IGBT双脉冲测试-探头延时校准篇

  双脉冲测试的主要目的是为了获取IGBT模块的开关特性,它伴随着IGBT模块从研发到制造再到应用的全生命周期。基于双脉冲测试获得的模块开关波形以及数据可以帮助我们进行诸多分析,包括:对模块的开关波形进行对比得到不同厂家间的差异并提出改进方向、提取开关特征参数制作模块手册、通过开关损耗为热设计提供数据支撑等,因此双脉冲测试过程中波形的准确测量至关重要,那么仪器仪表的使用就显得尤为关键。

  在IGBT双脉冲测试过程中,最重要的测量仪器仪表当属于示波器和探头,它们是否精准设置决定了实验结果的走向。测试过程中,被测信号会经历两次延时,不同信号所经历的延时差别会对测量结果造成一定的影响。一次延时是示波器模拟前端的延时,但示波器不同通道间的延时差别在ps级别,对于μs级别的IGBT模块开关过程完全可以忽略不计。另一次是探头的延时,不同探头间的延时差在ns级别,这对于IGBT模块的开关速度就会产生明显的影响,特别对于近几年逐渐兴起的SIC和GaN模块影响就更大了。

  1.探头延时对测试的影响:

我们以实测的SI基IGBT模块开关过程为例来表明探头延时对结果的影响。

下图中,黑色波形是IGBT模块开通时电压Vce波形,蓝色波形是未对探头进行延时校准前的波形,红色波形是对探头进行延时校准后的波形。

  按照实际理论,在IGBT模块开通过程中,当电流Ic开始上升时,会在回路寄生电感上产生压降,导致Vce有所下降,Vce的下降和Ic的上升几乎是在同时发生的,但在探头未校准之前,Ic开始上升时,Vce仍保持不变,在25ns之后才开始下降。这一情况与理论存在较大偏差,此时Ic超前Vce,将探头进行校准后,Vce下降和Ic上升同步,问题得以解决,下表为探头校准前和校准后动态数据对比:


  由此可见探头延时对于IGBT模块的开关特性和分析有着非常明显的影响,在进行测量之前我们可以通过以下两种常见的方法来进行延时校准。

2.探头延时校准方法:

2.1同时测量示波器自带方波信号

  校准不同电压探头之间的延时差别非常简单,只需要同时测量同一电压信号,然后再根据测量结果进行校准即可。我们可以利用示波器自带的方波信号(一般在示波器侧面)。用两个探头同时测量示波器自带方波信号,但在示波器上显示的两个波形出现明显延时差异,1通道超前2通道5ns,那我们就可以在示波器的通道设置菜单中设置1通道延时为-5ns,或设置2通道延时为+5ns完成校准。

 2.2利用模块开关特性

  可以通过上边提到的模块开关过程中的波形来进行校准。按照理论,在开通过程中Ic的上升与Vce的下降应该几乎在同一时刻开始的。那么我们可以进行不同测试条件下的双脉冲测试,读出每次开通过程中Ic与Vce之间的延时,然后取平均值后进行校准即可。

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