JPS6012582B2 - 電力用半導体素子のスイツチング損失の測定方法 - Google Patents
電力用半導体素子のスイツチング損失の測定方法Info
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- JPS6012582B2 JPS6012582B2 JP3303480A JP3303480A JPS6012582B2 JP S6012582 B2 JPS6012582 B2 JP S6012582B2 JP 3303480 A JP3303480 A JP 3303480A JP 3303480 A JP3303480 A JP 3303480A JP S6012582 B2 JPS6012582 B2 JP S6012582B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/263—Circuits therefor for testing thyristors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
この発明は電力用半導体素子のスイッチング損２失を測
定する方法の改良に関するものである。 電力用半導体素子としてはサィリスタ、トランジスタ、
ゲートターンオフサイリスタ、その他の素子があるが、
ここではサィリス夕を例にとって説明する。
２サィリスタを高周波で使用する
場合、そのスイッチング損失の増加によって電流容量が
低下することが知られても、る。この場合のスイッチン
グ損失としては一般に次のような３種類の損失が考えら
れる。‘ィーターンオンスィッチング損失 高電圧印加状態からのスイッチ動作により負荷電流が定
常値に達するまでの損失。
定する方法の改良に関するものである。 電力用半導体素子としてはサィリスタ、トランジスタ、
ゲートターンオフサイリスタ、その他の素子があるが、
ここではサィリス夕を例にとって説明する。
２サィリスタを高周波で使用する
場合、そのスイッチング損失の増加によって電流容量が
低下することが知られても、る。この場合のスイッチン
グ損失としては一般に次のような３種類の損失が考えら
れる。‘ィーターンオンスィッチング損失 高電圧印加状態からのスイッチ動作により負荷電流が定
常値に達するまでの損失。
【〇】ターンオン広がり損失
スイッチ動作によって負荷電流が定常値に達した後もサ
ィリスタの導通領域が有効導通領域全面まで広がるには
ある程度の時間を要する（一般に導通領域の広がり速度
は０．１〜０．０３脚／ｒｓである。 ）ので、この期間の損失。し一 逆回復損失 サィリスタのターンオフ時に流れる逆回復電流に伴う損
失。 そして、これらの損失の和であるスイッチング損失の平
均値は、サィリスタの動作周波数に比例して増加するの
で、高周波になるにつれてサィリスタの電流容量は低下
することになる。 従って、サイリスタの高周波電流定格を決定するために
は、このスイッチング損失の測定が非常に重要な項目の
一つになっている。従来、このスイッチング損失の測定
には、サィリスタに規定のパルス電流を通電し、そのと
きの電圧、電流波形をオシロスコープで観測して、電圧
、電流の区分求積の計算によって損失を求めていた。 （この場合にも、逆回復損失は波形の観測が極めて困難
で、測定されないことが多かった。）しかし、このよう
な方法は計算が非常に繁雑になるうえに「誤差が大きい
ので「 この方法の代用として、規定時間におけるオソ
電圧（導通領域が完全に全面に広がらない状態でのオン
電圧で「過度オン電圧」と呼んでいる。）を測定し「そ
の値からスイッチング損失（逆回復損失は含まない。）
を相関から推定していた。第竃図はこの従来の過渡オン
電圧を測定する回路例を示し「第２図はその測定波形の
一例を示す。 第亀図に示した回路構成において〜直流電源重！まスイ
ッチ２および抵抗３を介してコンデンサ４に接続されも
コンデンサ母の充電回路を構成している。コンデンサ亀
の充電電圧はサィリス夕愚およびリアクトル６を介して
供試サィリスタ７と電流波形観測用抵抗函との直列接続
体に印加されている。そして「供試サィリス夕７および
電流波形観測用抵抗枇こはそれぞれ並列に波形観測用オ
シロスコープ９および富Ｑが接続されている。このよう
な回路構成において、まずスイッチ軍を閉じてコンデン
サＷこ直流電源軍から図示の極性に充電する。つぎに「
スイッチ２を開き「供試サィリスタれこゲートトリガ
を加えた状態でサィリスタ５をターンオンミせる。そう
すると、コンデンサ４の充電電荷はサィリスタ５トリア
クトル６「供試サィリスタ７および電流波形観測用抵抗
８を通って放電し「 コンデンサ４の充電電圧の極性が
図示と逆の極性になった状態で放電電流はしや断される
。このとき供試サィリスタ７１こ加わる電圧ＶＴおよび
それを流れる電流ｉＴの波形は第２図にそれぞれ破線曲
線ＶＴおよび実施曲線ｉ丁に示すようになる。過渡オン
電圧は同図において、霞３流ｉｒのピーク値の時点にお
けるオン電圧Ｖｒ（ｔｒ）をもって表わされる。またｔ
スイッチング損失を求める場合は同図の電圧・電流を区
分求積して損失を求める。しかし「 この方法の場合電
圧Ｇ電流の値はすべ３てオシロスコ−プ上の目盛りから
読み取る必要があり、大きな読み取り誤差が生ずる。 また、電圧波形には電流波形の変化に伴う誘導電圧が重
畳されるので、これも大きな誤差の原因になる。従って
、この方法によるスイッチング損失の測定は非多常に大
まかな判定基準を得るのみで正確なスイッチング損失お
よび素子の高周波性能の判定は行えないのが実情であっ
た。この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので
、コンデンサの充電電圧を基準とし、試験電流の通電前
と通電後の電圧を測定することによりもその差電圧から
スイッチング損失を計算することによってｔ電力用半導
体素子のスイッチング損失の絶対値測定を可能にし、ス
イッチング特性の判定の可能な測定方法を提供すること
を目的としている。 第３図はこの発明に用いる測定回路の一例を示す回路図
で、第角図の従来例と同等部分は同一符号で示し「その
説明を省略する。 翼いま簾軍図におけるサイリスタ５の代り１こ挿入され
たダイオ−ドである。そしてｔ コンデンサ４の図示極
性の充電電を測定するダイオード軍２と電圧計亀３とが
接続されも逆極性の充電電圧を測定するためにダイオー
ド竃亀と電圧計官５とが接続されｔ供試サィリスタ打と
は短絡用スイッチ竃６が接続されている。この回路構成
において〜スイッチ２を閉じると直流電源軍から抵抗３
を介してコンデンサＷこ充電が行われる８ この時点で
は供試サィリス夕？‘まトリガされていないのでトオフ
状態にある。 コンデンサ亀の充電が完了した時点でスイッチ２を開く
。つぎに供試サイリスタ？をターンオンさせるともコン
ヂンサ４の充電電荷はダイオードＱＩもリアクトル６「
供謎サィリスタ７および電流波形観測用抵抗８を通して
放電し第２図に示したと同様の電圧Ｑ電流波形を供試サ
イリスタ７に与える。以上の動作において供試サィリス
タ？のスイッチング損失は次のようにして求めることが
できる。 ‘ィ｝ 初期状態におけるコンデンサ４の充電電圧を電
圧計奪３で測定しもその値をＶ。 〔Ｖ〕とする。（充電完了後スイッチ２は開いておく。
）‘ｏ｝ この状態で「 まずスイッチ軍６を閉じ、コ
ンデンサ亀の充電電荷をダイオード８８、リァクトル６
」スイッチ亀８および抵抗６を通って放電ごせ〜 コン
デンサ亀の充電電圧が反転した状態での再充電電圧を電
圧計色５で測定しＬその値をＶ，〔Ｖ〕とする。くその
後にスイッチ】６は開いておく。）し一 再びコンデン
サ４を図示の極性にＶｏ〔Ｙ〕まで充電する。 Ｂ 次に「供試サィリスタ１をターンオソさせ「コンデ
ンサ４の充電電荷をダイオード１１、リアクトル６、供
試サィリスタ７および抵抗８を通して放電させ「 コン
デンサ４の充電電圧が反転した状態での再充電電圧を電
圧計竃５で測定し「その値をＶ２〔Ｖ〕とする。 以上の手順で測定したＶｏ，Ｖ，およびＶ２〔Ｖ〕の値
とコンデンサ亀の静電容量Ｃ〔Ｆ〕の値とから供試サィ
リスタ？のスイッチング損失は次のようにして求めるこ
とができる。 測定回路の損失Ｐｏ〔ＷＱｓ〕は ＺＰ。 ＝旨（Ｖ。−ＶＩ）２また、測定回路の損失Ｐｏ〔Ｗ８
ｓ〕と供試サィリスタ７の損失Ｐｔｈ〔Ｗ。 ｓ〕との和Ｐ〔Ｗ‘Ｓ〕は
ＺＰ：Ｐ。 十Ｐ比＝毒（Ｖ。−Ｖ２）２従って、供試サィリスタ７
の損失Ｐｔｈ〔ＷＱＳ〕はＰ仇ニＰ一Ｐ。 ＝旨｛（Ｖ−〉２）２−くＶ−Ｖ・）２｝として計算で
求めることができる。 また、コンデソサけこ周波数特性のよいものを使用し、
ダイオード１１および抵抗８を省略して回路損失を小さ
くすれば比今（Ｖ。 −Ｖがとして求めることもできる。 このようにして求められる供試サイリスタ７のスイッチ
ング損失はもターンオンスィッチング損失ｔ ターンオ
ン広がり損失および逆回復損失の総和を求めることがで
き、サィリスタの高周波損失の測定方法として理想的な
方法である。 ただ逆回復損失を含めて考える場合にはダィオ−ド１１
の逆回復損失分について若干の補正を必要とするが、本
発明の基本的な問題ではないため説明を省略する。以上
サィリス夕のスイッチング損失の測定について説明した
が、この発明の方法によってサィリスタのスイッチング
特性の良否判定も可能で、この場合は所定の回路条件に
セットした状態で電圧計亀５の指示Ｖ２を読みＬ その
大小によって極めて容易に良否の判定ができる。 なお、上述の説明ではサィリス夕を供試素子として挙げ
たが「 この発明の方法は一般の電力用半導体素子にも
広く適用することができる。 以上詳述したように、この発明ではコンデンサの充電電
荷を供試素子とりアクトルとを直列接続した単向性回路
を通して放電させ〜上記コンデンサに極性を反転した再
充電電圧を得て、上記初充電電圧と上記再充電電圧と上
記コンデンサの静電容量とから供謎素子の総合のスイッ
チング損失を計算によって求めるようにしたので、ター
ンオンスィッチング損失、ターンオン広がり損失および
逆回復損失を含む総合的スイッチング損失が求まり「極
めて理想的な測定方法である。
ィリスタの導通領域が有効導通領域全面まで広がるには
ある程度の時間を要する（一般に導通領域の広がり速度
は０．１〜０．０３脚／ｒｓである。 ）ので、この期間の損失。し一 逆回復損失 サィリスタのターンオフ時に流れる逆回復電流に伴う損
失。 そして、これらの損失の和であるスイッチング損失の平
均値は、サィリスタの動作周波数に比例して増加するの
で、高周波になるにつれてサィリスタの電流容量は低下
することになる。 従って、サイリスタの高周波電流定格を決定するために
は、このスイッチング損失の測定が非常に重要な項目の
一つになっている。従来、このスイッチング損失の測定
には、サィリスタに規定のパルス電流を通電し、そのと
きの電圧、電流波形をオシロスコープで観測して、電圧
、電流の区分求積の計算によって損失を求めていた。 （この場合にも、逆回復損失は波形の観測が極めて困難
で、測定されないことが多かった。）しかし、このよう
な方法は計算が非常に繁雑になるうえに「誤差が大きい
ので「 この方法の代用として、規定時間におけるオソ
電圧（導通領域が完全に全面に広がらない状態でのオン
電圧で「過度オン電圧」と呼んでいる。）を測定し「そ
の値からスイッチング損失（逆回復損失は含まない。）
を相関から推定していた。第竃図はこの従来の過渡オン
電圧を測定する回路例を示し「第２図はその測定波形の
一例を示す。 第亀図に示した回路構成において〜直流電源重！まスイ
ッチ２および抵抗３を介してコンデンサ４に接続されも
コンデンサ母の充電回路を構成している。コンデンサ亀
の充電電圧はサィリス夕愚およびリアクトル６を介して
供試サィリスタ７と電流波形観測用抵抗函との直列接続
体に印加されている。そして「供試サィリス夕７および
電流波形観測用抵抗枇こはそれぞれ並列に波形観測用オ
シロスコープ９および富Ｑが接続されている。このよう
な回路構成において、まずスイッチ軍を閉じてコンデン
サＷこ直流電源軍から図示の極性に充電する。つぎに「
スイッチ２を開き「供試サィリスタれこゲートトリガ
を加えた状態でサィリスタ５をターンオンミせる。そう
すると、コンデンサ４の充電電荷はサィリスタ５トリア
クトル６「供試サィリスタ７および電流波形観測用抵抗
８を通って放電し「 コンデンサ４の充電電圧の極性が
図示と逆の極性になった状態で放電電流はしや断される
。このとき供試サィリスタ７１こ加わる電圧ＶＴおよび
それを流れる電流ｉＴの波形は第２図にそれぞれ破線曲
線ＶＴおよび実施曲線ｉ丁に示すようになる。過渡オン
電圧は同図において、霞３流ｉｒのピーク値の時点にお
けるオン電圧Ｖｒ（ｔｒ）をもって表わされる。またｔ
スイッチング損失を求める場合は同図の電圧・電流を区
分求積して損失を求める。しかし「 この方法の場合電
圧Ｇ電流の値はすべ３てオシロスコ−プ上の目盛りから
読み取る必要があり、大きな読み取り誤差が生ずる。 また、電圧波形には電流波形の変化に伴う誘導電圧が重
畳されるので、これも大きな誤差の原因になる。従って
、この方法によるスイッチング損失の測定は非多常に大
まかな判定基準を得るのみで正確なスイッチング損失お
よび素子の高周波性能の判定は行えないのが実情であっ
た。この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので
、コンデンサの充電電圧を基準とし、試験電流の通電前
と通電後の電圧を測定することによりもその差電圧から
スイッチング損失を計算することによってｔ電力用半導
体素子のスイッチング損失の絶対値測定を可能にし、ス
イッチング特性の判定の可能な測定方法を提供すること
を目的としている。 第３図はこの発明に用いる測定回路の一例を示す回路図
で、第角図の従来例と同等部分は同一符号で示し「その
説明を省略する。 翼いま簾軍図におけるサイリスタ５の代り１こ挿入され
たダイオ−ドである。そしてｔ コンデンサ４の図示極
性の充電電を測定するダイオード軍２と電圧計亀３とが
接続されも逆極性の充電電圧を測定するためにダイオー
ド竃亀と電圧計官５とが接続されｔ供試サィリスタ打と
は短絡用スイッチ竃６が接続されている。この回路構成
において〜スイッチ２を閉じると直流電源軍から抵抗３
を介してコンデンサＷこ充電が行われる８ この時点で
は供試サィリス夕？‘まトリガされていないのでトオフ
状態にある。 コンデンサ亀の充電が完了した時点でスイッチ２を開く
。つぎに供試サイリスタ？をターンオンさせるともコン
ヂンサ４の充電電荷はダイオードＱＩもリアクトル６「
供謎サィリスタ７および電流波形観測用抵抗８を通して
放電し第２図に示したと同様の電圧Ｑ電流波形を供試サ
イリスタ７に与える。以上の動作において供試サィリス
タ？のスイッチング損失は次のようにして求めることが
できる。 ‘ィ｝ 初期状態におけるコンデンサ４の充電電圧を電
圧計奪３で測定しもその値をＶ。 〔Ｖ〕とする。（充電完了後スイッチ２は開いておく。
）‘ｏ｝ この状態で「 まずスイッチ軍６を閉じ、コ
ンデンサ亀の充電電荷をダイオード８８、リァクトル６
」スイッチ亀８および抵抗６を通って放電ごせ〜 コン
デンサ亀の充電電圧が反転した状態での再充電電圧を電
圧計色５で測定しＬその値をＶ，〔Ｖ〕とする。くその
後にスイッチ】６は開いておく。）し一 再びコンデン
サ４を図示の極性にＶｏ〔Ｙ〕まで充電する。 Ｂ 次に「供試サィリスタ１をターンオソさせ「コンデ
ンサ４の充電電荷をダイオード１１、リアクトル６、供
試サィリスタ７および抵抗８を通して放電させ「 コン
デンサ４の充電電圧が反転した状態での再充電電圧を電
圧計竃５で測定し「その値をＶ２〔Ｖ〕とする。 以上の手順で測定したＶｏ，Ｖ，およびＶ２〔Ｖ〕の値
とコンデンサ亀の静電容量Ｃ〔Ｆ〕の値とから供試サィ
リスタ？のスイッチング損失は次のようにして求めるこ
とができる。 測定回路の損失Ｐｏ〔ＷＱｓ〕は ＺＰ。 ＝旨（Ｖ。−ＶＩ）２また、測定回路の損失Ｐｏ〔Ｗ８
ｓ〕と供試サィリスタ７の損失Ｐｔｈ〔Ｗ。 ｓ〕との和Ｐ〔Ｗ‘Ｓ〕は
ＺＰ：Ｐ。 十Ｐ比＝毒（Ｖ。−Ｖ２）２従って、供試サィリスタ７
の損失Ｐｔｈ〔ＷＱＳ〕はＰ仇ニＰ一Ｐ。 ＝旨｛（Ｖ−〉２）２−くＶ−Ｖ・）２｝として計算で
求めることができる。 また、コンデソサけこ周波数特性のよいものを使用し、
ダイオード１１および抵抗８を省略して回路損失を小さ
くすれば比今（Ｖ。 −Ｖがとして求めることもできる。 このようにして求められる供試サイリスタ７のスイッチ
ング損失はもターンオンスィッチング損失ｔ ターンオ
ン広がり損失および逆回復損失の総和を求めることがで
き、サィリスタの高周波損失の測定方法として理想的な
方法である。 ただ逆回復損失を含めて考える場合にはダィオ−ド１１
の逆回復損失分について若干の補正を必要とするが、本
発明の基本的な問題ではないため説明を省略する。以上
サィリス夕のスイッチング損失の測定について説明した
が、この発明の方法によってサィリスタのスイッチング
特性の良否判定も可能で、この場合は所定の回路条件に
セットした状態で電圧計亀５の指示Ｖ２を読みＬ その
大小によって極めて容易に良否の判定ができる。 なお、上述の説明ではサィリス夕を供試素子として挙げ
たが「 この発明の方法は一般の電力用半導体素子にも
広く適用することができる。 以上詳述したように、この発明ではコンデンサの充電電
荷を供試素子とりアクトルとを直列接続した単向性回路
を通して放電させ〜上記コンデンサに極性を反転した再
充電電圧を得て、上記初充電電圧と上記再充電電圧と上
記コンデンサの静電容量とから供謎素子の総合のスイッ
チング損失を計算によって求めるようにしたので、ター
ンオンスィッチング損失、ターンオン広がり損失および
逆回復損失を含む総合的スイッチング損失が求まり「極
めて理想的な測定方法である。
第！図は従釆の過渡オン電圧を測定する回路の一例を示
す回路図、第２図はその測定波形の一例を示す波形図「
第３図はこの発明に用いる測定回路の一例を示す回路図
である。 図において、１は直流電源、２は充電用スイッチ、３は
充電用抵抗、４はコンデンサ、６はリアクトル、７は供
試サィリスタ（素子）、１１，１２，１４はダイオード
、１３，１６は電圧計、１６は短絡用スイッチである。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。翁１
図 豹２図 数３図
す回路図、第２図はその測定波形の一例を示す波形図「
第３図はこの発明に用いる測定回路の一例を示す回路図
である。 図において、１は直流電源、２は充電用スイッチ、３は
充電用抵抗、４はコンデンサ、６はリアクトル、７は供
試サィリスタ（素子）、１１，１２，１４はダイオード
、１３，１６は電圧計、１６は短絡用スイッチである。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。翁１
図 豹２図 数３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の静電容量を有するコンデンサに所定電圧に初
充電された充電電荷を供試電力用半導体素子とリアクト
ルとを直列接続した単向性回路を通して放電させ、上記
コンデンサに極性を反転した再充電電圧を得て、上記初
充電電圧と上記再充電電圧と上記コンデンサの静電容量
とから上記供試電力用半導体素子の総合のスイツチング
損失を計算によって求めることを特徴とする電力用半導
体素子のスイツチング損失の測定方法。 ２ 単向性回路の供試電力用半導体素子を短絡した状態
でコンデンサの初充電、および上記単向性回路を通して
放電させることによって逆極性の再充電を行わせ、これ
から上記供試電力用半導体素子を除く上記単向性回路の
損失を求め、これによって計算の補正をすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電力用半導体素子の
スイツチング損失の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3303480A JPS6012582B2 (ja) | 1980-03-12 | 1980-03-12 | 電力用半導体素子のスイツチング損失の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3303480A JPS6012582B2 (ja) | 1980-03-12 | 1980-03-12 | 電力用半導体素子のスイツチング損失の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56128466A JPS56128466A (en) | 1981-10-07 |
| JPS6012582B2 true JPS6012582B2 (ja) | 1985-04-02 |
Family
ID=12375502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3303480A Expired JPS6012582B2 (ja) | 1980-03-12 | 1980-03-12 | 電力用半導体素子のスイツチング損失の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6012582B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IN2013MU02485A (ja) | 2013-07-26 | 2015-09-25 | Tektronix Inc | |
| CN107632205B (zh) * | 2017-09-07 | 2019-07-05 | 上海交通大学 | 功率半导体器件损耗特性的测试平台及测试方法 |
| CN109765470B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-06-30 | 上海交通大学 | 温度电流精确可控的功率半导体器件特性测试方法 |
-
1980
- 1980-03-12 JP JP3303480A patent/JPS6012582B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56128466A (en) | 1981-10-07 |
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