之前我們有提到過IGBT的短路及其保護，以及門極驅動電路的設計，為了使IGBT能夠在滿足產品設計的要求時發揮其最大的性能，往往需要經過反反覆覆的測試，才能確定較優的參數和性能。今天我們就來聊聊IGBT短路測試中經常出現，但可能不太被重點分析的一種現象——短路振蕩。
在我們設計產品進行IGBT選型的時候，我們在關注電流、電壓、損耗等等性能參數中，短路耐量一直是備受關注的一點。而這時的關注也僅僅是「人群中多看你一眼」的節奏，有沒有後續還得看實際測試，這也是眾多規格書中基本存在的一句話「僅作參考」。所以，切實有效的測試才是下決定前最重要的一環，不同的工況有著不一樣的需求，只有切實地驗證之後才能較為放心大膽的使用。那麼，問題來了，短路測試的時候，有些只會進行簡單的功能驗證，能夠跳保護就OK；有些會稍微看下G-E、C-E之間的波形，但是僅僅是關注下，沒什麼突發狀況，能保護住也是OK的，除非發生問題才會多一點關注，這種情況在進行廠家替代時尤為明顯。
今天我們就來聊聊短路測試時，門極和集射極，甚至短路電流出現振蕩的那些事兒~
短路振蕩
一般情況下，器件廠家會針對其IGBT進行短路耐量的驗證，需要IGBT自身擁有足夠的抗短路浪湧電流的能力，這與其本身的晶片設計有關。但是一般器件廠商的測試僅僅是針對器件，而不同的應用場景，不同的外部電路等等因素會導致短路過程中出現異常的振蕩。
相對來說，上面的這個短路測試偏向於器件，一般中小功率產品中會進行相間短路來進行短路測試，當然不僅限於這種方式，此時短路下IGBT的表現會有不一樣，這與驅動電路參數，外部電路布局等等有關，特別是板級中小功率的情況。
首先，我們先來看下行業大佬Infineon那本《IGBT模塊：技術、驅動、應用》中針對短路振蕩的描述：
它這裡主要還是針對模塊的(晶片和模塊布局等都經過優化權衡的)，它指出影響振蕩產生的時間和程度的主要因素包括模塊結構、IGBT特性和應用環境。它提到，IGBT和IGBT模塊的廠家在研發階段測試其振蕩特性，並採取針對措施，包括以下幾點：
如果可行，調整內部柵極電阻；
調整柵-射極閾值電壓Uge(th)，提升門檻電壓會抑制振蕩；
優化內部模塊布局可以減小IGBT模塊內反饋迴路或者防止這些反饋進入模塊的應用。
上面指的是IGBT製造商，那麼針對客戶端而言，如何改善振蕩呢？以上三點中只有第一點我們還能實踐，改變柵極驅動電阻來進行調整。模塊的使用可能會場景會好一點，最近發現使用IGBT單管的小功率產品中，短路振蕩會比較頻繁一點，並且往往會不太在意，下面我們來欣賞下短路振蕩：
是不是很好看，振得翻來覆去的，這種振蕩會吸引你的注意力嗎？這是使用分立式IGBT的小功率Inverter相間短路時的波形，振得厲害的是柵極電壓Vge和集射極電壓Vce，高頻振蕩的同時其振蕩幅值也很高，雖然在短時間測試中無法出現故障，但是長時間運行中可能便會發生失效。而往往使用分立式IGBT器件的Inverter都是為了降本，相應的測試也不會太過詳細，特別有的短路測試僅僅只看下能否有效的短路保護。可是，完美的跳短路保護背後，卻可能隱藏著「觸目驚心」的振蕩，從而隱藏著功率器件失效的風險，雖然實際應用中短路發生的頻率和次數不會很大，但看著上面的波形，你放得下心嗎？
如何改善短路振蕩
那麼，我們可以從哪些方面進行改善呢？
下面是驅動電路的幾個主要部分：
針對功率半導體器件本身，應用端是無法改變什麼的，只能從其外部配套來改善，其實主要是驅動參數的優化。
開始的驅動電路設計是針對開通、關斷、損耗等來進行設計優化的，很少會將短路振蕩考慮進去。以下幾點改善短路振蕩的方法主要基於驅動電路：
調整驅動電阻Rg
前面我們也聊過驅動電阻Rg對於IGBT工作的影響，增大或減小驅動電阻可以能夠改善振蕩；
減小or去掉柵極並聯電容C
驅動電路中增加並聯柵極電容C在減小柵極電壓紋波穩定柵極電壓的同時，對於IGBT的開通過程也有一定的作用。但是不同廠家的IGBT內部寄生輸入電容往往有大有小，所以可以通過外部並聯柵極電容來改變IGBT的實際輸入電容，但是這種增加往往會增加影響短路時的IGBT實際表現。短路測試出現振蕩時，可以通過減小或者去除柵極並聯電容來改善。（PS:為了改善米勒效應的影響，很多廠家會提到將米勒電容做小，輸入電容做大，也就是米勒電容和輸入電容的比值做小，這方面對於柵極並聯電容的選擇及短路時的振蕩可能會存在一定的影響）。
優化柵極電壓鉗位器件選型
一般我們會選擇TVS管來進行IGBT柵極電壓的選型，但是不同的TVS響應時間也會不同，可以選擇較快的TVS來進行鉗位，增加鉗位可靠性的同時，對於減輕短路振蕩也會有一定的效果。
優化驅動電路及逆變電路PCB布局
雜散電感的影響是帶來振蕩的一方面，所以儘量優化布局減小雜散電感能夠有效的改善短路振蕩。當然，對於上面三種方法，這種方法算是周期較長的，所以前期畫板是儘量考慮周全。
對于振蕩，一般我們會瞬間聯想到RLC振蕩（IFX描述的好像叫科爾皮茲振蕩器），但是不要以為上述的方法只是我根據聯想到的RLC因素「YY」出來的，實驗證實可以較明顯地減輕IGBT的短路振蕩。如果你在實際測試中遇到過類似的高頻短路振蕩，不妨嘗試下上述的方法，希望對您有所幫助。(針對IGBT模塊的應用，現實中還未碰到過，所以以上僅作為中小功率應用的建議)
今天的內容希望你們能夠喜歡，周末愉快~
周末的慕展，一起爬山嗎~
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