关于IGBT开关特性对电压探头的要求解析

2020-02-12来源: elecfans关键字:IGB  T开关特性  电压探头

作为电力电子领域工程师,经常需要使用数字示波器进行相关电气信号的测量。与示波器相匹配的探头种类也非常多,包括无源探头、有源探头、电流探头、光探头等。对于IGBT的开关情况而言,母线电压高,电压幅值大,随时间变化率快是其主要特点。那么这时要如何选择合适的电压探头呢?哪些参数是需要注意的呢?本文归结了主要的三点供大家参考。


最大电压限制

最大电压限制即电压探头所能测量的最大电压。超过的话不仅会损坏探头本身,还可能会导致IGBT损毁。这个数值一般会在电压探头上直接标出,如图1所示。最大电压限制有最大差模电压与最大共模电压的区分。差模电压即探头的正负测试点之间的电压,而共模电压指正和负测试点对地的电压。图1(a)中克列茨KEW 8309的探头共模最大电压是600,差模最大电压是600V;  图1(b)中Keysight N2791A探头差模和共模的最大电压都是7000V。当需要测量一个对地是7000V直流母线的系统时就要选择图1(b)的探头,因为图1(a)左边的对地电压只有600V。

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高压差分探头的最大电压标称

(a) 克列茨KEW 8309  (b) Keysight N2791A

量程精度

因为示波器只能处理低压信号,所以在高压测量中,探头需要将高压信号转化为低压信号。而衰减系数就是指探头输出信号对输入信号的比值。电压探头往往有很多衰减比可供选择,如1/10,1/20,1/50,1/100,1/1000等等,不同的衰减比对应不同的量程。选择的原则是在电压峰值允许范围内,能选1/10的就不要用1/100的。这主要是考虑精度的优化。比如当测量一个100V的电压时,若用1/100档则送入示波器的信号为1V。而若是用1/1000档则送入示波器的信号只有0.1V。后者经过示波器处理所显示出的数值准确度会比前者要差。对于IGBT开关特性测量而言,特别是门极信号的测量,一定要用衰减比小的那档(差分探头往往有两个或者两个以上的档位供选择)。

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高压差分探头衰减比

高压查分探头有轻微的直流偏置,做高精度的测试前需要消除掉,和示波器配合,做信号路径补偿以消除直流偏置。为了更精确的测量,示波器和探头至少预热30分钟,选择DC耦合、示波器偏置为0V,平均采样或者高分辨率采样模式以减少示波器噪声,使用探头附件调零,使得探头偏置为0V

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N2791A/N2891A探头偏置调零校准过程


探头测量带宽

探头的带宽是指导致探头响应输出幅度下降到70.7%(-3dB)的频率。探头的带宽或上升时间要等于最好优于被测信号的带宽。由于IGBT器件工作在开关状态,每一次的开关过程都伴随着快速变化的dv/dt。而信号的上升时间和对应的带宽的公式为BW=350/tr,其中BW的单位是MHz,tr是被测信号10%~90%的变化时间,单位是ns。比如说IGBT的母线电压是600V,dv/dt是3000V/us,那么这个VCE的上升时间tr就是160ns,理论上需要的带宽为2.2MHz。一般高压差分探头虽然标称100MHz,但其实是指在小电压值测量下可达到的最高带宽。当进行几百伏的电压测量时带宽是会变小的,如图3所示。当测到600V的电压时,探头实际的单宽能力其实只有2M都不到,无法准确地进行上诉例子的动态电压测量。所以,不仅要选择具有一定带宽的电压探头,还要考虑它在高压测量时的带宽衰减。无源单端探头的带宽往往比差分探头高不少,各个品牌型号的探头也千差万别,因此在测量IGBT开关特性,一定要根据被测的IGBT电压值以及dv/dt的最大值挑选带宽合适的电压探头。

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高压差分探头的电压带宽曲线

常用的高压差分探头

1)N2804 300MHz, ± 300V, 100:1, 4MΩ/4pF

2)N2805 200MHz, ± 100V, 50:1 , 4MΩ/4pF

3)N2790A 100MHz, ± 1.4kV, 50:1 or 100:1, 8MΩ/3.5pF

4)N2891A 70MHz, ± 7kV, 100:1 or 1000:1, 100MΩ/5pF

5)N2791A 25MHz, ± 700V, 10:1 or 100:1, 8MΩ/8pF

N7013A  极限温度延长套件, -40~+85°C


关键字:IGB  T开关特性  电压探头 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic488046.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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