一種適用於多種器件雜散電感提取的方法？
01。 前言
大家好，前段時間給大家分享過一篇透過IGBT雙脈衝測試提取換流回路雜散電感的文章，詳細可參考：
老耿：為什麼在IGBT的開通暫態提取雜感更準確？
文中提到過，透過開通暫態提取的雜散電感要比關斷更準確，主要是因為IGBT開通暫態di/dt的線性度要優於關斷di/dt。但是在有些應用中，IGBT開通暫態的di/dt線性度也不太好，因此提取的雜散電感也不太準確。正好前幾天有個師弟再次問到這個問題，想到了讀博期間曾經研究過的一個方法，透過對雜散電感上的電壓積分也可以計算雜散電感，這個方法的好處是不依賴於IGBT開關暫態電流的線性度，使用起來也比較簡單，而且可以用來
測量銅排、電容以及IGBT內部的寄生電感
。
今天就來和大家探討一下這個方法，希望能起到拋磚引玉的作用。
02. 測量方法原理
我們知道無論是IGBT開透過程中的電壓缺口，還是關斷暫態的電壓尖峰，本質上都是di/dt在雜散電感上產生的電壓最終疊加在IGBT兩端造成的。
圖1。 IGBT開關暫態波形
以IGBT關斷為例，假設圖2所示的雜散電感，在t1時刻之前，從A點至B點有個穩定的電流透過，如果由於外部電路原因（IGBT關斷），導致這個電流迅速減小，那就會在電感兩端產生一個左負右正的電壓尖峰。
圖2。 IGBT關斷暫態電感波形示意圖
在電流減小過程中，電感上產生的電壓和電流關係滿足公式（1）：
對公式（1）在t1-t2時間內進行積分可得：
根據公式（2）就可以求出雜散電感：
由公式（3）可知，
要想求出雜散電感，關鍵在於t1時刻和t2時刻的電流值以及在此之間電感上的電壓積分值，
t1和t2時刻分別對應0。9倍和0。1倍負載關斷電流。
需要說明的是透過電壓積分可以有效避免取樣誤差，因此該方法精度也會更高一些。
瞭解了基本原理之後，讓我們看看具體的應用。
03. 某一段銅排雜散電感測量
如果想關注某一段銅排的雜散電感，可以將電壓探頭直接接在待測銅排的兩端，穩態時銅排電壓為0V，當電流發生突變時就會產生電壓。圖3b和3c對應IGBT關斷暫態和開通暫態測量波形，利用示波器的積分功能就可以計算出雜散電感。在相同測試條件下，利用關斷暫態和開通暫態計算的雜散電感只相差0。8nH。
圖3。 銅排雜散電感測量方法及波形
04. IGBT模組內部雜散電感測量
IGBT模組內部雜散電感測量方法如圖4所示，需要把待測IGBT串聯至半橋迴路中，同時給待測器件門極15V電壓，讓其處於常開狀態。給S1打雙脈衝，就可以得到類似於圖3b和3c波形。
需要說明的是
關斷暫態提取要比開通更準一些
，因為IGBT開通暫態會存在
電導調製現象
，導致因此開通瞬間待測器件Vce電壓會比較高，會引入測量誤差。關於電導調製的理解，可以參考我的另一篇文章：
老耿：如何理解PiN二極體的正向恢復特性？
圖4。 IGBT模組內部雜散電感測量
05. 電容內部寄生電感測量
直流母線電容內部也存在一定的雜散電感，這個時候可以直接將差分探頭接在電容的兩個引腳上，如圖5所示。需要說明的是，測量電壓包含了母線電壓，因此直接對電壓積分會產生一個非常大的值，這個時候可以透過示波器數學運算功能將測量電壓減去母線電壓，再進行積分，或者將積分的結果減去圖5b中的陰影面積。
當然實際應用時直流母線會並聯很多電容，這個時候需要想辦法測到待測電容的真實電流。
圖5。 電容內部雜散電感測量
06. 銅排總雜散電感測量
作為一名硬體工程師，通常情況下我們會更關注系統的疊層母排設計是否合理，雜散電感是否足夠小，這個時候我們就需要測量換流回路銅排總的雜散電感。換流回路中所有銅排雜散電感測量方法如圖6所示，電壓差分探頭接在下管的發射極和二極體陰極（上管IGBT的集電極）。
這種測量方法的測量結果與圖5b波形一致，只是因為銅排的雜散電感的存在變的更大了。
測量後的結果減去母線電容內部的雜散電感就是銅排的雜散電感了，當然也可以忽略電容內部電感。有些小夥伴可能會考慮上下管之間連線銅排的雜感，其實在這裡可以不用考慮太多，因為很多IGBT模組內部都是雙管半橋結構。即使是獨立的IGBT模組，兩者一般佈局也很近，連線銅排可最佳化空間也很小，重點還是要放在正負銅排上。
圖6。 所有銅排雜散電感測量
如果單獨對正、負銅排雜散電感進行測量，然後再相加也可以得出結果。這樣誤差可能會大一些，因為每一次測量都會引入一部分誤差。當換流回路中銅排的數量較多（例如三電平），單獨測量會比較麻煩，還是直接測量總的更方便。
07. 技術討論
在測量某一段銅排雜散電感時，如果電感比較小，那感應出的電壓也會很小，這個時候採用普通的高壓差分探頭誤差可能比較大。採用普通的無源探頭測得比較準，但是老耿在測量過程中發現，探頭的擺放位置對測量結果影響比較大，只有將兩個測量點採用引線方式垂直引出，測量結果才和模擬結果比較一致，如圖7所示。
圖7。 區域性雜散電感測量示意圖
當時的理解是銅排上的電流產生的空間磁場會耦合到測量回路中，因為測量回路本身就是一個高阻抗閉合迴路，是很容易耦合近電壓來的。如果採用精度比較高的低壓差分探頭可能就不會出現這個問題了。
在這裡希望能和大家探討一下這個問題：
如何在IGBT開關暫態精準的測量銅排任意兩點之間的電壓？大家要是有自己獨特的看法，可以私信我，一塊交流下。
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