GTR和IGBT动态特性测试的研究

1、文章编号:1006-155X(200002-100-04GTR和IG BT动态特性测试的研究彭端,彭珞丽(广东工业大学电子信息工程系,广州510643摘要:研究一种采用通用示波器测试G TR和IG BT动态特性的简易装置,介绍由intel8098单片机硬软件技术构成PW M信号脉冲源,给出了进口G TR模块2DI50D-100(50A/1200V和IG BT模块2M BI50L-120(50A/1200V的测试结果.关键词:动态特性;测试;绝缘栅双极型晶体管;双极型晶体管中图分类号:T N32文献标识码:A随着新型电力电子器件的迅速发展,电力电子技术逐渐在国民经济中得到广泛应用.然而国内在开发

2、和研制G TR和IG BT电力电子应用装置时,大都以国外器件制造商提供的G TR和IG BT模块产品样本给出的特性参数作为电力电子电路设计及参数选择的依据,缺乏简易便捷的测试手段对进口G TR和IG BT模块进行动态特性测试,更无法判别模块质量的优劣,因此研究G TR和IG BT动态特性测试方法和简易便捷装置是G TR和IG BT模块应用的基础性工作1.1G TR和IG BT模块动态特性测试原理G TR和IG BT模块在电力电子装置中大都运行在导通、关断、截止、开通四种状态,且以高频开关速度转换(一般开关频率大于1kH z,其动态特性是在一定驱动脉冲和负载、散热条件和温度下,观测G TR和IG

3、 BT模块的导通时间和关断时间、导通饱和电压V CE(S AT等,测试方法及标准参照国标G B4587-84双极型晶体管测试方法和G B/T-17007-1997 绝缘栅双极型晶体管测试方法23.G TR和IG BT模块分别是电流型控制开关器件和电压型控制开关器件,动态特性测试电路条件信号源部分相同,而驱动电路、保护电路、测试电路、辅助电源等部分不同,因此测试装置可采用模块化设计结构以适应G TR和IG BT模块在同一套装置中测试的需要,G TR和IG BT模块动态特性测试原理电路如图1、图2所示4.测试电路由微机控制占空比可调脉冲源、G TR或IG BT驱动及保护电路、电流测量元件LE M模

4、块、负载电阻R L、可调直流电压源V DD、被测G TR和IG BT模块、辅助电源等部分组成.图1G TR动态特性测试电路图2IG BT动态特性测试电路收稿日期:1999-09-27作者简介:彭端(1963-,男,湖北武汉人,副教授,从事电力电子技术应用的教学和科研.基金来源:广东省重点科技攻关项目(943301-2056.第33卷第2期2000年4月武汉水利电力大学学报J.Wuhan Univ.of Hydr.&E lec.Eng.V ol.33N o.2Apr.2000图1中,LE M1测量G TR基极电流I b,经测量电阻转换成电压信号输出到示波器通道1(CH1中,LE M2测量G TR

5、集电极电流I c,经测量电阻转换成电压信号输出到示波器通道2(CH2中,经标定即可在示波器上显示G TR基极电流I b和集电极电流T c的波形,反映G TR动态特性曲线2.同理如图2所示,V GE是IG BT栅-射极电压信号输出到示波器通道1(CH1中,LE M2测量IG BT集电极电流I c,经测量电阻转换成电压信号输出到示波器通道2(CH2中,经标定即可在示波器上显示IG2 BT栅-射极电压V GE和集电极电流I c的波形,反映IG BT动态特性曲线5.2微机控制脉冲信号源微机控制脉冲信号源由intel8098单片机硬软技术构成可控PW M脉冲源,2位LE D显示占空比,监控程序存放在27

6、C256EPROM中,晶振6MH z, intel8098PW M端输出PW M脉冲周期128s,脉冲频率7.812kH z,设有5只键盘,键值分别为01H、02H、03H、04H、05H,intel8279分别读出并转换成PW M控制字,送入intel8098单片机的PW M寄存器中,intel8098单片机P2.5引脚分别输出占空比为10%、20%、30%、40%、50%的PW M脉冲,经光电耦合器隔离送到驱动电路.过流保护信号经intel 8098单片机I NT外中断,监控程序执行过流保护中断服务程序,封锁PW M脉冲.由于PW M寄存器是8位,数字最大误差为01H,即0.5s,微机控制

7、脉冲信号源构成框图如图3所示6 .图3微机控制脉冲源3G TR模块驱动及保护电路为了实现器件安全无损测试,必须设计完善的驱动及保护电路,且驱动波形满足器件测试标准的要求,G TR驱动及保护电路如图4所示.PW M信号经与非门N6、光耦V01传送给G TR驱动电路,G TR 过流检测信号V be经比较器N1、光耦V02、与非门N2、N3、R-S触发器传送,一方面向CPU申请中断,另一方面通过与非门N6经封锁PW M信号且使发光二极管VD5发光,显示过流信息.VD3是被测G TR元件V CE饱合电压检测器,当G TR过流时V CE 电压升高,经二极管VD2使三极管VT3截止,导致VT4、VT5截止

8、,VT6导通,被测G TR元件VT7截止 .图4G TR驱动及保护电路第2期彭端等:G TR和IG BT动态特性测试的研究1014IG BT 驱动及保护电路IG BT 驱动及保护电路如图5所示,采用15V 电源,PW M 信号经与非门N 1、光耦V01传送,即A 为“1”时,与非门N 1输出“0”,B 为“0”,VT 1导通,C 为“1”,此时电源电压经R 4、R 5分压后,D 点电压低于VZ 1击穿电压,VT 2、VT 3截止.此时电源电压经R 7、R 8分压后,VT 4导通,E 为“0”,VT 5、VT 6截止,VT 7导通,IG BT 加上+15V 导通电压.VD 1是IG BT 饱和电

9、压检测器,IG BT 过流时,导通饱和电压V CE 升高,经VD 1,D 点电压也升高,当D 点电压高于VZ 1击穿电压时,VT 2、VT 3导通,VT 7截止,IG 2BT 截止.VD 2和C 3组成过流软关断电路,VT 2导通,经光耦V02、与非门N 2、N 3、R -S 触发器传送,一方面向CPU 申请中断,另一方面通过与非门N 1封锁PW M 信号且发光二级管VD 5发光显示过流信息 .图5IG BT 驱动及保护电路5测试结果根据上述原理研制G TR 、IG BT 动态特性测试测试对象G TR 模块2DI50D -100,下桥臂G TR ,PW M 脉冲占空比=20%和=40%.基极驱

10、动电流测量LE M 1:LT 25-P ,2匝,测量电阻1001%.集电极电流测量LE M 2:LA50-P ,1匝,测量电阻1001%.负载电阻RX20-55%/500W ,3串2并,共计2.5/9000W ,室温强风冷条件下示波器拍摄I b 、I c 波形如图6、图7所示,从测试波形中可清楚观测G TR 模块动态特性 .CH1:I b =1A/格(上CH2:I c =10A/格(下横坐标:t =20s/格图6G TR 动态特性(=20% CH1:I b =1A/格(上CH2:I c =10A/格(下横坐标:t =20s/格图7G TR 动态特性(=40%102武汉水利电力大学学报2000

11、CH1:V G E =10V/格(上CH2:I c =10A/格(下横坐标:t =20s/格图8IG BT 动态特性(=20% CH1:V G E =10V/格(上CH2:I c =10A/格(下横坐标:t =20s/格图9IG BT 动态特性(=40%5.2IG BT 动态特性测试测试对象模块2M BI50L -120,下桥臂IG BT ,PW M 脉冲占空比=20%和=40%,栅极驱动电压V GE =15V ,集电极电流测量LE M 2:LA50-P 1匝测量电阻1001%,负载电阻RX20-55%/500W ,3串2并,共计2.5/9000W ,室温强风冷条件下示波器拍摄V GE 、I

12、c 波形如图8、图9所示,从测试波形中可清楚观测IG BT 模块动态特性.参考文献:1彭端,彭珞丽.IG BT 静态特性测试仪的研究J .电力电子技术,1997,3(1:83-84.2G B/T -17007-1997绝缘栅双极型晶体管测试方法S.中华人民共和国国家技术监督局,1997.3G B4587-84双极型晶体管测试方法S.中华人民共和国国家标准局,1984.4张秀澹.IG BT 特性的测量方法J .电力电子技术,1995,29(1:68-70.5彭珞丽,彭端.功率晶体管模块静态特性测试J .广东工业大学学报,1997,14(1:68-70.6刘复华.8098单片机及其应用系统设计M.

13、北京:清华大学出版社,1992.R esearch on GTR and IGBT dynamic characteristic testPE NG Duan ,PE NGLuo 2li(Dept.of E lectronic &In formation Engineering ,G uangdong University of T echnology ,G uangzhou 510643,China Abstract :A sim ple instrument for measuring G TR and IG BT dynamic characteristics with general oscilloscope is devel 2oped.The authors describe the PW M pulse signal s ource com posed of intel8098hardware and s oftwa