和电压方向如图2(a)所示。采用示波器的积分功能对电压波形u(t)进行积分运算，根据公式(2)就可以求出电感的取值。以关断暂态为例测量某半导体厂商IGBT，开关暂态在i(t1)和i(t2)的电流分别为655A和10A，其中测量电压在t1-t2时间段的积分为：则IGBT模块内部杂散电感/>
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (6)
1.一种IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述测量装置包括电源装置、待测IGBT模块、电流探头、电压探头、示波器、脉冲触发装置，可控开关S1、S2、S3、直流电容C1、直流泄放电阻R1、负载电感L1和续流二极管D1，所述可控开关S2和直流泄放电阻R1串联，并与直流电容C1并联，续流二极管D1、可控开关S3与待测IGBT模块串联，脉冲触发装置连接可控开关S3，负载电感L1并联在续流二极管D1的两侧，所述电源装置的正极与可控开关S1的一端相连，可控开关S1的另一端与直流电容C1正极、可控开关S2的一端相连，所述可控开关S2的另一端与直流泄放电阻R1的一端相连，直流泄放电阻R1的另一端与直流电容C1的负极、电源装置的负极相连，所述直流电容C1与IGBT模块集电极功率端子相连，IGBT模块发射极功率端子与续流二极管阴极相连，负载电感L并接在续流二极管两端，所述续流二极管阳极与可控开关S3一端相连，可控开关S3与直流电容C1的负极相连，所述电流探头绕在IGBT模块集电极功率端子上，所述电压探头并接在IGBT模块集电极与发射极功率端子上，电流探头和电压探头采用同轴电缆，与示波器配套使用。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述可控开关S1和S2设置为机械开关或者为电子开关。
3.根据权利要求2所述的IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述机械开关为接触器，刀闸；所述电子开关为IGBT，MOSFET。
4.根据权利要求2或3所述的IGBT模块内部杂散电感测量装置，其特征在于，所述电压、电流探头为高带宽探头，带宽在10Mhz以上。
5.采用权利要求1-4任意一项所述IGBT模块内部杂散电感测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法如下：测量开始之前确保S1、S2、S3断开，待测IGBT模块处于导通状态，即门极电压为+15V；
1)S1闭合C1充电，待电压稳定后进行测量；
2)以关断暂态为例进行测量，需要对S3进行单脉冲触发，读取示波器上S3关断暂态的电压与电流波形，设置电流开始下降为90％的时刻为t1，电流下降到10％的时刻为t2,基于开通测量原理的方法，要对S3进行双脉冲触发读取S3第二次开通暂态的电压与电流波形，设电流开始上升至稳定值的10％的时刻为t3，电流上升至稳定值的90％的时刻为t4；
3)示波器波形采集完成后，采用示波器的积分功能，对电压u(t)进行积分运算，基于关断暂态测量方法的积分时间为t1与t2，基于开通暂态测量时间为t3与t4，同时记录两个时刻的电流值，设为i(t1)、i(t2)，或i(t3)、i(t4)，以关断暂态为例，按照公式即可求出IGBT模块内部杂散电感；
4)测量完成后，为了保证人员安全，需要将S2开关闭合，将直流电容C1上的能量泄放完。
6.根据权利要求5所述的IGBT模块内部杂散电感测量装置的测量方法，其特征在于，所述对电压u(t)：进行积分运算如下得到
即IGBT模块内部杂散电感。
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