工业变频器研发中的特性检测与试验方法

一般来讲，IGBT的选型包括电压、电流和成本方面的考虑。但严格来讲，损耗也是选型阶段的一个考虑因素。分析损耗的方法基本有计算方法、软件仿真方法和实验方法三种。由于集电极-发射极饱和电压Vce（sat）和二极管正向电压VF分别是计算IGBT和反并联二极管损耗的重要参数。因此在模块选型和代换中，对这两项电压的评价试验也是很重要的。测试时需要注意饱和电压是只有数伏左右的低值，为了消除测量时示波器内部增幅器饱和的影响，可以用下图所示的外加电压钳制电路的方法。

图1 IGBT饱和电压的测量方法

为了安全测试特性需要注意上电顺序，此外为保证在规定的结温下，测定电压，必须使用低占空比的脉冲测试法。

交换损耗表示了从交换开始到交换动作完成回复稳定状态为止所发生的损耗。开关损耗与直流侧电压、集电极电流、门极电压及驱动电阻都有关系。因此，试验测量开关损耗时必须注意上述试验条件。开关损耗的波形包括电压和电流的波形，请使用示波器的图形面积计算功能进行，注意使用有效的滤波措施消除示波器对电流波形采集的失真。下图给出了IGBT开关损耗的实测波形。

(a) 开通损耗 (b) 关断损耗

图2 IGBT开关损耗的实测波形（Vce：200V/div，Vge：10V/div，Ic：200A/div）

（试验条件：直流侧电压600V、集电极电流600A、门极驱动电阻3.3Ω、驱动电压+15V及-10V）

（2）驱动电路评价试验

在门极驱动电路设计中，驱动电压、电流和功率的测量是重要的项目。下图给出了大容量变频器中的门极驱动电压瞬间波形。由于采用了正负双电源的供电模式，可以看出：导通时电压值为+15V左右，关断时电压值为-10V左右。

（a） ON （b） OFF

图3 门极电压实测波形

（3）保护电路评价试验

IGBT使用中最重要的一个方面是器件的电压和电流不能超过安全工作区：①在关断时，包括任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处在开关安全工作区的规定之内②在短路时，保护电路的动作时间不能超过短路耐量。相关的评价试验包括关断安全工作区确认试验和短路试验。下图给出了两种试验中的实测波形图。

(a) 浪涌电压测试波形 (b) 短路电流测试波形

图4 安全工作区确认试验实测波形

测量时需要注意：①使用有充分频率的频带的探测器和示波器②事先调整示波器的灵敏度，调整探测器的频率修正③测量用探测器与元件的端子直接相连④注意CT的检测灵敏度和变流比。尤其在测量浪涌电压时电流的方向需要格外注意，因为不同的电流方向代表了浪涌电压来自于IGBT还是反并联二极管。

（4）散热性能评价试验

IGBT使用中最重要的另一个方面是任何情况下，IGBT的工作结温必须始终保持在Tjmax以下。要达到这样的要求，需要进行精确的损耗计算，进而设计优良的散热系统。散热性能的评价主要是温度试验。当然温度试验并不完全是为IGBT而准备的，变频器中其他元器件同样需要进行温度试验，包括电解电容、变压器、接触器及驱动电路上的主要器件等等。

温度试验首先要确定器件的温度测量点，然后要模拟各种过载条件，以保证在最恶劣的情况下器件的结温不超过最大值。