[发明专利]一种IGBT模块的双脉冲试验方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种IGBT模块的双脉冲试验方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT属于电力半导体器件技术领域，电力半导体器件是用于电能变换和电能控制的大功率半导体器件，它的发展经历了二极管、晶闸管、功率晶体管等阶段。

二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)，它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

二极管为不可控器件，最重要的特性就是单方向导电特性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又可称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

晶闸管为半控型器件，在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件为：

1)晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；

2)晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通；

3)晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用；

4)晶闸管在导通情况下，当主回路电压(或电流)减小到接近于零时，晶闸管关断。

功率晶体管中以IGBT的发展最为迅速，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

IGBT为全控型器件，若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V或负电压，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的驱动电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。

IGBT具有开关速度快，导通压降低，驱动功率小，工作频率高，控制灵活等特点，因此，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。目前，高电压、大电流的IGBT已经模块化，它的驱动电路现已制造出集成化的IGBT专用驱动电路，其性能更好，可靠性更高，体积更小，会在今后大功率的应用中占据主导地位；然而，高压大容量的IGBT模块至今还缺少简单、可靠的动态特性测试手段，一些测试仪器只能测量IGBT模块的静态参数，无法获取其动态特性参数，对今后的商业化应用缺乏指导与参考。

目前，一些测试仪器和测试方法能够测量IGBT模块的静态特性，获得相关静态工作参数，能为IGBT模块的选型和使用提供一定的依据；对于IGBT模块的动态特性，还缺少较好的测试方法。

单脉冲试验可以充分观察IGBT关断过程，如果只需要关注关断过程，则可以采用单脉冲试验；然而在大部分电力电子装置中，负载的电感量都比较大，在IGBT关断后，电感电流一般不会断流，二极管会一直续流，在此时开通IGBT，会有二极管的反向恢复过程；而单脉冲试验中是没有二极管反向恢复过程的，因而双脉冲试验比单脉冲试验更加真实，更符合实际工作状态。

发明内容