一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法及装置；利用单片机发出双脉冲信号，第一个脉冲使得测试IGBT达到额定工作电流，第二个脉冲用于测试IGBT的动态特性，利用示波器和差分隔离探头测试开关时IGBT的动态电压和电流参数。通过双脉冲信号进过IGBT驱动板实现控制IGBT在极短的时间内开断，通过隔离变压器将实验电路和测试电路隔离避免信号相互干扰；利用接隔离变压器示波器和差分隔离探头对主电路的电流和IGBT两端电压已经驱动电路输出端的电压进行测量，由示波器记录下波形图；根据上升下降时间，延迟时间，开关能量计算出IGBT动态开关特性参数大小。降低了电路中的寄生参数，测试结果准确。

Testing method and device for testing dynamic switching characteristic of IGBT by double pulse technique

The present invention relates to a device and a test method using double pulse test technology IGBT dynamic switching characteristics; using MCU by double pulse signal, the first pulse so that the test IGBT reaches the rated current, second pulses are used for testing the dynamic characteristics of IGBT, the dynamic voltage and current parameters of the oscilloscope and differential isolation switch test probe IGBT. The double pulse signal into the IGBT driver board to achieve control of IGBT in a very short time breaking through the isolation transformer experimental circuit and test circuit isolation to avoid signal interference; then using isolation transformer differential current oscilloscope and IGBT isolation and probe on the main circuit of two terminal voltage driving voltage output circuit has been measured by recording the waveform, the oscilloscope; according to the rise and fall time, delay time, switching energy calculated IGBT dynamic switching characteristics parameters. The parasitic parameters in the circuit are reduced, and the test results are accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法及装置
本专利技术涉及一种对绝缘栅双极晶体管(IGBT)动态开关特性参数的快速测量方法及装置，具体地说，涉及对处于额定工作状态下，高耐压高功率的IGBT(以1200V，150A为例)的驱动端输入双脉冲信号实现IGBT快速关断和导通，再使用排除电力干扰的测量系统对IGBT的动态特性(上升下降时间，上升下降延迟时间，开关能量)进行测量。本测试系统基于双脉冲技术，对IGBT的驱动电路进行了优化，采用单片机编程输出信号搭配IGBT驱动板对输出信号隔离并升压实现对IGBT的开启和关断。对于测试主电路则对DBC基板镀铜形成铜板以形成测试主电路的回路。本系统可以测试耐压值最大3300V的IGBT的动态开关特性，属于电力测试领域的创新型技术。
技术介绍
双脉冲测试技术作为一种测试IGBT动态特性的技术，可以在短时间内清晰反映出IGBT的动态开关性能，其测试方法简单、波形显示清晰，动态参数的计算方法方便。双脉冲测试技术利用使IGBT开启和关断的幅值电压(+15V/-8V)，和特定的脉冲时间实现对IGBT额定工作过程中开关动态性能的测试。测试的IGBT为两个IGBT串联的半桥模块，IGBT低电位侧的开关由单片机发出双脉冲信号经由IGBT驱动板隔离放大后控制开断，而在IGBT高电位侧并联着一个电感。当单片机给低电位侧IGBT(被测IGBT)的栅极和发射极之间加上正向脉冲时，并联在IGBT模块高电位侧开关的电感逐渐充电，直到集电极电流到达100％的测试电流。接着IGBT迅速关断，电感通过并联在高电位侧IGBT的续流二极管放电，然后IGBT又迅速地恢复导通。在这个过程中，IGBT导通和关断的特性可以用上升时间(tr)，下降时间(tf)，导通损失(Eon)，关断损失(Eoff)，导通延迟时间(tdon)，关断延迟时间(tdoff)和总能量损失(Etot)等开关特性来表征。传统的双脉冲测试系统所测试的IGBT模块耐压值较小，但随着IGBT制造工艺技术的不断发展，现在IGBT的耐压值越来越大，所以我们需要能够测试高耐压值的IGBT的动态开关测试系统。传统的测试系统中示波器受到主电路的干扰非常大，导致测试波形会随着脉冲的发出出现相应的畸变，实验波形图受到影响，测试结果的误差非常大，所以我们需要一种优秀的隔离技术。传统的测试系统不能根据测试情况适时对双脉冲波形宽度进行调整，不好及时应对实验中不同测试器件和电感参数的变化，我们需要随时可调的双脉冲宽度。本专利技术以双脉冲测试技术为基础，利用可编程的单片机发出可以在测试时随时调整脉冲双脉冲信号，并通过电磁屏蔽，隔离变压器和差分隔离探头对主电路和测试电路进行隔离，减少主电路高压脉冲对测试波形的干扰。主电路采用镀铜的DBC基板连通，进一步减少主电路内寄生参数大小。
技术实现思路
本专利技术主要解决高耐压高功率IGBT模块的动态开关特性参数的测试问题。采用最大电压为2000V的线性稳压稳流电源和4个1200V，270uF的薄膜电容器并联提供IGBT主电路测试电源，主电路测试电源与0.21mH的电感器，MMG100SR120B的测试模块，0.00967Ω的采样电阻简单串联形成主电路。驱动电路则由单片机输出信号，IGBT驱动板，双通道小电源简单构成；双通道小电源的5V端口，15V端口，负极端口和单片机的输出端口连接在IGBT驱动板的左端，IGBT驱动板的右端则连着MMG100SR120B的测试模块G端和E端。示波器电路则由高压差分隔离探头，分别连接在测试模块的G、E两端，C、E两端，以及采样电阻两端。为测量IGBT动态开关特性参数，提供了一个操作简单，测试时间短，且安全可靠，测试精度较好的测试平台。本专利技术方法通过以下技术方案实现。一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法及装置；利用单片机发出双脉冲信号，第一个脉冲使得测试IGBT达到额定工作电流，第二个脉冲用于测试IGBT的动态特性，利用示波器和差分隔离探头测试开关时IGBT的动态电压和电流参数。通过单片机发出的双脉冲信号进过IGBT驱动板进而实现控制IGBT在极短的时间内开断，通过隔离变压器将实验电路和测试电路隔离避免信号相互干扰；利用接隔离变压器的示波器和差分隔离探头对主电路的电流和IGBT两端电压已经驱动电路输出端的电压进行测量，由示波器记录下波形图；根据上升下降时间，延迟时间，开关能量计算出这些IGBT动态开关特性参数的大小。本专利技术的IGBT的动态开关特性测试步骤如下：(1)确定电路接线的电容器，IGBT模块各端口之间没有压差；(2)将高压直流电源三角插头插上，保证电源地线接地，示波器地线接地；(3)将不测试的IGBT触发段的GE之间短接；(4)将示波器调整到采集信号状态，打开双通道电源供应IGBT驱动板5V和15V的直流电，让单片机触发一次5V脉冲信号，观察双脉冲波形是否能在示波器测量通道CH1中被采集到；(5)打开高压电源，将电压升高到600V，从通道CH2中看到母线电压的变化情况；(6)将示波器再次调整到采集状态，将三个通道CH1，CH2，CH3都打开；使用单片机触发一次双脉冲信号；(7)记录示波器的波形；(8)将高压电源电压缓缓下降到0V，关闭高压电源并且关闭双通道电源；(9)检验电容组，IGBT模块各端口之间没有压差。测试1200V的IGBT时，测试电压为600V。单片机发出的第一个脉冲宽度优选为36us，第二个脉冲宽度优选为10us。为了实现以上方法，专利技术了IGBT双脉冲测试装置。该装置可以实现对大功率IGBT动态性能的测试。该装置由线性高压直流电源和耐高压的电容母排作为测试电路输入端，5V和12V的两个直流电源以及单片机输出的5V脉冲信号作为驱动电路的输入端。两个IGBT通过半桥电路连接，电感与高压侧IGBT并联用于控制电流。测量端由差分隔离表笔接示波器测出。本专利技术的优点：(1)本专利技术创造性地利用了镀铜的DBC基板作为双脉冲测试主电路的电路接线板，有效地降低了测试电路中的寄生参数，使得测试精度、安全性提高。(2)本专利技术使用可编程单片机作为信号发生源，设计的程序可以在实验中随时根据情况调节脉冲宽度，分度值为1us。这种设计能很好地对实验不同状况做出调整，使得测试的IGBT工作在额定电流下，测试的IGBT动态开关特性参数就会更加准确。(3)本专利技术对驱动电路和主电路采用BG2C-IGBT通用驱动板进行隔离，对主电路和示波器电路采用隔离变压器和高压差分隔离探头双重方式进行隔离。使得测试波形图干扰，振荡小，测试结果更加准确。附图说明图1为本案例所搭建实验装置电路图。图2本方法案例所搭建实验装置系统图。图3为本方法案例所搭建实验装置部件连接示意图。图4为本方法案例所用镀铜DBC基板电路图。图5为本实验测试电压电流参数波形图。图6a为放大后IGBT开通时电压UGE和电流IC波形图。图6b为放大后IGBT关断时电压UGE和电流IC波形图。图7a为放大后IGBT开通时电压UCE和电流IC波形图。图7b为放大后IGBT关断时电压UCE和电流IC波形图。图8a为IGBT开通时开关能量图。图8b为IGBT关断时开关能量图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于双脉冲技术的IGBT动态开关特性测试的装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法；其特征是利用单片机发出双脉冲信号，第一个脉冲使得测试IGBT达到额定工作电流，第二个脉冲用于测试IGBT的动态特性，利用示波器和差分隔离探头测试开关时IGBT的动态电压和电流参数。

【技术特征摘要】
1.一种利用双脉冲技术测试IGBT动态开关特性的测试方法；其特征是利用单片机发出双脉冲信号，第一个脉冲使得测试IGBT达到额定工作电流，第二个脉冲用于测试IGBT的动态特性，利用示波器和差分隔离探头测试开关时IGBT的动态电压和电流参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征是通过单片机发出的双脉冲信号进过IGBT驱动板进而实现控制IGBT在极短的时间内开断，通过隔离变压器将实验电路和测试电路隔离避免信号相互干扰；利用接隔离变压器的示波器和差分隔离探头对主电路的电流和IGBT两端电压已经驱动电路输出端的电压进行测量，由示波器记录下波形图；根据上升下降时间，延迟时间，开关能量计算出这些IGBT动态开关特性参数的大小。3.如权利要求2所述的方法，其特征是IGBT的动态开关特性测试步骤如下：(1)确定电路接线的电容器，IGBT模块各端口之间没有压差；(2)将高压直流电源三角插头插上，保证电源地线接地，示波器地线接地；(3)将不测试的IGBT触发段的GE之间短接；(4)将示波器调整到采集信号状态，打开双通道电源供应IGBT驱动板5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，梅云辉，王磊，陆盛昌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12