IGBT模块简介
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写,IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz频率范围内,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT模块的测试简介
根据测试条件和测试线路的不同,可将IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试,即在IGBT模块结温为25℃时进行测试,此时IGBT工作在非开关状态;另一类是动态参数测试,即在IGBT模块结温为125℃时进行测试,此时IGBT工作在开关状态。
1. 静态参数测试
(1)栅-射极大漏电流IGES测试 ,该项测试在额定的G-E极电压下进行。测试时将G-E极短路。其测试原理如图1a所示。通常情况下,Vdrive=±20V。此时IGES(+)<100nA,而IGES(-)>-100nA.
(2)栅极阈值电压VCE(th)测试在该项测试中,须将G-E极短路,测试原理如图1b所示。从集电极注入一恒定的电流,此时因IGBT处于关断状态,故不会有电流从C-E结间流过。G-E极间固有的电容开始充电,当G-E结上电压达到VGE(th)时,IGBT开始导通。此时,将有电流从C-E结流过,通过监控该电流就能达到测试VGE(th)的目的。VGE(th)呈负温度系数特性,经过测试,其温度系数为:-11mV/℃。例如,在25℃时,VGE(th)=3V,到150℃时,VGE(th)只有1.63V。
(3)C-E极通态压降VCE(on)测试即指在额定集电极电流Ie和额定G-E极电极VGE下的G-E极通态压降。该参数是IGBT营业中的重要参数,其大小直接决定通态损耗的大小。测试原理图见图2a。
(4)续流二极管的正向压降VEM测试即指IGBT模块中与IGBT芯片反并的续流二极管的正向压降。该值与IGBT模块的关断特性紧密相关,若VEM小,则IGBT关断速度快,关断损耗会减小,但守断时IGBT上的过冲电压尖峰较高;反之,则会造成关断损耗增大。其测试原理如图2b所示
(5)C-E极漏电流ICES测试进行该项测试时,G-E极应短路,在C-E极上加IGBT的额定电压Ve set.测试原理图见图3a。
(6)G-E极阻断电压VCES(Bias)测试进行该项测试时,栅极和发射极应短路。在指定的集电极电流值ICset下,集-射极上的小电压即为VCES(Bias)。通常情况下,Ie set=1mA.测试电路见图3b。
IGBT的阻断电压随结温的上升而上升。对于额定电压为600V的IGBT,其VCES(Bias)通常为25℃时的阻断电压,因为它随温度下降而降低,所以在-40℃时,额定电压600V的IGBT模块,其VCES(Bias)≈550V。
2. 动态参数测试
(1)擎住电流LUT测试IGBT的纵向结构为pnpn4层结构,如果条件合适,踏能像晶闸管一样擎住,此时IGBT的负载为阻性负载。通常情况下,集电极电压VCC为额定电压60%擎住电流为额定电流的两倍。LUT测试的时序如图4所示。通常测试系统的电流保护值Iprot设定为额定电流的3.5~4倍。
(2)能耗Eloss测试对于电路设计者来说,开关过程中元件内部的能量损耗非常重要,藉此可以计算出开关损耗的平均值。进行此项测试时,IGBT的负载为感性负载。总的开关损耗值由两部分组成:①开通损耗Eon,其中包括与IGBT芯片反并续流二极管的反向恢复损耗;②关断损耗Eoff,包括电流拖尾部分的损耗。IGBT开关损耗波形如图5所示。
(3)反偏安全工作区(RBSOA)测试该项测试主要用于考核IGBT模块关断时工作在大电流和电压下的工作能力。此时,IGBT的负载为感性负载,其测试原理图和参考波形如图6a所示。
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高低功率IGBT模块静态测试,动态测试第三方报告(长禾)
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