基于连续双脉冲测试的GaN HEMT动态导通电阻变化及测量方法

实际应用中,GaN HEMT的动态导通电阻会随着工作电压、工作温度等因素的变化而改变,相同温度下的实际值常与静态测量结果有所差异。由于实验条件及测量方法不同,同一型号的器件往往会出现不一致的测试结果,对应用工况的设计与监测带来了困难。针对这一问题,提出了基于连续双脉冲的测试方法,并提出了一种基于差分计算的动态导通电阻提取方法,以更准确地提取器件的动态导通电阻。进一步讨论了母线电压和温度对器件动态导通电阻的影响,当母线电压增大时,GaN HEMT的动态导通电阻表现出先增大后减小的非单调的变化特性,动态导通电阻的标准值基本不随温度变化而改变。最后,探究了GaN HEMT动态导通电阻变化的机理,进一步加深了对器件动态导通电阻变化的理解。

开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响

为更好地开展功率半导体器件的双脉冲测试,文章系统性地研究了开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响。通过理论分析结合仿真验证的方式分别研究了IGBT器件和MOSFET器件开关特性与开通脉宽之间的关系,研究发现,IGBT器件和MOSFET器件都会受到关断延时电流偏差和测量自热效应的影响:如果开通脉宽太小,关断延时电流偏差会影响双脉冲测试结果;如果开通脉宽太大,测量自热效应会显著影响双脉冲测试结果;同时,当开通脉宽太小时,IGBT器件的双脉冲测试结果还会额外受到非稳态开关效应影响,而非稳态开关效应会导致测试波形振荡严重,可能损坏器件,但MOSFET器件不会受到非稳态开关效应的影响。研究结果表明,IGBT器件和MOSFET器件都存在一个合理的开通脉宽(或负载电感电感值)范围,在该范围内器件的开关特性几乎不受开通脉宽的影响,而上限临界脉宽建议通过产品手册的热阻抗曲线进行估算,下限临界脉宽建议通过双脉冲实测的方式来确认。

【泰克应用分享】一种新的软件时序偏差校准方法加速双脉冲测试进程

双脉冲测试中一个重要目标是,准确测量能量损耗。在示波器中进行准确的功率、能量测试,关键的一步是在电压探头和电流探头之间进行校准,消除时序偏差。双脉冲测试软件(WBG-DPT)在4系、5系和6系示波器上均可使用,该软件包括一种新的专为双脉冲测试设计的消除时序偏差(deskew)的校准技术。这种新的方法与传统方法大有不同,测试速度显著加快,缩短了测试时间。

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。

一种温控型双脉冲测试平台的设计与应用

双脉冲测试是一种广泛应用于绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)驱动设计及开关特性分析的测试方法。但是已有的研究报道一般只关注该方法的原理、设计与实现。为此,考虑了温度对IGBT工作特性的影响,提出了一种温控型双脉冲测试平台的设计方案,包括负载电感设计、温控调节器选型以及加热板设计等。最后搭建了一个测试平台,实验结果验证了所提出方案的有效性。

PWM变流器现场双脉冲测试方法研究

论文介绍了一种PWM变流器现场双脉冲测试的方法。该方法主要针对通用变频器、光伏、风电等各种变流器在现场对IGBT功率模块进行双脉冲测试,以验证变流器运行性能或检测功率模块运行状态。以台达3.7kw变频器VFD037M43A为例,该方法通过特定的触发脉冲导通或者关断变频器中相应的IGBT,构成Buck电路对IGBT进行双脉冲测试。现场测试利用变频器停机间隙和电容储能对电机绕组放电进行测试,无需额外增加硬件。经实验验证,该方法具有简单、安全以及不影响变流器正常运行等优点。

一种IGBT功率模块工程应用型双脉冲测试方法

目前IGBT功率模块作为控制系统的核心器件,广泛应用于新能源、轨道交通、船舶电力等生产生活中。IGBT功率模块是控制系统安全、可靠运行的核心器件。为了在系统实际运行工况中测试不同IGBT模块动态参数,提出了一种工程应用型双脉冲测试方法,设计了通用型双脉冲测试装置,通过搭建的双脉冲测试平台,在额定工况与过载工况下,测试了500kW变频器中IGBT功率模块的开通与关断过程的动态参数。结果表明:IGBT关断时刻的尖峰电压与尖峰电流,驱动脉冲及电流震荡等测试结果符合要求。此方法反映了IGBT在实际工况中的动态性能,适于工程实际应用。

电动汽车IGBT模块的双脉冲测试方法

通过搭建双脉冲试验电路对生产厂商的IGBT模块进行测试,分析在IGBT模块开通和关断过程中的关键特性和损耗,包括测量开通关断时间、开通关断损耗、电压尖峰、反向恢复电流、母排杂散电感等重要参数。

基于栅极限流的SiC MOSFET栅电荷测试方案

SiC MOSFET是一种高性能的电力电子器件,其开通/关断过程中积累/释放的栅电荷Q_(g)对MOSFET的开关速度、功率损耗等参数有重要影响。通常采用在栅极设置恒流源驱动,对时间进行积分的方法来测量Q_(g)。为了降低驱动复杂度,提高测试结果精度和可视性,基于双脉冲测试平台的感性负载回路,改用耗尽型MOSFET限制栅极电流实现恒流充电,对SiC MOSFET进行测试。同时利用反馈电阻将较小的栅极电流信号转换为较大的电压信号。实验结果表明:在误差允许范围(±5%)内该测试方案能较为准确地测得SiC MOSFET的Q_(g),测试结果符合器件规格书曲线。

NPC三电平IGBT模块驱动电路设计及动态特性测试

二极管中点钳位NPC(neutral point clamped)三电平逆变器具备较低的开关应力、谐波分量和较好的抗干扰能力,促使其成为光伏、储能等新能源领域DC-AC变换器的主要拓扑之一。针对大功率应用场景中普遍采用的NPC三电平IGBT功率半导体模块开展研究,分析NPC三电平功率模块的换流回路,并据此给出对应换流回路的寄生参数精准仿真评估方法。依据换流回路寄生参数最小原则,设计适用于NPC三电平功率半导体模块的动态特性测试电路。根据换流回路以及电路工作原理,设计NPC三电平功率模块的驱动电路,并给出增强驱动电流、防直通及死区时间可调的驱动方案。最后,通过对NPC三电平IGBT模块的动态测试,详细评估了不同工况下功率器件的动态损耗。

宽禁带半导体器件脉冲电压测试及校准技术研究

针对第三代宽禁带(WBG)半导体分立器件的脉冲测试及测试用脉冲电压信号的校准需求,在WBG半导体分立器件双脉冲测试(DPT)方法和原理研究的基础上,分析了目前国内外常用WBG半导体分立器件测试设备的技术现状,提出了3 kV/50μs脉冲电压的精密校准难题。进一步对脉冲高压校准现状及校准方法进行研究,通过电阻式分压器机理分析、设计及仿真,研制出了耐压3 kV、上升时间140 ns、幅值线性度0.03%的精密分压器。采用自研制的脉冲分压器对半导体分立器件测试设备的脉冲电压进行校准,校准结果的不确定度为0.5%,满足脉冲高压校准需求。

基于CST软件的高压绝缘栅双极晶体管模块建模和仿真

绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bi-polar transistor,IGBT)是电力电子行业核心的功率器件之一,在逆变器、变频器、UPS、AC/DC电源、DC/DC电源、OBC(On board charging)充电单元及其他家电设备中被大量使用。IGBT模块在产品设计阶段,需要考虑多方面的设计指标,包括缓冲电路、驱动电路、短路保护、开关波形、杂散电感和均流特性等。本研究介绍一种基于达索SIMULIACST(以下简称CST)软件的3D建模及仿真方法,建立由3D IGBT模型和电路模型组成的半桥Buck电路及双脉冲电路的仿真模型。通过CST场路协同仿真可以获得精确的杂散电感、开关波形和均流波形等。IGBT数据手册和实际模型对比表明,仿真和计算结果基本一致,能够为产品的可靠设计提供指导。

一种低寄生参数高功率密度GaN半桥模块研究

针对高频环境下寄生参数引起氮化镓(GaN)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关损耗大的问题,提出一种基于GaN开关器件的半桥电路集成方案。该方案的实现基于寄生参数较低的高功率密度GaN半桥模块(GS66516T),通过有限元分析提取寄生参数联合电气模型参数仿真分析,从而实现驱动电路和功率环路的优化设计。最后,研制一台4kW两相交错并联降压变换器原理样机,并搭建双脉冲测试(DPT)平台用于分析测试实验中寄生参数对开关过程的影响。实验结果表明,该样机可实现功率密度536.19 W/in^(3),峰值效率97.65%,并具有较好的动态开关特性。

高速SiC-MOSFET叠层封装结构设计及性能评估

作为脉冲系统的核心部件,开关承担着脉冲成形、功率调制等重要作用,开关通断速度往往决定脉冲上升时间,高速开关是纳秒短脉冲形成的关键。提出一种高速SiC-MOSFET叠层封装结构,整体布局无引线、无外接,具有极低寄生电感。开展了电磁场仿真研究,揭示了脉冲形成过程中封装多介质界面电磁场分布规律,明确了封装结构电磁薄弱环节,为进一步绝缘优化提供指导。搭建双脉冲测试平台,对研制的SiC-MOSFET叠层封装开关与同芯片商用TO-263-7封装开关的动态性能进行测试。结果表明,大电流工况下,所提封装电流开通速度提升48%,关断速度提升50%,开通损耗降低54.6%,关断损耗降低62.8%,实验结果验证了所提叠层封装结构对开关动态性能的改善。

IGBT并联关键技术和测试方法的研究

随着兆瓦级变流器需求的与日俱增,IGBT并联方案目前已广泛应用在实际工程中。此处通过基于IGBT并联的风电变流器分析了IGBT并联的关键技术,介绍了一种改进型的双脉冲测试方法,来检测基于IGBT并联的风电变流器的各项性能。该方法操作简单且方便可靠,已经应用于风电变流器出厂前的批量测试。

基于SiC MOSFET的电力电子变压器双有源桥功率模块设计

将宽禁带半导体器件SiC MOSFET引入电力电子变压器子模块的功率变换部分,通过提高开关频率、降低无源器件的体积及重量,可有效提高电力电子变压器的功率密度。从工程应用需求出发,介绍一种基于SiC MOSFET的电力电子变压器DAB(双有源桥)功率模块的设计方案,具体包括功率电路的原理分析及电路设计、控制保护电路设计及SiC MOSFET驱动电路设计,对SiC MOSFET进行双脉冲测试和短路测试,对功率模块进行性能试验和系统试验,从而验证了功率模块运行的可靠性和高效性。

SiC MOSFET串扰抑制驱动电路设计

SiC MOSFET相对于传统的Si MOSFET开关速度有明显的提升,但开关速度的提升引起电压/电流变化率的增大,器件寄生电感及布线电感等因素对电路的影响日益凸显。当器件自身的电压和电流变化时,会导致栅极-源极间产生预期以外的浪涌电压,从而导致开关管误导通。针对桥式电路上下管的串扰问题设计了一种外接无比较器米勒钳位的SiC MOSFET串扰抑制驱动电路。通过搭建双脉冲测试平台进行了实验验证,实验结果表明,所设计SiC MOSFET串扰抑制驱动电路能够有效抑制上下管之间的串扰,具有重要的工程应用价值。

一种包含物理效应的SiC MOSFET行为模型

建立了一种基于PSpice的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)行为模型,该模型采用非分段方程拟合器件静态I-U特性和动态C-U特性。通过在模型中引入数学修正项,展现了相关物理效应和温度对器件特性的影响。提出了一种参数提取流程,模型参数提取所用器件测试数据通过SiC MOSFET商用数据手册获得,不需要进行复杂的器件特性测试实验,简化了建模流程。最终通过仿真和双脉冲测试验证了模型的静态和动态特性。结果表明,该模型在预测SiC MOSFET器件行为方面具有足够的精度和效率,为功率变换电路设计提供了一个实用的仿真模型。

碳化硅MOSFET驱动电路的研究与设计

随着碳化硅功率器件技术的不断发展,碳化硅功率器件发展优势明显,将逐步成为未来主流功率半导体器件。多家公司推出了多款碳化硅MOSFET,但是对于高压应用的碳化硅MOSFET驱动产品还处于半空白状态。文章针对A公司FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块的驱动进行了研究与设计,在满足碳化硅驱动电流的基础上,增加了有源钳位保护、退饱和保护、故障信号反馈功能。有源钳位保护电路中具有动态有源钳位设计,在MOSFET关断时,降低嵌位电压来快速保护MOSFET,静态时抬高嵌位电压防止误动作。退饱和保护电路检测到故障后可迅速关闭驱动,并将故障信号进行反馈。通过双脉冲测试,验证了文中设计的驱动板功能,对FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块在后续项目中的应用具有重要意义。

压接式IGBT模块的开关特性测试与分析

随着柔性直流输电技术朝着更高电压等级、更大系统容量方向的发展,作为其中关键设备的换流阀和混合式直流断路器对大容量IGBT器件的封装特性和电气性能提出了更高要求。与焊接式IGBT相比,压接式IGBT具有功率等级更高、开关速度更快、易于串联等优点,成为柔性直流输电的优选器件。为系统掌握压接式IGBT模块的应用特性,设计了基于双脉冲测试原理的压接式IGBT模块开关特性的测试平台。基于测试结果,分析了不同压接力、负载参数和结温条件对压接式IGBT模块开关特性的影响规律;并从器件封装特性和半导体物理层面、初步探讨了压接式IGBT模块开关特性的变化机理,为其在大功率电力变换领域的推广和应用提供参考。