PL246146B1

PL246146B1 - Sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką

Info

Publication number: PL246146B1
Application number: PL442685A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Górecki; Paweł Górecki
Original assignee: Univ Morski W Gdyni
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-12-09
Also published as: PL442685A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku jest sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką. Zgłoszenie ma zastosowanie przy kontroli jakości półprzewodnikowych przyrządów mocy dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką. Wynalazek ma zastosowanie przy kontroli jakości półprzewodnikowych przyrządów mocy dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego.

Z opisu patentowego PL191944 znane są sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej elementów półprzewodnikowych zawierających złącze p-n. W znanym sposobie pomiar wykonywany jest w trzech etapach. Pierwszy etap obejmuje pomiary współrzędnych czterech punktów leżących na izotermicznych charakterystykach spolaryzowanego w kierunku przewodzenia złącza p-n, zawartego w badanym elemencie, drugi etap polega na pomiarze współrzędnych jednego punktu na nieizotermicznej charakterystyce tego złącza, w trzecim etapie obliczana jest wartość rezystancji termicznej przy wykorzystaniu znanego wzoru. Znany układ pomiarowy zawiera badany układ scalony, wzmacniacz pomiarowy, przełącznik, źródło prądu pomiarowego i grzejnego, przetwornik oraz komputer. Znany sposób wymaga pracy badanego układu scalonego w nietypowych dla niego warunkach zasilania.

Znane są z opisu patentowego PL224783 sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora bipolarnego mocy z izolowaną bramką (IGBT). Sposób ten realizowany jest wieloetapowo i charakteryzuje się tym, że w czasie drugiego etapu pomiaru badany tranzystor pracuje w zakresie aktywnym, a wartości napięcia bramka-emiter wyznaczane są w 3 punktach pracy tranzystora (A, B, C) tak dobranych, aby prąd kolektora przyjmował ustaloną wartość, a wartości napięcia kolektor-emiter były tak dobrane, by wykres zależności uge(uce) dla tych punktów był linią prostą. Wartość rezystancji termicznej jest wyliczana ze wzoru analitycznego i jest równa ilorazowi różnicy napięć bramka-emiter dla punktów A i C przez iloczyn różnicy napięć kolektor-emiter dla tych punktów przez prąd kolektora oraz nachylenie charakterystyki termometrycznej wyznaczone w pierwszym etapie pomiaru. Z kolei, układ do pomiaru rezystancji termicznej tranzystora bipolarnego mocy z izolowaną bramką charakteryzuje się tym, że pierwszy zasilacz napięciowy przez pierwszy rezystor połączony jest z emiterem badanego tranzystora. Z kolei, drugi zasilacz napięciowy, przez szeregowo połączony drugi rezystor oraz amperomierz zasila kolektor badanego tranzystora. Bramka tranzystora jest zwarta do masy, natomiast woltomierze mierzą potencjały emitera i kolektora, a badany tranzystor umieszczony jest w termostacie. Znany sposób i układ może być stosowany do pomiarów rezystancji termicznej IGBT przy specyficznie dobranych współrzędnych jego punktu pracy.

Z noty aplikacyjnej o nr AN_1907_PL52_1911_144109 firmy Infineon Technologies znany jest sposób pomiaru strat przełączania w tranzystorze mocy i układ do pomiaru strat przełączania w tranzystorze mocy. Znany układ pomiarowy zawiera badany tranzystor, źródło napięcia stałego, induktor, kondensator, rezystor ograniczający prąd bramki tranzystora, generator przebiegu prostokątnego napięcia i drugi taki sam tranzystor bocznikujący obciążenie indukcyjne badanego tranzystora oraz oscyloskop i sondę prądową. Znany sposób polega na pobudzaniu bramki badanego tranzystora pracującego przy obciążeniu indukcyjnym ciągiem impulsów prostokątnych napięcia o poziomach tak dobranych, aby zapewnione było skuteczne włączenie i wyłączenie badanego tranzystora w każdym okresie sygnału sterującego. Rejestrowane są przebiegi czasowe napięcia kolektor-emiter oraz prądu kolektora, a następnie wyznaczany jest iloczyn tych przebiegów będący czasowym przebiegiem traconej mocy. Następnie wykonywane jest całkowanie tego przebiegu, przy czym granice całkowania są określone przez chwile osiągnięcia przez przebiegi UCE(t) oraz lC(t) ustalonych wartości. Znany sposób i układ pomijają wpływ pasożytniczych indukcyjności układu na wynik pomiaru.

Z opisu patentowego DE102011087764 znana jest metoda określania zużycia eksploatacyjnego m.in. tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką w elektrowni wiatrowej, polegająca na wyznaczeniu charakterystyk cykli temperaturowych i wyznaczeniu odstępów serwisowych na podstawie tych cykli. Metoda ta polega na wyznaczeniu temperatury pracy przyrządu półprzewodnikowego na podstawie temperatury pracy przekształtników. Zużycie eksploatacyjne elementu półprzewodnikowego mocy jest określane na podstawie cykli temperatury roboczej. Metoda nie umożliwia wyznaczenia strat związanych z przełączaniem przyrządów półprzewodnikowych.

Zgodnie z opisem patentowym CN103033732 znany jest układ do wykrywania uszkodzeń tranzystora IGBT. Układ ten zawiera obwód wykrywania uszkodzenia IGBT, obwód wykrywania przetężenia IGBT, obwód wykrywania przepięcia IGBT i obwód sygnału zwrotnego. Układ ten może wykryć w czasie rzeczywistym, czy IGBT jest uszkodzony, czy występuje nadmierny prąd lub przepięcie. Niedogodnością tego układu jest brak możliwości wyznaczenia energii włączania i wyłączania.

Z opisu patentowego CN103675634 znana jest metoda testowania tranzystora IGBT oparta na oprogramowaniu LabVIEW. Metoda ta jest realizowana w dwóch etapach obejmujących pobudzanie badanego tranzystora i rejestrowanie sygnałów napięciowych i prądowych.

Opis patentowy CN104251965 ujawnia dynamiczne urządzenie do testowania wydajności tranzystora IGBT i metodę działania takiego urządzenia. Urządzenie według wynalazku zawiera obwód generujący prąd testowy, pierwszy system rejestrowania i stabilizacji temperatury, drugi system rejestrowania temperatury, oscyloskop, obwód sterujący IGBT. Umożliwia ono dynamiczne testowanie tranzystora IGBT.

Znane są z opisu patentowego CN105811944 urządzenie sterujące i metoda szacowania temperatury wnętrza modułu IGBT. Urządzenie składa się z testowanego modułu IGBT, modułu sterującego źródłem prądu stałego oraz platformy włączania bramki Millera, przy czym moduł sterujący źródłem prądu stałego służy do wyznaczenia parametru elektrycznego, który jest czujnikiem temperatury - napięcia włączania bramki. Układ i metoda pozwalają na wyznaczenie temperatury wnętrza modułu IGBT bez ryzyka uszkodzenia tego modułu.

Z opisu patentowego CN106291310 znana są metoda testowania i urządzenie do dynamicznej charakteryzacji przełączania tranzystora IGBT z wykorzystaniem technologii podwójnego impulsu. Sygnał podwójnego impulsu jest wytwarzany za pomocą procesora sygnałowego; testowany IGBT osiąga znamionowy prąd roboczy przez pierwszy impuls, a drugi impuls jest używany do testowania dynamicznych charakterystyk tego tranzystora. Dynamiczne parametry napięciowe i prądowe IGBT w procesie włączania/wyłączania są mierzone przy użyciu oscyloskopu i sondy różnicowej. Wśród mierzonych parametrów jest energia włączania i wyłączania. Niedogodnością znanej metody są pasożytnicze pojemności sond pomiarowych.

Znane są z opisu patentowego CN107807319 układ i metoda testowania tranzystora IGBT. Układ ten zawiera źródła prądowe, kondensator i induktor oraz przełączniki. W szczególności umożliwia on pomiary parametrów charakteryzujących rozważany tranzystor pracujący w układzie przełącznika.

Opis patentowy CN102445647 ujawnia metodę impulsowego testowania tranzystorów IGBT. Metoda ta wykorzystuje pobudzanie badanego tranzystora ciągiem impulsów prostokątnych wysokiej częstotliwości i rejestrację czasu trwania impulsu.

Z opisu patentowego CN109752638 znane są urządzenie i metoda do ciągłego pomiaru charakterystyki wyjściowej tranzystora IGBT. Urządzenie składa się z kondensatora, cewki indukcyjnej, testowanego IGBT, pomocniczego IGBT, diody zwrotnej, rezystora stanowiącego obciążenie, źródła napięcia stałego, generatora impulsów sterujących, urządzenia do pomiaru prądu i urządzenia do pomiaru napięcia. Pomiar wykonywany jest podczas ładowania i rozładowywania induktora.

Z opisanego powyżej stanu techniki znane są sposoby i układy do pomiaru charakterystyki tranzystorów IGBT, które jednak nie umożliwiają wyznaczenia energii włączania i wyłączania tranzystora bez wpływu pasożytniczych pojemności sond pomiarowych. Dodatkowo okazało się, że sposób pomiaru wymienionych parametrów tranzystorów IGBT można zrealizować z wyższą dokładnością i przy mniejszych kosztach.

Sposób pomiaru i układ do pomiaru według wynalazku w porównaniu do znanych sposobów i układów wykorzystuje inną koncepcję pomiaru, tzn. wartości energii włączania i wyłączania są wyznaczane na podstawie pomiaru temperatury obudowy tranzystora w stanie ustalonym, co eliminuje potrzebę stosowania sond pomiarowych wprowadzających pasożytnicze pojemności do układu pomiarowego i będących przyczyną błędów pomiarowych. Poza tym, układ pomiarowy według wynalazku pozwala na wyznaczenie dodatkowo parametrów cieplnych mierzonego tranzystora w trakcie pomiaru energii włączania i wyłączania. Sposób według wynalazku jest dokładniejszy i wymaga mniej kosztownej aparatury pomiarowej.

Istotą wynalazku jest sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką realizowany metodą pośrednią i obejmuje pięć następujących kolejno etapów:

a) Etap I - pomiar rezystancji termicznej między wnętrzem a obudową tranzystora Rthj-c przy wykorzystaniu znanej metody stykowej i rezystancji termicznej między wnętrzem a otoczeniem Rthj-a przy wykorzystaniu znanej pośredniej metody elektrycznej;

b) Etap II - pobudzanie tranzystora, zawartego w układzie przetwornicy boost pracującej w trybie granicznym, ciągiem impulsów prostokątnych napięcia sterującego jego bramkę o usta

PL 246146 Β1 lonej częstotliwości f i współczynniku wypełnienia d aż do uzyskania stanu ustalonego termicznie oraz zapewnienie pracy tej przetwornicy w trybie granicznym poprzez dobranie indu kcyjność L ind u która w tej przetwornicy zgodnie ze wzorem (1):

_T d-(l-d)²R_L

L =—^LL 1,

2-f gdzie Rl oznacza rezystancję obciążenia przetwornicy, natomiast w stanie ustalonym mierzona jest wartość napięcia Uce na zaciskach wyjściowych tranzystora w stanie wyłączenia, prąd kolektora lc płynący przez włączony tranzystor oraz temperatura obudowy Tc wyznacza się metodą stykową;

c) Etap III - wyznaczenie sumy energii włączania Eon i wyłączania Eotf następuje przy wykorzystaniu wzoru (2):

gdzie Pcond oznacza moc traconą na włączonym tranzystorze; przy czym gdy przetwornica pracuje w trybie granicznym, wartość energii Eon wynosi 0, stąd wartość sumy Eotf i Eon jest równa Eotf.

d) Etap IV - pomiar wartości temperatury Tc w stanie termicznie ustalonym badanego tranzystora pracującego w układzie przełącznika z obciążeniem rezystancyjnym przy bardzo wysokiej częstotliwości f i rezystancji obciążenia Rl zapewniającej uzyskanie identycznego prądu lcmaxjak w etapie II;

e) Etap V - wyliczenie wartości energii Eon równej różnicy prawej strony wzoru (2) oraz wartości energii Eotf wyznaczonej w etapie III.

Istotą wynalazku jest układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystora bipolarnego mocy z izolowaną bramką. Układ ten składa się z badanego tranzystora 4, induktora 18, diody zwrotnej 23, diody impulsowej 13, pięciu rezystorów, pięciu źródeł napięcia stałego, generatora przebiegu prostokątnego napięcia 1, pięciu przełączników, dwóch woltomierzy, amperomierza 21, termopary 5, przetwornika A/C 8, sondy prądowej 28, oscyloskopu 29 oraz komputera 9. Układ charakteryzuje się tym, że generator przebiegu prostokątnego 1 jest połączony przez rezystor Rg 2 z bramką badanego tranzystora 4 oraz przełącznikiem S3 3, którego drugie wyprowadzenie połączone jest do masy. Emiter badanego tranzystora 4 połączony jest z przełącznikiem S4 10 oraz wejściem przetwornika analogowocyfrowego 8, którego wyjście połączone jest z komputerem 9. Zacisk pierwszy przełącznika S4 10 podłączony jest do masy, a zacisk drugi tego przełącznika połączony jest z rezystorem Rm 11 i anodą diody impulsowej 13. Katoda tej diody połączona jest z rezystorem Rh 14 orazjednym zaciskiem przełącznika Sh 16, którego drugi zacisk połączony jest do masy. Ujemny zacisk źródła napięciowego Em 12 połączony jest z rezystorem Rm 11. Ujemny zacisk źródła napięciowego Eh 15 połączony jest z rezystorem Rh 14. Dodatnie zaciski źródeł Em oraz Eh podłączone są do masy. Pierwszy woltomierz 6 połączony jest do zacisków termopary 5 zamocowanej na obudowie badanego tranzystora 4. Drugi woltomierz 7 włączony jest między zaciski kolektora i emitera badanego tranzystora 4. Kolektor tego tranzystora połączony jest do zacisków przełączników Si 19 i S2 20. Drugi zacisk przełącznika Si 19 połączony jest ze źródłem napięciowym Em 17 przez induktor 18. Przełącznik S2 20 jest trzypozycyjny, a do zacisku trzeciego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Em 22 przez amperomierz 21. Z kolei, do zacisku drugiego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Ec 26 przez rezystor Rc 27, a do zacisku pierwszego tego przełącznika - anoda diody zwrotnej 23. Katoda tej diody połączona jest z kondensatorem 25 i rezystorem 24, a ich pozostałe wyprowadzenia połączone są do masy. Sonda prądowa 28 założona jest na przewodzie połączonym do emitera badanego tranzystora 4, a jej wyjście podłączone jest do wejścia oscyloskopu 29.

Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest wyznaczenie energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką w typowych warunkach pracy tego tranzystora z obciążeniem indukcyjnym.

Korzystnym skutkiem zastosowania układu według wynalazku jest wyznaczenie wartości energii włączania oraz wyłączania tranzystora bipolarnego mocy z izolowaną bramką.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na przykładzie wykonania nie ograniczającym wynalazku:

PL 246146 Β1

Sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką według wynalazku realizowany jest metodą pośrednią obejmującą pięć następujących kolejno etapów:

a) W pierwszym etapie mierzona jest rezystancja termiczna między wnętrzem a obudową tranzystora Rthj-c przy wykorzystaniu znanej metody stykowej i rezystancja termiczna między wnętrzem a otoczeniem Rthj-a przy wykorzystaniu znanej pośredniej metody elektrycznej. Podczas realizacji tego etapu pomiaru przełącznik S3 3 znajduje się w pozycji 1, przełącznik S4 10 w pozycji 2, przełącznik Si 19 jest rozwarty, a przełącznik S2 20 znajduje się w pozycji 3. W czasie tego pomiaru najpierw wyznaczana jest charakterystyka termometryczna Uge(T) stanowiąca zależność napięcia między bramką a źródłem badanego tranzystora 4 od temperatury otoczenia T_a. W czasie wyznaczania tej charakterystyki przełącznik Sh 16 jest zwarty umożliwiając przepływ przez badany tranzystor 4 prądu na małej wartości (z zakresu od 1 do 10 mA) regulowanej przez dobór wartości rezystora Rm 11 oraz napięcia na źródle Em 12. Potem przełącznik Sh 16 jest rozwierany, co powoduje przepływ przez badany tranzystor prądu lc o dużej wartości regulowanej przez dobór rezystancji rezystora Rh 14 oraz napięcia na źródle Eh 15. Wartość prądu lc mierzona jest przez amperomierz 21, a wartość napięcia kolektor-emiter Uce przez drugi woltomierz 7. Na skutek wydzielania mocy w tranzystorze 4 zachodzi w nim zjawisko samonagrzewania powodujące wzrost temperatury jego wnętrza Tj oraz temperatury obudowy Tc. Termopara 5 wraz z woltomierzem 6 umożliwiają pomiar temperatury Tc. Istotne jest, aby termopara stykała się z metalową częścią obudowy badanego tranzystora 4, który powinien być zamocowany na metalowym radiatorze. Należy monitorować na woltomierzu 6 zmiany wartości temperatury Tc, a na komputerze rejestrować mierzone za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego wartości napięcia Uge aż do momentu uzyskania stanu ustalonego. W stanie tym zmiany wartości temperatury Tc obserwowane w ciągu jednej minuty nie mogą przekroczyć rozdzielczości pomiaru tej temperatury. Po wykryciu stanu ustalonego należy zarejestrować wartości napięcia Uce, prądu lc oraz temperatury Tc. Następnie należy zewrzeć przełącznik Sh i zmierzyć wartość Ugeh napięcia Uge. Wartości rezystancji termicznej Rthj-c oraz Rthj-a są wyliczane ze wzorów:

^Rthj-c

T_c-T_a' Uce (3) ^Rthj-c

Ugeh Ugek lc ' Uce ' ^ατ (4) gdzie UGEKjest wartością napięcia Uge odczytaną z charakterystyki termometrycznej przy temperaturze Ta, zaś ατ oznacza nachylenie tej charakterystyki.

b) W drugim etapie pomiaru badany tranzystor 4 zawarty jest w układzie przetwornicy boost zasilanej ze źródła napięciowego Em 17 i pracującej w trybie granicznym. W tym etapie przełącznik S3 3 znajduje się w pozycji 2, przełącznik S4 10 - w pozycji 1, przełącznik Si 19 w pozycji 1, a przełącznik S2 20 - w pozycji 1. Bramka tranzystora 4 pobudzana jest ciągiem impulsów prostokątnych napięcia o ustalonej częstotliwości f i współczynniku wypełnienia d z generatora Ester 1, aż do momentu uzyskania stanu ustalonego termicznie. Chcąc zapewnić pracę tej przetwornicy w trybie granicznym należy dobrać indukcyjność L induktora zgodnie z następującym wzorem:

2-f ’ gdzie we wzorze tym Rl oznacza rezystancję obciążenia przetwornicy. W stanie ustalonym mierzona jest wartość napięcia Uce na zaciskach wyjściowych tranzystora w stanie wyłączenia za pomocą drugiego woltomierza 7, prąd kolektora lc płynący przez włączony tranzystor 4 za pomocą sondy prądowej 28 podłączonej do wejścia oscyloskopu 29 oraz temperatura obudowy Tc metodą stykową za pomocą termopary 5 i woltomierza 6.

c) W etapie trzecim wyznaczana jest suma energii włączania E_on i wyłączania E_Off przy wykorzystaniu wzoru w postaci:

PL 246146 Β1

^PCorid

E l E — on orr (6) gdzie we wzorze tym Pcond oznacza moc traconą na włączonym tranzystorze. W związku z tym, że przetwornica pracuje w trybie granicznym, wartość energii Eon wynosi 0, a więc wartość sumy Eotf i Eon jest równa Eotf.

Moc ta wyznaczana jest z następującego wzoru będącego aproksymacją charakterystyki wyjściowej włączonego tranzystora IGBT:

i ma.\

P_cond =------------- ί (l_C · Rs + u_CE0) I_cdi_c =

Cmax “ Cmin I_Cmj„ l +1 T² +1 I + Γ² _ C mas C min τ τ , Cmaz ' Cimx Cmin ' Cmin p ^_ 2 ' ^cel ' 2 ' gdzie Icmax I Icmin to odpowiednio maksymalny i minimalny prąd tranzystora IGBT w okresie jego pracy w stanie ustalonym, Rs i Uceo to parametry aproksymacji odcinkami liniowej jego charakterystyki wyjściowej. Rs wyznacza się ze wzoru:

_ Ucei Uę ^s I-I (8) gdzie: Ucei, Uce2, Im oraz Ic2 to współrzędne punktów pracy tranzystora w liniowym zakresie charakterystyki wyjściowej włączonego tranzystora IGBT przy zachowaniu warunku, że Ici>lc2. Uceo to miejsce zerowe prostej aproksymującej te dwa punkty.

d) W etapie czwartym badany tranzystor pracuje w układzie przełącznika z obciążeniem rezystancyjnym przy wysokiej częstotliwości fi rezystancji obciążenia Rc, zapewniającej uzyskanie identycznego prądu l_Cmax jak w etapie III, aż do uzyskania stanu ustalonego. W tym etapie przełącznik S3 3 znajduje się w pozycji 2, przełącznik S4 10 - w pozycji 1, przełącznik Si 19 - w pozycji 2, a przełącznik S2 20 - w pozycji 2. W stanie tym mierzona jest wartość temperatury Tc za pomocą termopary 5 i woltomierza 6.

e) W etapie piątym wyliczana jest wartość energii E_on równa różnicy prawej strony równania (6) oraz wartości Eotf wyznaczonej w etapie III.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku:

Fig. 1. - przedstawia schemat blokowy układu do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystora bipolarnego mocy z izolowaną bramką.

Układ według wynalazku zawiera badany tranzystor 4, induktor 18, diodę zwrotną 23, diodę impulsową 13, pięć rezystorów, pięć źródeł napięcia stałego, generator przebiegu prostokątnego napięcia 1, pięć przełączników, dwa woltomierze, amperomierz 21, termoparę 5, przetwornik A/C 8, sondę prądową 28, oscyloskop 29 oraz komputer 9. Układ charakteryzuje się tym, że generator przebiegu prostokątnego 1 jest połączony przez rezystor Rg 2 z bramką badanego tranzystora 4 oraz przełącznikiem S3 3, którego drugie wyprowadzenie połączone jest do masy. Emiter badanego tranzystora 4 połączony jest z przełącznikiem S4 10 oraz wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego 8, którego wyjście połączone jest z komputerem (9). Zacisk pierwszy przełącznika S4 10 podłączony jest do masy, a zacisk drugi tego przełącznika połączony jest z rezystorem Rm 11 i anodą diody impulsowej 13. Katoda tej diody połączona jest z rezystorem Rh 14 oraz jednym zaciskiem przełącznika Sh 16, którego drugi zacisk połączony jest do masy. Ujemny zacisk źródła napięciowego Em 12 połączony jest z rezystorem Rm 11. Ujemny zacisk źródła napięciowego Eh 15 połączony jest z rezystorem Rh 14. Dodatnie zaciski źródeł Em oraz Eh podłączone są do masy. Pierwszy woltomierz 6 połączony jest do zacisków termopary 5 zamocowanej na obudowie badanego tranzystora 4. Drugi woltomierz 7 włączony jest między zaciski kolektora i emitera badanego tranzystora 4. Kolektor tego tranzystora połączony jest do zacisków przełączników Si 19 i S2 20. Drugi zacisk przełącznika Si 19 połączony jest ze źródłem napięciowym Em 17 przez induktor 18. Przełącznik S2 20 jest trzy pozycyjny, a do zacisku trzeciego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Em 22 przez amperomierz 21. Z kolei, do zacisku drugiego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Ec 26 przez rezystor Rc 27, a do zacisku pierwszego tego przełącznika - anoda diody zwrotnej 23. Katoda tej diody połączona jest z kondensatorem 25 i rezystorem 24, a ich pozostałe wyprowadzenia połączone są do masy, natomiast sonda prądowa 28 założona jest na przewodzie połączonym do emitera badanego tranzystora 4, a jej wyjście podłączone jest do wejścia oscyloskopu 29.

Wykaz stosowanych oznaczeń

1 -	generator przebiegu prostokątnego napięcia Ester
2	-	rezystor Rg
3	-	przełącznik S3
4	-	badany tranzystor IGBT
5	-	termopara
6	-	pierwszy woltomierz
7	-	drugi woltomierz
8	-	przetwornik analogowo-cyfrowy
9	-	komputer
10	-	przełącznik dwupozycyjny S4
11	-	rezystor Rm
12	-	źródło napięciowe Em
13	-	dioda impulsowa D2
14	-	rezystor Rh
15	-	źródło napięciowe Eh
16	-	przełącznik SH
17	-	źródło napięciowe Ein
18	-	induktor L
19	-	przełącznik dwupozycyjny Si
20	-	przełącznik trójpozycyjny S2
21	-	amperomierz
22	-	źródło napięciowe Eci
23	-	dioda impulsowa Di
24	-	rezystor Rl
25	-	kondensator
26	-	źródło napięciowe Ec
27	-	rezystor Rc
28	-	sonda prądowa
29	-	oscyloskop
Rthj-c	-	rezystancja termiczna między wnętrzem a obudową tranzystora
Rthj-a	-	rezystancja termiczna między wnętrzem a otoczeniem
f	-	częstotliwość
d	-	współczynnik wypełnienia
L	-	indukcyjność induktora
Rl	-	rezystancja obciążenia
Ta	-	temperatura otoczenia
Tc	-	temperatura obudowy
UCE	-	napięcie na zaciskach wyjściowych tranzystora w stanie wyłączenia
Uge	-	napięcie między bramką a emiterem tranzystora
Ugeh	-	napięcie między bramką a emiterem tranzystora po wyłączeniu tranzystora
Ugek	-	napięcie między bramką a emiterem tranzystora na krzywej kalibracji przy tem-
		peraturze Ta
Ic	-	prąd kolektora płynący przez włączony tranzystor
Pcond	-	moc tracona na włączonym tranzystorze
Eon	-	energia włączania tranzystora
Eoff	-	energia wyłączania tranzystora

Claims

1. Sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką realizowany metodą pośrednią, znamienny tym, że obejmuje pięć następujących kolejno etapów:

b) Etap II - pobudzanie tranzystora, zawartego w układzie przetwornicy boost pracującej w trybie granicznym, ciągiem impulsów prostokątnych napięcia sterującego jego bramkę o ustalonej częstotliwości f i współczynniku wypełnienia d aż do uzyskania stanu ustalonego termicznie oraz zapewnienie pracy tej przetwornicy w trybie granicznym poprzez dobranie indukcyjność L induktora w tej przetwornicy zgodnie z wzorem (1):

_T d-(l-d)²R_L

L =—^LL 1,

2-f gdzie we wzorze Rl oznacza rezystancję obciążenia przetwornicy, natomiast w stanie ustalonym mierzona jest wartość napięcia Uce na zaciskach wyjściowych tranzystora w stanie wyłączenia, prąd kolektora lc płynący przez włączony tranzystor oraz temperatura obudowy Tc metodą stykową;

c) Etap III - wyznaczenie sumy energii włączania Eon i wyłączania Eoff przy wykorzystaniu wzoru (2):

gdzie we wzorze Pcond oznacza moc traconą na włączonym tranzystorze; przy czym gdy przetwornica pracuje w trybie granicznym, wartość energii Eon wynosi 0, stąd wartość sumy E_otf i Eon jest równa Eotf.

d) Etap IV - pomiar wartości temperatury Tc w stanie termicznie ustalonym badanego tranzystora pracującego w układzie przełącznika z obciążeniem rezystancyjnym przy wysokiej częstotliwości f i rezystancji obciążenia Rl zapewniającej uzyskanie identycznego prądu l_Cmaxjak w etapie II;

e) Etap V - wyliczenie wartości energii Eon równej różnicy prawej strony równania (2) oraz wartości Eotf wyznaczonej w etapie III.

2. Układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów mocy z izolowaną bramką zawierający badany tranzystor, induktor, diodę zwrotną, diodę impulsową, pięć rezystorów, pięć źródeł napięcia stałego, generator przebiegu prostokątnego napięcia, pięć przełączników, dwa woltomierze, amperomierz, termoparę, przetwornik A/C, sondę prądową, oscyloskop oraz komputer, znamienny tym, że generator przebiegu prostokątnego (1) jest połączony przez pierwszy rezystor Rg (2) z bramką badanego tranzystora (4) oraz przełącznikiem S3 (3), którego drugie wyprowadzenie połączone jest do masy, emiter badanego tranzystora (4) połączony jest z przełącznikiem S4 (10) oraz wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego (8), którego wyjście połączone jest z komputerem (9), zacisk pierwszy przełącznika S4 (10) podłączony jest do masy, zacisk drugi tego przełącznika połączony jest z rezystorem Rm (11) i anodą diody impulsowej (13), której katoda połączona jest z rezystorem Rh (14) oraz jednym zaciskiem przełącznika Sh (16), którego drugi zacisk połączony jest do masy, ujemny zacisk źródła napięciowego Em (12) połączony jest z rezystorem Rm (11), ujemny zacisk źródła napięciowego Eh (15) z rezystorem Rh (14), a dodatnie zaciski tych źródeł podłączone są do masy, pierwszy woltomierz (6) połączony jest do zacisków termopary (5) zamocowanej na obudowie badanego tranzystora (4), drugi woltomierz (7) włączony jest między zaciski kolektora i emitera badanego tranzystora (4), kolektor tego tranzystora połączony jest do zacisków przełączników Si (19) i S2 (20), drugi zacisk przełącznika Si (19) połączony jest ze źródłem

PL 246146 Β1 napięciowym Ein (17) przez induktor (18), przełącznik S2 (20) jest trzypozycyjny, a do zacisku trzeciego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Em (22) przez amperomierz (21), do zacisku drugiego tego przełącznika - źródło napięcia stałego Ec (26) przez rezystor Rc (27), a do zacisku pierwszego tego przełącznika - anoda diody zwrotnej (23), której katoda połączona jest z kondensatorem (25) i rezystorem (24), a ich pozostałe wyprowadzenia połączone są do masy, natomiast sonda prądowa (28) założona jest na przewodzie połączonym do emitera badanego tranzystora (4), a jej wyjście podłączone jest do wejścia oscyloskopu (29).