绝缘栅双极晶体管开通期间的各时间间隔（td(on)、tr、ton）和开通能量Eon检测

绝缘栅双极晶体管（IGBT）开通时间参数及开通能量检测方法

一、开通时间参数的定义与检测

IGBT的开通过程可分为三个阶段，对应以下时间参数：

1. 延迟时间（td(on)）

   • 定义：从驱动电压Vge上升至阈值电压（通常为10% Vge）的时刻起，到集电极电流Ic上升至其终值的10%所需的时间。
   • 检测方法：
     • 使用双通道示波器同步采集驱动信号（Vge）和集电极电流（Ic）波形。
     • 通过光标测量Vge达到阈值与Ic达到10%的时间差（图1）。
     • 关键设备：高压差分探头（测量Vce）、电流探头（测量Ic）、高带宽示波器（>200 MHz）。

2. 上升时间（tr）

   • 定义：集电极电流Ic从终值的10%上升至100%所需的时间。
   • 检测方法：
     • 基于Ic波形，计算10%至100%区间的时间跨度。
     • 注意事项：需确保电流探头带宽足够（>50 MHz）以避免高频失真。

3. 总开通时间（ton）

   • 定义：td(on)与tr之和，即ton = td(on) + tr。
   • 检测验证：通过示波器直接测量驱动信号上升沿到Ic达到100%的总时长。

二、开通能量（Eon）的检测原理与方法

开通能量Eon是IGBT在开通过程中产生的损耗能量，直接影响器件温升与系统效率。其计算公式为： ���=∫�0�1���(�)⋅��(�) ��Eon​=∫t0​t1​​Vce​(t)⋅Ic​(t)dt 其中，t0为驱动信号上升时刻，t1为Vce降至饱和电压的时刻。

检测步骤：

1. 测试电路配置（双脉冲测试法）

   • 搭建典型半桥电路，负载为感性（电感L > 100 μH），确保电流连续。
   • 主电源电压Vdc设定为器件额定电压（如600 V或1200 V）。
   • 驱动电路需提供可调的栅极电阻（Rg）以匹配实际工况。

2. 波形采集与积分计算

   • 同步采集Vce、Ic波形（图2）。
   • 使用示波器数学运算功能对Vce(t) × Ic(t)进行积分，积分区间覆盖开通全过程（td(on) + tr）。
   • 设备要求：示波器需支持高精度积分功能（如泰克DPO70000系列）。

3. 标准化测试条件

   • 温度控制：通过热板或温箱将器件结温稳定在25°C（常温）或高工作温度（如150°C）。
   • 电流与电压等级：按器件规格书选择测试点（如Ic=50 A, Vdc=600 V）。
   • 栅极电阻（Rg）：需注明测试中使用的Rg值，因其显著影响tr与Eon。

三、关键检测项目与标准化要求

1. td(on)的重复性测试

   • 在不同驱动电压（如±15 V）下验证延迟时间的一致性。
   • 需排除寄生电感对驱动信号的干扰（建议使用低感抗测试夹具）。

2. Eon的温度依赖性测试

   • 在-40°C至150°C范围内测量Eon，分析温度对开通损耗的影响。
   • 高温测试需采用红外热像仪监控芯片结温。

3. 动态参数与静态参数的关联性

   • 对比开通时间（ton）与器件阈值电压（Vth）的关系，评估工艺波动的影响。

4. 标准符合性验证

   • 遵循标准（如IEC 60747-9、JEDEC JESD24-10）对测试电路与流程的要求。
   • 需定期校准探头与示波器，确保测量误差<3%。

四、典型检测设备清单

五、总结

IGBT开通时间参数与开通能量的检测是评估器件动态性能的核心环节。通过标准化测试条件（如双脉冲电路、温控环境）和高精度测量设备，可准确获取td(on)、tr、ton及Eon的数值。这些数据不仅用于器件选型与系统设计优化，还可为故障诊断提供关键依据（如栅极老化导致的td(on)延长）。未来，随着宽禁带器件的普及，检测技术需进一步向高频、高精度方向发展。

图1：IGBT开通波形示意图 （标注td(on)、tr、ton及Eon积分区间）

图2：双脉冲测试电路拓扑 （含驱动电路、感性负载及测量点）

注：实际检测中需结合具体器件规格书调整测试参数，并考虑PCB布局的寄生参数影响。