進行逆變器設計時，IGBT模塊的開關損耗評估是很重要的一個環節。而常見的損耗評估方法都是采用數據手冊中IGBT或者Diode的開關損耗的典型值，這種方法缺乏一定的準確性。本文介紹了一種采用逆變器系統的驅動板和母排對IGBT模塊進行損耗測試和評估的方法，通過簡單的操作即可得到更的損耗評估。

一般數據手冊中，都會給出特定條件下，IGBT及Diode開關損耗的典型值。一般來講這個值在實際設計中并不能直接拿來用。在英飛凌模塊數據手冊中，我們可以看到，開關損耗典型值前面，有相當多的限制條件，這些條件描述了典型值測試平臺。而實際設計的系統是不可能和規格書測試平臺一模一樣的。兩者之間的差異，主要體現在如下幾個方面：

• IGBT的開關損耗不僅僅依賴于驅動電阻，也依賴于驅動環路的電感，而實際用戶系統的驅動環路電感常常不同于數據手冊的測試平臺的驅動環路電感。
• 驅動中加入柵極和發射極電容是很常見的改善EMC特性的設計方法，而使用該柵極電容會影響IGBT的開關過程中電流變化率dIc / dt和電壓變化率dVce / dt，從而影響IGBT的開關損耗
• 實際系統的驅動電壓也常常不同于數據手冊中的測試驅動電壓，在IGBT模塊的數據手冊中，開關損耗通常在±15V的柵極電壓下測量，而用戶的驅動電壓有時也并非這個電壓數值。
• 數據手冊通常會在較小的母排雜散電感下進行開關損耗測試，而實際系統的母排或者PCB的布局常常會存在比較大的雜散電感。

正因為實際系統的母排、驅動與數據手冊的標準測試平臺的母排、驅動存在著差異，才導致了直接采用數據手冊的開關損耗進行實際系統的損耗評估存在著一定的誤差。一種改善的方式是直接采用實際系統的母排和驅動來進行雙脈沖測試，IGBT模塊可以固定在一個加熱平臺上，而加熱平臺能夠調節到150℃并保持恒溫。

圖1給出了雙脈沖的測試原理圖，圖2給出了雙脈沖測試時的波形圖，典型的雙脈沖測試可以按照圖1和圖2 進行，同時需要注意將加熱平臺調整到一定的溫度，并等待一定時間，確保IGBT的結溫也到達設定溫度。

圖3給出了雙脈沖測試過程中，IGBT的開通過程和關斷過程的波形。損耗可以通過CE電壓和導通電流的乘積后的積分來獲得。需要注意的是電壓探頭和電流探頭需要匹配延時，否則會引起比較大的測試誤差。在用于數據手冊的測試平臺中，常見的電流探頭是PEARSON探頭，而實際系統的母排中，很難裝入PEARSON探頭，更多的采用Rogowski-coil。需要注意的是Rogowski-coil 的延時會比較大，而且當電流變化率超過3600 A/μs時，Rogowski-coil 會有比較明顯的誤差。關于測試探頭和延時匹配也可同儀器廠家確認。

圖3-1 IGBT關斷過程

DUT：FF600R12ME4; CH2（綠色）- VGE，CH 3（藍色）- ce，CH4（紅色）- Ic

圖3-2 IGBT開通過程

首先固定電壓和溫度，在不同的電流下測試IGBT的開關損耗，可以得出損耗隨電流變化的曲線，并且對曲線進行擬合，可以得到損耗的表達式。該系統的直流母線電壓小為540V，700V。而系統的IGBT的結溫的設計在125℃和150℃之間。分別在540V和700V母線電壓，及125℃和150℃結溫下重復上述測試，可以得到一系列曲線，如圖4所示。

圖4：在不同的電流輸入條件下，以電壓和溫度為給定條件的IGBT的開關損耗曲線

依據圖4給出的損耗測試曲線，可以依據線性等效的方法得到IGBT的開通損耗和關斷損耗在電流，電壓，結溫下的推導公式。

同理也可以得到Diode在給定系統的電壓，電流，結溫設計范圍內的反向恢復損耗的推導公式：

圖5：在不同的電流輸入條件下，以電壓和溫度為給定條件的Diode反向恢復損耗曲線

雖然這里介紹的方法相對于采用IGBT數據手冊的開關損耗典型值提供了一些改進，但仍存在一些缺點，比如在非常低的電流時，損耗會有一定的誤差，這可以通過采用非線性模型或多級的電流線性模型來優化。

通過采用實際系統的驅動和母排進行雙脈沖測試，在系統設計的電壓，電流和溫度范圍內，可以得到比采用數據手冊的典型值更準確的損耗評估。

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