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[参考译文] UCC5390ECDWVEVM:用于观察 IGBT 模块米勒感应电压尖峰的双脉冲测试。

Guru**** 2382210 points
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1313768/ucc5390ecdwvevm-double-pulse-test-for-observing-miller-induced-voltage-spike-of-an-igbt-module

器件型号:UCC5390ECDWVEVM

您好!

我正在设计一个测试设置、以观察 IGBT 模块的半桥配置中受米勒电容影响的电压脉冲。 根据附图1、我正在以-10V 至+15V 的栅极信号切换顶部 IGBT、并测量期待电压尖峰的下部 IGBT 的栅极电压。 我正在使用的 IGBT 是一款 额定电流为150A (ICM)的三相1200V、75A (型号:SKM75GB12V)、电感负载为354uH。 我对顶部 IGBT 栅极 电阻器使用了1.2欧姆的电阻器、对底部 IGBT 栅极电阻器使用了22欧姆的电阻器。

测量按照以下说明进行。

1.顶部 IGBT 的栅极信号-差分探头(黄色曲线)
2.在-DC - Rogowski 线圈中测量的负载电流(红色曲线)
3.栅极电压底部 IGBT -无源探头(绿色曲线),使用铁氧体磁芯过滤共模干扰。

此配置的续流电流约为35A。谨随函附上第二个脉冲上升的特写图。 我尽力在设置中消除干扰。

绿色曲线所示为电压上升吗? 还是仍然有一些噪声? 我还可以尝试其他方法吗? 有人能帮我解决这个问题吗?

如果您需要更多信息、请告诉我。

双脉冲测试设置

图像、测量的电压尖峰显示为绿色、二极管电流显示为红色、顶部 IGBT 栅极信号显示为黄色。

图像:测得的发射极-发射极电压为绿色(观察下 IGBT 发射极端子的反弹)、 二极管电流为红色、顶部 IGBT 栅极信号为黄色。

谢谢!

Lahiru Ambegoda.

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    尊敬的 Lahiru:

    由于低侧栅极电阻为22欧姆、您肯定会看到一些米勒注入尖峰。 您是否考虑过使用此器件的米勒钳位版本?

    您始终可以改进测量、而且 TI 也有更昂贵的探针、例如"IsoVue"、可以进行非常清晰的测量。 不过、我通常使用低侧分流器、很容易在该分流器上看到击穿电压、并且您通常只能在出现问题时通过温度上升来判断。

    您应该测量开关节点电压、而不是高侧栅极。 然后、您应该可以清楚地看到绿色迹线上的凸点是否与开关节点上的快速 dV/dt 重合。 这是最简单的方法、可以说问题是米勒注入。

    此致、

    肖恩

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    Sean、您好!

    感谢您的回答。 我使用了标准版本、我的预期是使用可以抑制尖峰的米勒钳位版本进行证明。
    我会尝试在酒店周围找到这些"IsoVue"设备。

    您能否解释一下如何使用此分流器来测量电压尖峰和温度升高现象?  我随函附上了 我要的测量电路。 我测量下部 IGBT 中标记为1和2的点之间的栅极至发射极电压。 我可以进行哪些更改吗?

    我将考虑测量相对于-DC 的开关节点电压。

    再次感谢 Sean。

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    尊敬的 Lahiru:

    在电机控制器中、通常需要测量三相电流。 一种简单的方法是使用低侧分流电阻器: https://www.ti.com/lit/ug/tidueh2c/tidueh2c.pdf 

    该分流电阻器电压易于探测、如果存在高击穿电流尖峰、您将在此处看到它们。

    标记的图像确实是测量栅极电压的最佳位置。 我确实认为、如果 dV/dt 与 VGE 尖峰相一致、这会很有意义。 如果是、我已经发现、在开关节点和低侧集电极引脚之间增加一点距离也会增加一点电感。 这种电感增加会吸收一些 dV/dt、并降低米勒电流注入。 对于电路的其余部分运行而言、这基本上是良性的。

    此致、

    肖恩

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    Sean、您好!

    我理解了您对分流电阻器应用的解释、我将尝试用它来观察击穿情况。

    我添加了一个差分探头来测量低侧 IGBT 的 VCE。 我今天获得了以下曲线、这对我来说很有道理、但当然、我需要进行更多测试来验证这一点。 这个结果是针对额定值更高且封装更大的 IGBT 获得的。

    第1个脉冲时的变化(蓝色-底部 IGBT 的 Vce、绿色-测得的 Vge、黄色-发射极电势悬空、金色-绿色的衍生函数减去黄色以获得真正的 Vge、红色--DC 的电流)

    电压上升降低时第二个脉冲的脉冲变化。

    随着电流流入电路、现在 dv/dt 在第二个脉冲处减小。 我相信您的解释与这些测量一致。 除了测量探头添加的电感之外、电路中的寄生电感是否会抑制米勒感应电压? 请您澄清一下吗?

    感谢您的大力支持、

    此致、
    Lahiru Ambegoda.

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    是的、VGE 环路外部的寄生电感会减少米勒注入。 在环路内部、它使电压上升得更糟糕!

    测量中的电感不会影响电路运行、它会使您的视图比实际信号更嘈杂。

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    好的、Sean。 非常感谢您的支持。

    非常感谢。

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    Sean、您好!

    不断改进测试设置、尝试不同类型的 IGBT。 如果可能的话、我希望得到您对我最新结果的看法。

    上图显示了第二个脉冲上升沿的特写、测量图例如下。

    1.顶部 IGBT 的栅极信号-差分探头(黄色曲线)
    2.测量的 DC+- CWT6迷你罗戈夫斯基线圈负载电流(红色曲线)
    3.闸极电压底部 IGBT - LeCroy HVFO103高压光纤隔离探针 (绿色曲线)
    4.底部 IGBT 的集电极-发射极电压-差分探头(蓝色曲线)

    当前状态通过电流测量和 IGBT VCE 端子电压测量显示设置。

    测试的 IGBT 为 Vincotech 50A 型额定模块(10-EY126PA050M7)、我将附上其数据表。 当顶部 IGBT 进行开关但未观察到击穿时、底部 IGBT 的栅极端子上会出现如此高的电压尖峰、这令人感到惊讶。 数据表提到不存在内部栅极电阻、因此栅极上的实际电压应非常接近该值。

    请您提供一些建议、为什么不会发生击穿? 我怀疑栅极电压应保持不变、直至超过 IGBT 的导通延迟时间。 如果您或具有此类实验经验的任何其他人可以对此发表评论、我们将非常感谢您提供一些指导。

    e2e.ti.com/.../Vincotech_5F00_10_2D00_Ex126PA050M7_2D00_L196F78x_5F00_FD_2D00_Rev_5F00_04.pdf

    谢谢你。

    此致、

    Lahiru Ambegoda.

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    尊敬的 Lahiru:

    ~栅极电阻很低、但可能仍有足够的电感将此 Δ I 20MHz VGE 脉冲与内部 IGBT 隔离。 您是否能够启用示波器探头的全带宽? 您可能在此处遗漏了重要细节。

    IGBT 需要一段时间才能打开、因此可能有助于您避免击穿。 您尚未测量通过低侧 IGBT 的电流、因此可能确实存在电流尖峰。

    您可能需要使这些测量值偏斜。 它看起来绿色尖峰大致与红色尖峰相同。 我预计红色尖峰会与蓝色斜率重叠、因为这是高侧的电容进行放电的地方。

    此致、

    肖恩  

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    Sean、您好!

    感谢您的回复。 我会检查您的建议、并尝试实施和捕获缺失的信息。 该罗氏线圈的最大带宽为16 MHz。 它是否足以捕捉电流尖峰?

    I 仅使电流测量值偏斜了-21ns、但之前波形正向偏斜如下所示(我在偏斜调整过程中漏掉了负号)。 请注意、底部 IGBT 在被关断时的电压为-6V、而该电压设置为零以仿真单极栅极驱动器。 上图中的电流在底部 IGBT 的电压开始上升之前拾取、因此我认为该电流具有领先的电流。 如果我错了,请纠正我。 总之、我认为电压探头不需要偏斜消除。 但我会检查一下。 感谢你的评分

    此致、
    Lahiru Ambegoda.

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    尊敬的 Lahiru:

    IGBT 很慢、因此16MHz 可能足以看到一些东西。 但是您是否有一个低侧分流电阻器可以用300MHz 电压探针进行测量?  

    绿色测量的带宽是多少? 这看起来带宽对我而言是有限的。 这是您问题的目标、我认为更高的带宽可以解答有关米勒注入的问题。

    到目前为止、看起来您没有击穿问题。 红色 ID 尖峰看起来只是开关电容放电。 您应该测量低侧电流以确保正确。

    此致、

    肖恩

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    Sean、您好!

    这些 IGBT 中的任何一个都没有分流电阻器。 如果存在电压变化、就很容易检测到该变化。 我使用的探头具有用于光学探头的60 MHz 周围的带宽以及用于差分探头的120 MHz 周围的带宽。 我会继续寻找更好的东西。

    我为测量启用了1.25 GS/s 的采样率。 绿色波形是电压尖峰、我预计红色曲线中会出现电流尖峰。 我获得的唯一峰值是续流二极管的该反向恢复电流峰值。  

    我很难在此设置中测量低侧电流。 我可以找到用于测量电流的最佳位置是 IGBT 的这些压合型端子中的 DC+周围。 您应该是正确的、不会在这里得到击穿。 我会考虑您的建议、并尝试不同的方法来改进测量。

    感谢 Sean 的支持。

    此致、

    Lahiru Ambegoda.

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    祝你好运 Lahiru,希望你没有找到任何米勒打开.