双脉冲实验报告.doc

双脉冲实验
1. 双脉冲实验概述
通过双脉冲实验可以观察IGBT在开通、关断过程中是否有不合适的震荡,评估二极管的反向恢复行为和安全裕量以及确定有源钳位电路的工作点,保证其在极限工况下可靠工作,在额定工况下可持续工作。
双脉冲实验的基本原理
实验电路如下图1a所示。
图1 双脉冲实验电路(a)及各关键点波形(b)
图1a中Q1、Q2为IGBT模块,型号是FS800R07A2E3,开关管Q2栅极施加负压保持关断状态,Q1栅极施加由DSP提供的双脉冲波形,调节脉冲宽度T1、T2和T3可以调节电流IC1、IL0的大小。D1和D2为开关管内部并联二极管。L0为测试用空心电感,大小为25uH。C0为母线端薄膜电容,本次实验为了能确保大电流输出,电容量取2000uF。Us为直流电源,用于调节母线电压。
图1a中所标各关键点电压和电流波形如图1b所示。其中,Vg_Q1为开关管Q1的双脉冲驱动信号,IC1为Q1集电极电流,VCE1为Q1集-射电压,ID2为并联二极管D2的电流,VD2为二极管正向电压,IL0为电感L0电流。
在实际电路中由于漏感及寄生电容的存在,开关切换时波形中会有电压及电流尖峰,主要表现为:
在t2及t4时刻,Q1关断,电压VCE1存在漏感电压尖峰;
在t3时刻,Q1逐渐导通,D1逐渐关断,电流ID2存在反向恢复电流尖峰,电压VD2存在漏感电压尖峰。
以上两点需要通过双脉冲实验进行验证,确保电压、电流应力不超过开关管安全工作区。
栅极有源钳位电路
图1a中Q1关断时,集-射极会承受直流母线电压Us与漏感尖峰的叠加,负载电流越大,尖峰越高,为了保护开关管,驱动电路中加入下图2所示的有源钳位电路。
图2 开关管有源钳位电路
图2中TVS管的型号为P6SMB510A,门限电压Vtvs_th为485~535V,当VCE高于Vtvs_th时,TVS击穿并流过电流Itvs_br,该电流一方面拉低VCE电压,另一方面抬高开关管栅极电压从而减缓Q1的关断速度,降低VCE电压。有源钳位电路需要保证逆变器在过载甚至短路时能够可靠抑制VCE电压,同时又要保证该电路在逆变器额定工作区中能够持续工作,这主要考虑到TVS击穿时有与VCE成正比的电流Itvs_br流过,长时间工作会导致TVS过热,所以双脉冲实验另一个目的是验证逆变器可持续工作区的选取是否合适。
综上所述,本次双脉冲实验的目的为:
验证极限工况下IGBT集-射电压Vce_max是否在额定范围之内;
IGBT并联二极管关断时的应力是否在额定范围之内;
逆变器可持续工作区的确定。
2. 极限工况下IGBT集-射电压Vce_max
测试目的
评价有源钳位电路的工作效果,IGBT在极限电压电流条件下关断时,其集-射电压电压尖峰要低于最大可承受电压,根据IGBT规格书,该电压值为650V。测试电路如图3所示:
图3 极限工况测试电路(Q1为被测对象,表示电流探头位置)
测试条件
输入电压Vin = 425V
集电极电流Ic = 1100A (两倍额定电流)
测试结果
Vce_max = 579V
测试波形如下图4所示。
图4 极限工况下IGBT集-射电压(C1:Vce,C2:栅极驱动Vge,C4:集电极电流Ic)
3. I