CN113406469A - 一种igbt静态输出特性检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种IGBT静态输出特性检测系统，包括电感L1、电感L2、电流采样传感器CT、续流二极管D、电容C、直流电源U，所述直流电源的正极依次经过电感L2、L1后连接待测IGBT的集电极；所述待测IGBT的发射极经过电流采样传感器连接至直流电源U的负极；所述待测IGBT的集电极与续流二极管D的阳极连接，续流二极管D的阴极连接至直流电源U的正极；电容C并联在直流电源U的两端；所述待测IGBT的栅极经过电阻R连接驱动信号。本发明的优点在于：结构简单，实现方便，可以快速的完成对IGBT静态输出特性曲线的检测，检测结果可靠，且实施成本低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种IGBT静态输出特性检测系统及方法。
背景技术
随着功率半导体器件IGBT的飞速发展,采用功率半导体器件IGBT串联和并联来研制高电压、高功率的固态开关已经成为了当今脉冲功率的发展方向之一。采用功率半导体IGBT研制的高压、大电流开关基本上具有理想的开关性能,在雷达发射机、射频加速器、癌症治疗、材料表面处理等领域有着广泛的应用。
IGBT静态输出特性直观地反映了其在不同门极电压下通态压降和通态电流之间的对应关系，对确定IGBT通态损耗具有指导意义。IGBT静态输出特性输出特性也称伏安特性，描述以栅射电压为参变量时，集电极电流Ic与集一射极间电压Uce之间的关系。它与GTR的输出特性类似，不同的是控制变量，IGBT为栅一射电压Uge，而GTR为基极电流Ib。IGBT的输出特性分为3个区域：正向阻断区、有源区和饱和区，与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。当UceE<0时，IGBT为反向阻断状态。在电力电子电路中，IGBT在开关状态工作，在正向阻断区和饱和区之间转换。现有技术中的可以采用IGBT静态输出特性测试仪进行采集，但是仪器的测试复杂，同时仪器成本比较高，基于此，本申请提供一种新的简单的电路来实现IGBT静态输出特性检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种IGBT静态输出特性检测系统及方法，用于通过该电路可以快速、简单的实现输出特性的检测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种IGBT静态输出特性检测系统，包括电感L1、电感L2、电流采样传感器CT、续流二极管D、电容C、直流电源U，所述直流电源的正极依次经过电感L2、L1后连接待测IGBT的集电极；所述待测IGBT的发射极经过电流采样传感器连接至直流电源U的负极；所述待测IGBT的集电极与续流二极管D的阳极连接，续流二极管D的阴极连接至直流电源U的正极；电容C并联在直流电源U的两端；所述待测IGBT的栅极经过电阻R连接驱动信号。
所述待测IGBT的栅极输入单脉冲测试电压。单脉冲测试电压可用信号发生器产生，脉冲波形为方波，脉冲幅值为所测试的栅极电压值，脉冲宽度根据实验要求可调节。
所述电流采样传感器CT输出采集的电流信号至示波器。电流采样传感器CT可以采用罗氏线圈。
所述电感L1为磁芯电感，所述电感L2的空心电感。
一种IGBT静态输出特性检测系统的检测方法，按照如下的控制方法和步骤来实现IGBT静态输出特性的检测。
a、如权利要求1所述搭建测试电路。
b、如权利要求1所述准备好测试器材，如电流采集传感器CT、示波器、信号发生器。
c、示波器将采集的电流波形保存到计算机中，波形保存为excel表格的形式，A列为电流的值，B列为时间值。C列是通过计算得到的电流与时间的微分值。D列是IGBT导通电压值。D列的值等于电源电压值减去A列的值乘以线路电阻，再减去电感的值乘以C列的值
d、根据A列电流值和D列电压值绘制出IGBT静态输出特性曲线。
本发明的优点在于：结构简单，实现方便，可以快速的完成对IGBT静态输出特性曲线的检测，检测结果可靠，且实施成本低。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明检测系统的电路原理图；
图2为本发明电路等效原理图。
图3为IGBT静态输出特性图
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明提出了一种全新的IGBT静态输出特性测试方法。此处采用电感负载进行单脉冲测试，只需很短时间就可以得到一定门极电压下IGBT静态输出特性曲线。电感负载由L1和L2串联而成，L1较大，但饱和电流较小；L2较小，但饱和电流很大。利用L1的饱和原理可使测试电路的负载实现自动切换，使其低电流段在大电感负载下工作，高电流段在小电感负载下工作。
如图1、2所示，图1中，U:直流电源；C:母线电容组(容值很大)；L1:磁芯电感(电感值较大，饱和电流较小)；L2:空心电感(电感值较小，饱和电流较大)；D:续流二极管；V1:被测IGBT；R:栅极驱动电阻。
在图2中，Rs为线路的等效电阻；L1、L2、C与图1中定义相同。
如图1所示，电源U的正极接到电容L2的一端，L2的另一端接到电容L1的一端，L1的另一端接到V1的集电极，V1的发射极通过电流采样探头CT接入到电源U的负极。
如图1所示，V1的集电极接入到D的阳极，D的阴极接入到电源U的正极。
如图1所示，电容C并入电源U的两端，驱动信号经过电阻R接入到V1的栅极。
电路检测采用单脉冲测试时序，t0时刻V1栅极电压抬高，V1导通，在大电感负载L1下运行，经过时间t1，L1饱和。V1在小电感负载L2下运行，经过时间t2，V1栅极电压变低，V1关断。二极管D续流，直至电流下降为零，测试结束。
当驱动信号来临，在L1饱和前，由于I0(饱和电流)很小，在整个测试过程中母线电压下跌很小，可以认为恒压，回路电流与母线电压之间的关系为下式(1)。
当L1饱和以后，回路电感基本为L2，回路电流快速上升，各参数之间的关系为下式(2)。
t2＝(L2/RS)ln[(U-I0RS)/(U-IRS)] (2)
回路电流上升速率为下式(3)。
上式(1)、(2)、(3)中
L1：大电感的电感值
L2：小电感的电感值
U：电源的电压值
Rs：测试回路的电阻值
I0：电感L1的饱和电流值
I:被测电流值
按照如下的控制方法和步骤来实现IGBT静态输出特性的检测。
a、如权利要求1所述搭建测试电路。
b、如权利要求1所述准备好测试器材，如电流采集传感器CT、示波器、信号发生器。
c、示波器将采集的电流波形保存到计算机中，波形保存为excel表格的形式，A列为电流的值，B列为时间值。C列是通过计算得到的电流与时间的微分值。D列是IGBT导通电压值。D列的值等于电源电压值减去A列的值乘以线路电阻，再减去电感的值乘以C列的值
d、根据A列电流值和D列电压值绘制出IGBT静态输出特性曲线。
通过以上所述方法测得的IGBT静态输出特性，与IGBT静态输出特性测试仪所测得的结果基本一致。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种IGBT静态输出特性检测系统，其特征在于：包括电感L1、电感L2、电流采样传感器CT、续流二极管D、电容C、直流电源U，所述直流电源的正极依次经过电感L2、L1后连接待测IGBT的集电极；所述待测IGBT的发射极经过电流采样传感器连接至直流电源U的负极；所述待测IGBT的集电极与续流二极管D的阳极连接，续流二极管D的阴极连接至直流电源U的正极；电容C并联在直流电源U的两端；所述待测IGBT的栅极经过电阻R连接驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种IGBT静态输出特性检测系统，其特征在于：所述待测IGBT的栅极输入单脉冲测试电压。
3.如权利要求2所述的一种IGBT静态输出特性检测系统，其特征在于：所述单脉冲测试电压采用信号发生器产生，脉冲波形为方波，脉冲幅值为所测试的栅极电压值，脉冲宽度根据实验要求可调节。
4.如权利要求1或2所述的一种IGBT静态输出特性检测系统，其特征在于：所述电流采样传感器CT输出采集的电流信号至示波器，所述示波器的输出端连接至计算机，所述计算机用于根据计算并输出待测IGBT的静态输出特性曲线。
5.如权利要求1所述的一种IGBT静态输出特性检测系统，其特征在于：所述电感L1为磁芯电感，所述电感L2的空心电感。
6.一种基于如权利要求1-4任一所述的一种IGBT静态输出特性检测系统的检测方法，其特征在于：按照如下的控制方法和步骤来实现IGBT静态输出特性的检测：
a、搭建权利要求1中的测试系统电路，将系统中的各元件连接在一起；
b、启动检测系统，直流电源输出供电、信号发生器产生单脉冲测试电压至IGBT的栅极，电流传感器将电流输出至示波器；
c、示波器将采集的电流波形保存到计算机中，计算机计算出IGBT导通电压值；
d、根据电流波形的电流值和计算出的IGBT导通电压值绘制出IGBT静态输出特性曲线。
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