IGBT的短路測試

來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

前言

我們說，IGBT的雙脈沖實驗和短路實驗一般都會在一個階段進行，但是有的時候短路測試會被忽略，原因有些時候會直接對裝置直接實施短路測試，但是此時實際上并不是徹底和充分的。常見的情況有：

①沒有進行IGBT短路實驗

覺得這個實驗風(fēng)險太大，容易炸管子，損失太大或者覺得短路時電流非常大，這樣很恐怖。

②進行了短路測試

但是測試時候的判斷標(biāo)準(zhǔn)較簡單，對IGBT的短路行為沒有進行較為仔細的觀察和考證。

這樣做可能會導(dǎo)致后期裝置出現(xiàn)由于IGBT短路相關(guān)導(dǎo)致的故障時，排查和處理起來較為麻煩，所以在使用起初，認真地對IGBT進行短路測試是非常必要。

短路分為兩種：

橋臂內(nèi)短路(直通)：

我們稱之為“一類短路”，一般為橋臂直通導(dǎo)致的，硬件或軟件失效造成的，此時短路回路中的電感量很小(100nH)，一般我們會采用VCE(sat)檢測來實現(xiàn)短路保護。

橋臂間短路(大電感短路)：



我們稱之為“二類短路”，一般為相間短路或者是相對地短路，此時短路回路中的電感較大(uH級別)，可以使用VCE(sat)檢測或是使用霍爾檢測電流變化來實現(xiàn)短路保護，這類短路中的電感量是不確定的。

一般我們所說的短路測試是針對橋臂內(nèi)短路情形來說的，下面就讓我們來了解下IGBT的短路測試到底是什么樣的。

2、短路測試

電網(wǎng)電壓經(jīng)過調(diào)壓器和接觸器，將母線電容電壓充到所需要的值，再斷開接觸器。上管IGBT的門極被關(guān)斷，且上管用粗短的銅排進行短路。對下管IGBT釋放一個單脈沖，直通就形成了。

短路測試中需要注意以下事項：

①該測試的關(guān)注對象是電容組，母排，雜散電感，被測IGBT；

②短路回路中的電感量很低，所以上管的短路排的電感量可以極大地影響測量的結(jié)果，因此絕不可忽視“粗短銅排”的長短和粗細(當(dāng)然，這里不一定非得使用銅排，電感量很低的導(dǎo)線也是可以的)；

③短路測試的能量全部來自母排電容組，通常來說，雖然短路電流很大，但是因為時間極短，所以這個測試所消耗的能量很小，實驗前后電容上的電壓不會有明顯變化；

④上管IGBT是被一直關(guān)斷的，但是這個器件不可或缺，因為下

管被關(guān)斷后，短路電流還需要由上管二極管續(xù)流；

⑤該測試需要測量三個物理量，分別是，下管的Vce，Vge，及Ic；

⑥電流探頭需要測量Ic的位置，而不是短銅排的電流，這兩個位置的電流波形是不同的；

⑦下管IGBT的脈沖需要嚴(yán)格控制，最開始實驗可以使用10us，然后逐步增加；

⑧環(huán)境溫度對實驗結(jié)果有較大的影響，通常datasheet給出的高結(jié)溫的結(jié)果；對應(yīng)用者而言，常溫實驗是比較現(xiàn)實的；但低溫時的短路測試會比較苛刻，如果系統(tǒng)規(guī)格有低溫要求時，是有必要進行測試的；

⑨在此實驗前需要對直流母排的雜散電感有一定的評估，或者用雙脈沖測試方法對IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰進行評估，以把握好短路時的電壓尖峰，這個值可能會非常高；

短路測試步驟：

⑴在弱電情況下，確認所發(fā)單脈沖的寬度；

⑵將母線電壓調(diào)至20~30V，發(fā)送一個單脈沖，此時也會發(fā)生短路，會有一定的電流，利用此步驟確認電流探頭的方向及其他各物理量測量正確，同時確認示波器能正確捕捉該瞬間；這個步驟會比較安全；

⑶短路測試時，母線不宜過低，否則可能會見到一些奇異的震蕩；對于1200V的IGBT，母線為500V起；1700V的IGBT，母線為700V起；3300V的IGBT，1000V起；(最近遇到一個問題：在做1000A/1700VIGBT模塊短路測試時，母線電壓加到900V時，模塊發(fā)生失效，暫時還沒有找到具體原因，等找到原因會再分享出來的)。

⑷母線加到額定點，將進線接觸器斷開，放出單脈沖，裝置會發(fā)出“咚”的一聲響，確認示波器捕捉到該時刻；

⑸通常來說，如果一切都設(shè)置正確的話，短路測試是很容易成功的，但也可能由于某些細節(jié)沒有處理好，存在一定的幾率，該測試會失敗——這個IGBT會失效，并將電容的能量全部放掉，一般不會爆炸得很厲害；

⑹第一次發(fā)10us的脈沖實際上是一種嘗試性測試，其目的是，在盡量低風(fēng)險的情況下，對設(shè)備的短路性能進行最初步的摸底；

⑺如果第一次10us測試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)波形有問題，則需要整改；

⑻如果第一次10us測試發(fā)現(xiàn)IGB沒有發(fā)生退飽和現(xiàn)象，則可能意味著短路回路電感量太大，需要整改；

⑼如果第一次10us測試發(fā)現(xiàn)波形正常，可以脈沖延長至12us，再做，再延長到15us，再做，如果發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器釋放出來的脈沖不再增長，則意味著驅(qū)動器對IGBT進行了保護，否則，意味著驅(qū)動器保護電路設(shè)置有問題，需要整改；

實例簡述

下面是某模塊短路測試的實驗結(jié)果：

ⅰ 用電流的上升率di/dt求出短路回路中的全部電感量，再減去之前測出的雜散電感，就能得到插入的銅排的感量；

ⅱ 關(guān)注短路電流的最高值，與datasheet中標(biāo)注的值進行比較，是否過高，電流是否有震蕩；

ⅲ 從IGBT退飽和算起，至電流被關(guān)斷，期間的時間是否控制在10us內(nèi)，這個條件是不可以妥協(xié)的；

ⅳ 短路電流的峰值與門極鉗位電路有很大的關(guān)系，如果門極鉗位性能不好，短路電流峰值會很高；(門極鉗位電路出現(xiàn)的原因是因為米勒效應(yīng)的存在，我們上篇文章有提到過，在IGBT短路時，米勒電容會影響門極電壓，導(dǎo)致短路電流激增，使IGBT承擔(dān)風(fēng)險。越大容量的IGBT，米勒效應(yīng)越強，門極鉗位電路越重要！)

ⅴ 關(guān)注Vce電壓，需要多久才退飽和，在關(guān)斷時刻時，Vce電壓尖峰有多高，是否存在危險，有源鉗位是否動作；

ⅵ 門極電壓的評判需要比較謹(jǐn)慎，因為這個測試di/dt及du/dt都很大，門極探頭很容易測不準(zhǔn)。

第二種測試方法

下面是第二種測試方法：

給上管IGBT驅(qū)動器一個常高信號，使上管保持開通，再給下管發(fā)單脈沖。這個實驗的優(yōu)點是，確保短路回路中的電感量就是直流母線的雜散電感，足夠低。當(dāng)然，這可能談不上是第二種方法，只是優(yōu)化了短路實現(xiàn)的條件，將上面的“粗短銅排”的電感帶來的影響消除了。

上面提到最近實驗中遇到的一個問題，就是測1000A/1700V模塊時，母線加到900V時模塊失效，失效時的波形如下：

我們可以看到，此時的電流Ic瞬間沖得很高，門極電壓也很大，伴隨的現(xiàn)象是，門極驅(qū)動電路那塊發(fā)生了嚴(yán)重的燒毀，具體原因還在分析。

審核編輯 黃昊宇