igbt作为大功率电子器件,应用越来越广泛,华科智源整理出igbt静态参数测试的参数,供选型使用。华科智源igbt测试仪针对igbt的测试,基本能涵盖这些参数,广泛用于新能源汽车,变频器,逆变器,电源等行业。
下面介绍igbt模块的基本参数术语定义。
1.电压
·集电极-发射极阻断电压uces:集电极一发射极间的电压;栅极和发射极短路时,集电极和发射极之间的电压。
这时集电极电流很小,通常等于lces。
·集电极-发射极击穿电压u(br)ces:栅极和发射极短路,当集电极的电流大幅上升时,集电极和发射极之间的电压。
·集电极-发射极维持电压uces·sus。在特定的栅极-发射极控制下,集电极和发射极之间的电压。这时集电极电流值非常高,对击穿电压相对不敏感。
·集电极-发射极饱和电压ucessat:在栅极和发射极之间加入一定的电压,且集电极电流几乎不受栅极-发射极电压控制,这时在集电极和发射极之间的电压。
·栅极-发射极之间的阈值电压uces(to):集电极电流有一个较小的特定值时,栅极和发射极之间的电压。此时igbt内部mosfet沟通开启,允许一个很小的电流流过。
2. 电流
·集电极电流ic,ic,non:通常称作集电极电流或集电极电流。在数据手册中也用来表示最大连续集电极直流电流。
·重复峰值集电极电流icrm:在时间t中(一般是1ms)最大的重复电流。很多厂商指定icrm的值是ic,non的两倍。
·栅极-发射极漏电流iges:发射极和集电极短路,在指定的栅-射电压下,流入栅极的漏电流。
·集电极-发射极漏(截止)电流lces:在指定的集-射电压下,通常取额定阻断电压uces,流入集电极的漏电流。
·拖尾电流icz:igbt关断过程中,拖尾时间tz内的集电极电流。
3. 时间
·开通延时td(on)或者td:igbt的栅极开启电压脉冲到集电极电流开始上升的时间间隔。通常以栅极电压幅值的10%和集电极电流10%作为开通延时计算参考点。
·上升时间tr:通常指igbt开通后,集电极电流从最大值的10%上升到90%的时间间隔。
·开通时间ton:td(on)和tr之和,如图1所示。
图1 开通时间
·关断延时td(off或ts:维持igbt导通的栅极电压脉冲的末端时刻到集电极电流开始下降的间隔。在这段时间内,igbt进入关断状态。一般情况下,以栅极电压幅值的90%和集电极电流的90%作为关断延时计算的参考点。
·下降时间tf:一般指集电极电流从最大值的90%下降到10%的时间。如果集电极电流90%的值到10%的值不是一条直线,则做一条下降电流曲线的切线,在切线上读取集电极电流的10%。
·关断时间toff:td(off)和tf之和,如图2所示。
·拖尾时间tz:关断时间toff的末端到集电极电流下降到其最大值2%时的时间间隔。
图2 关断时间
4. 温度
·等效结温tvj:功率半导体的pn结温度。虽然半导体的结温无法直接测量,但是可以通过间接的测量手段获得结温,通常用等效结温表示。对于igbt来说,结温tvj并不是指某个特定pn结的温度,也不是pn结中某一特定区域的温度。简单来说,结温描述了半导体内温度的空间分布。由于工作条件不同,不同部位的温度梯度各不相同。有些部位的电压和电流的乘积最大,换句话说耗散功率最大。图3给出了igbt内典型的等效电阻,这些电阻导致功率损耗。这也表明,损耗不仅仅只发生在pn结处。当igbt处于导通状态时,rj1是导致主要损耗的电阻。
图3 igbt内典型的等效电阻
·最大结温tvj,max:半导体器件通过直流电流时所允许的最大结温。该温度几乎与实际应用散热设计无关。
·工作结温tvj,op:半导体器件处于开关工作状态时的温度范围,用于散热设计和寿命计算。
5. 能量
·开通能量eon:单个集电极电流脉冲开通时igbt产生的能耗。定义eon的时间跨度为teon,如图4所示,它从ic上升到正常值的10%开始,uce下降到正常值的2%时结束。eon可由下式定义:
(1)
在实际操作中,可用一个数字示波器来测定eon,示波器可以跟踪并记录uce(t)和ic(t)的数值,然后利用上述数学公式对两者的乘积进行积分,积分结果的最大值就是开通能量eon。另外,可以把数据导入计算机,然后再进行数学分析
图4 定义开通能量的时间跨度
·关断能量eoff:单个集电极电流脉冲关断时igbt产生的能耗。定义eoff的时间跨度为teoff,如图5所示,它从uce上升到正常值的10%开始,ic下降到正常值的2%时结束。eoff可以由下式定义:
(2)
在实际操作中,eoff可由数字示波器测定。示波器可以跟踪并记录uce(1)和ic(t),然后利用上述公式对两者的乘积进行积分。积分结果的最大值就是关断能量eoff。另外,可以把数据导入计算机,然后再进行数学分析。
华科智源针对igbt测试,开发了igbt测试仪,可以测试igbt静态参数,包括集电极-发射极阻断电压uces:集电极一发射极间的电压;集电极-发射极击穿电压u(br)ces;集电极-发射极维持电压uces·sus;集电极-发射极饱和电压ucessat;栅极-发射极之间的阈值电压uces(to);集电极电流ic,ic,non;重复峰值集电极电流icrm;栅极-发射极漏电流iges;集电极-发射极漏(截止)电流lces:
以及相应的可靠性测试设备,动态参数测试仪,功率循环测试仪,高温反偏测试仪等;