雜散電感對IGBT開關過程的影響(2)

3 實驗測量

3.1 測量條件

作為對以上分析的驗證，我們在自制半導體功率開關元件測試平臺上進行了對比測試，測試條件如表1：

3.2 主回路雜散電感和驅動電阻變動情況下的測量結果

為驗證對主回路雜散電感效應的分析并考察不同電感量以及門極驅動情況下的實際情況，我們人為對Lp 大小進行了干預，其具體方法是在D 的陰極與電路PCB 之間（即Lp2 與Lc1之間）加入長度可調的導線，用試湊辦法得到期望的附加電感量。對于電路等效Lp值的確定，可以參考測試波形，選取關斷期間數據讀取，容易獲得較準確的ΔV1 以及dioff /dt 數值，按公式(1)可簡單估算，此外讀取ΔV2 以及dion /dt，按公式(2)估算也是一樣的效果。圖4 選取了其中兩個極端作為例子：

(a)關斷波形（Lp=36μH） (b) 開通波形（Lp=36μH）

(c)關斷波形（Lp=264μH）(d)開通波形（Lp=264μH）

圖 4 驅動電阻取5.1 歐姆時不同雜散電感下開關波形

雜散電感在上述兩極端之間取值5 組，測試情況如圖5 所示。

(a)關斷集電極電流波形 (b) 開通集電極電流波形

(c)關斷管電壓波形 (d) 開通管電壓波形

圖 5 驅動電阻取5.1 歐姆時不同雜散電感下開關電壓電流波形

由于測試重點是開關損耗，所以加入門極驅動變量進行擾動，可獲得不同線路雜散電感、不同門極驅動電阻下開通損耗、關斷損耗以及開關總損耗數據，總結如圖6。正如先前預計的，主回路雜散電感的增加會增大器件關斷損耗，減小器件開通損耗。與門極驅動電阻越大，開關速度越慢，開關損耗越大的趨勢一起，構成了數據圖形的總趨勢。其中值得注意的一些細節是：雜散電感對關斷損耗的影響在驅動電阻較小時不甚明顯，驅動電阻越大影響越大；雜散電感對開通損耗的影響則是驅動電阻小的時候影響明顯，驅動電阻變大后其削減效應從絕對值到百分比都下降；雜散電感增加導致關斷損耗增加和開通損耗降低相抵，總損耗增加或減少的情況都有，并無十分明確規律。

(a)關斷損耗

(b)開通損耗

(c)開關損耗

圖 5 不同驅動電阻與不同雜散電感下的開關損耗

3.3 發射極雜散電感和驅動電阻變動情況下的測量結果

正如前面提到的，因為測量點位置，測試平臺上有三個雜散電感的效應沒有被體現到測試結果中，但是其中發射極電感Le2 尤其具有明顯影響，它通過驅動回路產生的效應甚至遠遠超過主回路。為驗證分析，我們采用了類似調節Lp 的辦法，人為在DUT 管腳上加入了導線來模擬不同數值的雜散電感。模擬情況如圖6所示。

圖 6 不同發射極雜散電感的模擬情況

其中L1的情況可認為近似元件手冊中標稱的引線電感，約13nH，L2 則保留了發射極管腳，增加了微量電感，L3、L4 外接了較多導線，使用外部儀器粗略測量，L3 約40nH，L4 約80nH。應該指出的是這么大的Le2 并非有什么工程實踐背景，只是為了驗證測試和探索極限情況下的數據趨勢。

(a)電流關斷情況 (b)電流開通情況

(c)電壓關斷情況 (d)電壓開通情況

圖 7 相同驅動電阻與不同發射極雜散電感下的開關波形

從圖 7 可以看到，在同樣驅動條件下（驅動電阻51 歐姆），各不同Le2 得到不同的開關電壓電流波形，其中電壓波形從形狀上差別不大（該圖為比較形狀繪制，沒有采用同樣的時間起點），電流波形差異明顯，大的Le2 導致明顯緩慢的電流上升/下降，而L1 與L2 的情況因為數值差異小，所以波形差異也很小。圖 8 列出了不同驅動條件下的開關損耗情況。與預計相吻合，發射極雜散電感對兩種開關損耗都是增加的效應，因此三個圖都呈現嚴格的單調遞增特性。

(a)關斷損耗

(b)開通損耗

(c)開關損耗

圖 8 不同驅動電阻與不同雜散電感下的開關損耗

4 結論

本文根據實際IGBT器件感性負載測試平臺建立了雜散電感分布模型，從理論上分析了不同位置分布參數對不同種類開關指標的影響，并以對比性實驗測試數據驗證了分析結論。分析和測試表明，以上分布寄生參數的變動對測試結果會有大幅度影響，從而顯著影響到測試結果的精度。并可以通過參照實際實驗結果進行系統結構優化設計。