IGBT双脉冲测试方法详解(2)

关于二极管的讨论：
IGBT模块中的续流二极管，实际上是一个非常重要的元件，但往往容易被忽视。我们列举出如下需要注意的几条：

1. IGBT 出现短路或者故障时，IGBT驱动器可以帮忙保护；但二极管芯片损坏时，没有其他的防护手段；
2. 在IGBT 开通的时刻，实际上是续流二极管关断的时刻。所有的功率半导体，包括IGBT 芯片和二极管芯片，在关断的时刻面临的风险远大于其开通时面临的风险；

下图是二极管的安全工作区的示意图。
实际上这是一条恒功率曲线。其意义是：二极管 在反向恢复过程中，其瞬时功率不能超过规定的数值，否则就有损坏的风险。
因此，二极管的瞬时功率是重要的判断标准。二极管在反向恢复的过程中，实际上是其工作点从导通过度到截止。其工作点的运动轨迹有多种选择，如右图所示。显然，轨迹A是最安全的，轨迹C则是危险的。

二极管的风险点的测试方法：
下图是评估二极管的方法的示意图：

 （1）将电流探头加在上管IGBT的集电极；
（2）将电压探头加在上管 IGBT的CE极间；
（3）将电压及电流的瞬时值的积做为一个函数通道，表示二极管的瞬时功率；
（4）用示波器捕捉上管二极管的反向恢复时刻，注意只有在第二次开通的时刻二极管才会有反向回复行为。

IGBT开通过程中二极管的风险点（1  ）：
右图表示的是二极管反向恢复时，实测的电压及电流波形，同时利用示波器计算出瞬时功率的波形。
二极管反向恢复电流增加时，杂散电感Ls上产生的电压与母线电压反向，因此电压相抵，二极管相对安全。
二极管反向恢复电流减小时，杂散电感Ls上产生的电压与母线电压同向，Ls上的电压落在二极管上，二极管出现电压尖峰，风险加大。如果杂散电感比较大，二极管就更加危险了，容易超出安全工作区。
二极管反向恢复电流减小时，杂散电感Ls上产生的电压与母线电压同向，Ls上的电压落在二极管上，二极管出现电压尖峰，风险加大。如果杂散电感比较大，二极管就更加危险，容易超出安全工作区。

IGBT开通过程中二极管的风险点（2  ）

1. 二极管的反向恢复电流的前沿，对应在杂散电感上产生的电压方向是与母线电压相抵的，因此没有风险；
2.反向恢复电流的后沿对应在杂散电感上产生的电压的方向与母线电压相同，二极管会承受此电压尖峰，同时也会出现瞬时功率的尖峰，因此是最危险的时刻。

 IGBT  开通过程中二极管的风险点（3  ）
二极管的电压尖峰是由于杂散电感与二极管反向恢复电流的后沿相作用而产生的。所以：

1.减小直流母排的杂散电感；
2.优化反向恢复电流的后半沿的斜率；

都可以有效提高二极管的安全裕量。
图中红色线为二极管的瞬时功率，在二极管反向恢复电流达到最大值后，二极管的功率也达到最大值。如果此时二极管电压尖峰很大，则二极管损坏的风险将大大增加，因此杂散电感大小对二极管意义也很大。
IGBT开通过程中二极管的风险点（4  ）
通常在IGBT的datasheet中，关于二极管的部分会注明反向恢复电流的最大的di/dt水平，通常不能超过这个数值。否则可能导致反向恢复电流震荡。

下图所示的1500A/3300V模块的“二极管的安全工作区曲线”，该边界为9kA/us。
二极管反向恢复电流的的形状主要取决于IGBT 厂商的设计，其前沿的斜率及后沿斜率在很大程度上受Rgon的影响。一旦增大Rgon，反向恢复电流的斜率则会缓和很多。

续流二极管的风险与外部参数的关系：
在外部参数发生变化时，二极管的风险也在发生变化，在此，我们举几个需要特别注意的参数：

1.结温，当结温越低，二极管的速度越快，反向恢复电流后沿也越陡峭，产生的电压尖峰也越高，情况越恶劣。
2.续流电流的大小，实验表明，二极管关断不同等级的电流时产生的峰值功率有如下关系：P（关断10%的额定电流）>P（关断1倍的额定电流）> P（关断21倍的额定电流。 也就是说，电流越小，情况越恶劣。
3.母线电压的高低，母线电压越高，情况越恶劣。

如上这些注意点都来自于测试经验，某些特殊的功率模块可能不在该范围内。