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UIS测试了解一下?
橘子说IGBT | 2019-08-23 10:13:10    阅读:4261   发布文章

1、UIS测试是啥子

UIS:英文全称为Unclamped Inductive Switching,中文译为非嵌位感性负载开关过程。

别看名字很长,UIS测试实质上就是一种模拟 MOS器件在系统应用中遭遇极端电热应力的测试,通过这种测试,我们可以得到MOS器件耐受能量的能力。

而UIS测试之所以存在,是由于在回路导通时,储存在电感中的能量必须在关断瞬间全部释放,此时MOS上同时经过高电压和大电流,极易引起器件失效。

UIS能力是衡量功率器件可靠性的重要指标,通常用EAS(单脉冲雪崩击穿能量)及EAR(重复雪崩能量)来衡量MOS耐受UIS的能力。好了,到这里我知道你们又要问EAS和EAR是啥了,看下面↓

2、EAS及EAR是啥子

在MOS器件关断过程中,如果电压过冲值(通常由漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压,则器件不会发生雪崩击穿,但是——

当电感上产生的电压超过MOSFET的击穿电压后,将导致雪崩击穿!为了防止这种情况发生,我们需要知道器件本身消散雪崩能量的能力大小。雪崩击穿能量标定的是器件可以容忍的瞬时过冲能量的安全值,即雪崩击穿过程中器件能够消散(消化)的能量。

EAS——单脉冲雪崩能量,该值标定的是器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。当雪崩击穿发生时,即使MOSFET处于关断状态,电感上的电流同样会流过MOSFET器件,电感上所储存的能量将全部通过MOSFET进行释放,该值不能大于器件的EAS,否则器件将会因过热而损坏。

若MOSFET处于并联状态,不同器件之间的击穿电压很难完全相同,通常情况是某个器件率先发生雪崩击穿,随后所有的雪崩击穿电流(能量)都从该器件流过。

EAR——重复雪崩能量,标定了器件所能承受的反复雪崩击穿能量。

重复雪崩能量已经成为“工业标准”,但是在没有设定频率、其它损耗以及散热条件的情况下,该参数没有任何意义,散热(冷却)状况经常制约着重复雪崩能量。

在验证器件设计的过程中,最好可以测量处于工作状态的器件(特别是可能发生雪崩击穿的器件)或者热沉的温度,来监测MOSFET器件是否存在过热情况。

3、UIS测试方法

UIS测试电路如下图所示,其中L为感性负载(试验过程中为电感),ID处加电路探头,待测器件的DS两端加电压探头。1.pngUIS测试电路原理图及理论波形图

对所有UIS测试电路,测试流程一般都分为以下三步:

1、MOS器件处于关断状态,此时漏源电压 VDS等于母线电压VDD,电感 L 中没有储存能量,即上图右侧波形图中tp前的部分;

2、栅电极加适当脉冲,器件导通,MOS器件处于开启状态。此时电压源对电感L充电,直到ID达到指定值,即波形图中tp 部分;

3、控制栅电极电压为0,MOS器件被重新关断,电感L开始将储存的能量通过MOSFET器件泄放,当MOS器件两端的电压达到BVDSS(BVDSS1.3BV)时,MOS器件发生雪崩击穿,电感上的能量通过MOS器件释放,电流ID下降。直到电感能量完全释放,ID减小为0后,MOS器件关断,其两端电压回到电容电压VDD。在此过程中,MOS所承受能量即为EAS,其计算公式如波形图中所示。

实测正常波形图如下所示:

2.jpg

UIS实测正常波形图

4、雪崩能量对实际应用的影响

MOSFET应用过程中,如果其D和S极之间可能产生较大电压的尖峰,则需考虑器件的雪崩能量大小。电压达到雪崩击穿电压时所集中的能量主要由电感和电流大小决定。

如在反激的应用中,MOSFET关断时会产生较大的电压尖峰,存在雪崩击穿的可能,故通常的情况下,功率器件都会降额,从而留有足够的电压余量。

但是,在电源应用中,当输出出现短路时,初级电路回路中会产生较大的电流,在加上初级电感,器件就有可能发生雪崩损坏,因此在这样的应用条件下,就要考虑器件的雪崩能量。

此外,由于一些电机的负载是感性负载,而其在启动和堵转过程中会产生极大的冲击电流,因此也要考虑所使用MOSFET器件的雪崩能量。

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