在開發(fā)電力電子裝置的過程中，我們需要做很多的測試，但是短路測試常常容易被忽略，或者雖然對裝置實施了短路測試，但是實際上并不和充分。下面2種情況比較常見：
1. 沒有實施短路測試，
a. 因為覺得這個實驗風(fēng)險太大，容易炸管子，損失太大；
b. 覺得短路時電流極大，很；
2. 實施了短路測試，但測試標(biāo)準(zhǔn)比較簡單，對短路行為的細(xì)節(jié)沒有進行觀察
本文將詳細(xì)介紹正確的，完整的短路測試方法，及判斷標(biāo)準(zhǔn)。
短路的定義（1）：
短路的定義（1）：
橋內(nèi)短路（直通）
命名為“一類"短路
硬件失效或軟件失效
短路回路中的電感量很小(100nH級)
VCE sat 檢測
橋臂間短路（大電感短路）
?? 命名為“二類"短路
?? 相間短路或相對地短路
?? 短路回路中的電感量稍大(uH級的)
?? 可以使用Vcesat ，也可以使用霍爾，根據(jù)電流變化率來定這類短路的回路中的電感量是不確定的
一類短路測試的實施方法一：
下圖為實施一類短路測試時的示意圖。電網(wǎng)電壓經(jīng)過調(diào)壓器，接觸器，將母線電容電壓充到所需要的值，再斷開接觸器。上管IGBT的門極被關(guān)斷，且上管用粗短的銅排進行短路。對下管IGBT釋放一個單脈沖，直通就形成了。這就是一個典型的一類短路測試。
一類短路測試的實施方法一的注意事項：
該測試需要注意的事項：
1. 該測試的關(guān)注對象是電容組，母排，雜散電感，被測IGBT；
2 短路回路中的電感量很低，所以上管的短路排的電感量可以極大地影響測量的結(jié)果，因此絕不可忽視圖中所示“粗短銅排"的長短和粗細(xì)；
3. 短路測試的能量全部來自母排電容組，通常來說，雖然短路電流很大，但是因為時間極短，所以這個測試所消耗的能量很小，實驗前后電容上的電壓不會有明顯變化；
4. 上管IGBT是被一直關(guān)斷的，但是這個器件，因為下管被關(guān)斷后，短路電流還需要由上管二極管續(xù)流；
5. 該測試需要測量三個物理量，分別是，下管的Vce，Vge，及Ic；
6. 電流探頭需要測量圖中Ic的位置，而不是短銅排的電流，這兩個位置的電流波形是不同的；
7. 下管IGBT的脈沖需要嚴(yán)格控制，最開始實驗可以使用10us，然后逐步增加；
8. 環(huán)境溫度對實驗結(jié)果有較大的影響，通常datasheet給出的高結(jié)溫的結(jié)果；對應(yīng)用者而言，常溫實驗是比較現(xiàn)實的；但低溫時的短路測試會比較苛刻，如果系統(tǒng)規(guī)格有低溫要求時，是有必要進行測試的；
9. 在此實驗前需要對直流母排的雜散電感有一定的評估，或者用雙脈沖測試方法對IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰進行評估，以把握好短路時的電壓尖峰，這個值可能會非常高；實驗步驟及方法：
1. 在弱電情況下，確認(rèn)所發(fā)單脈沖的寬度；
2. 將母線電壓調(diào)至20~30V，發(fā)送一個單脈沖，此時也會發(fā)生短路，會有一定的電流，利用此步驟確認(rèn)電流探頭的方向及其他各物理量測量正確，同時確認(rèn)示波器能正確捕捉該瞬間；這個步驟會比
較安全；
3. 短路測試時，母線不宜過低，否則可能會見到一些奇異的震蕩；對于1200V的IGBT，母線為500V起；1700V的IGBT，母線為700V起；3300V的IGBT，1000V起；
4. 母線加到額定點，將進線接觸器斷開，放出單脈沖，裝置會發(fā)出“咚"的一聲響，確認(rèn)示波器捕捉到該時刻；
5. 通常來說，如果一切都設(shè)置正確的話，短路測試是很容易成功的，但也可能由于某些細(xì)節(jié)沒有處理好，存在一定的幾率，該測試會失敗——這個IGBT會失效，并將電容的能量全部放掉，一般不
會爆炸得很厲害；6. 次發(fā)10us的脈沖實際上是一種嘗試性測試，其目的是，在盡量低風(fēng)險的情況下，對設(shè)備的短路性能進行最初步的摸底；
7. 如果次10us測試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)波形有問題，則需要整改；
8. 如果次10us測試發(fā)現(xiàn)IGB沒有發(fā)生退飽和現(xiàn)象，則可能意味著短路回路電感量太大，需要整改；
9. 如果次10us測試發(fā)現(xiàn)波形正常，可以脈沖延長至12us，再做，再延長到15us，再做，如果發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器釋放出來的脈沖不再增長，則意味著驅(qū)動器對IGBT進行了保護，否則，意味著驅(qū)動器保護電路設(shè)置有問題，需要整改；
對結(jié)果的評判（1）
下圖為某一個測試結(jié)果，
1. 用電流的上升率di/dt求出短路回路中的全部電感量，再減去之前測出的雜散電感，就能得到插入的銅排的感量；
2. 關(guān)注短路電流的值，與datasheet中標(biāo)注的值進行比較，是否過高，電流是否有震蕩；
3. 從IGBT退飽和算起，至電流被關(guān)斷，期間的時間是否控 制在10us內(nèi)，這個條件是不可以妥協(xié)的；
某品牌1500A/3300V的IGBT的一類
短路測試，Vdc=2200V，Tj=25℃，
@CONCEPT瑞士實驗室
紅線：Ic
藍(lán)線：Vce
綠線：Vge
4. 短路電流的峰值與門極鉗位電路有很大的關(guān)系，如果門極鉗位性能不好，短路電流峰值會很高；
5. 關(guān)注Vce電壓，需要多久才退飽和，在關(guān)斷時刻時，Vce電壓尖峰有多高，是否存在危險，有源鉗位是否動作；
6. 門極電壓的評判需要比較謹(jǐn)慎，因為這個測試di/dt及du/dt都很大，門極探頭很容易測不準(zhǔn)
某品牌1500A/3300V的IGBT的一類
短路測試，Vdc=2200V，Tj=25℃，
@CONCEPT瑞士實驗室
紅線：Ic
藍(lán)線：Vce
綠線：Vge
另一個IGBT的測試結(jié)果：
另一個IGBT的測試結(jié)果：
下圖是另外一個1700V的IGBT的一類短路測試結(jié)果。
這個IGBT的速度比較快，因此Vce開始先下降，然后IGBT才發(fā)生退飽和，Vce才上升至直流母線。
不同的品牌，代數(shù)，電壓等級，電流等級的IGBT 其短路行為會有差別，不過本質(zhì)是相同的。
某品牌450A/1700V的IGBT的一類短。
路測試，Vdc=1200V，Tj=25℃，
@CONCEPT瑞士實驗室
紅線：Vge
藍(lán)線：Vce
黃線：Ic存在問題的波形：
下圖是一個在真實裝置開發(fā)中有問題的結(jié)果，如果不做調(diào)整這個IGBT會面臨較大風(fēng)險。
下圖是同樣的裝置經(jīng)過調(diào)整，達(dá)到了理想的實驗結(jié)果。
門極鉗位（gate clamping）功能的測試：
在短路測試中，電流的形狀與門極鉗位電路的性能密切相關(guān)，而門極鉗位的功能只有在這個時候才能體現(xiàn)出來。由于很多人都不太了解IGBT的短路行為，或者是沒有深入測試設(shè)備的短路性能，因此，導(dǎo)致了對門極鉗位電路的不重視。門極鉗位電路出現(xiàn)的原因是IGBT存在米勒電容，在IGBT短路時，米勒電容會影響門極電壓，導(dǎo)致短路電流激增，使IGBT承擔(dān)風(fēng)險。
越大容量的IGBT，米勒效應(yīng)越強，門極鉗位電路越重要。
差的門極鉗位的結(jié)果：
差的門極鉗位的結(jié)果：
下圖為某型號2片1500A/3300V并聯(lián)的短路測試波形，使用門極和發(fā)射極間的TVS進行門極鉗位，如下圖示。
母線電壓為2200V，實驗結(jié)果顯示，
IGBT的電流峰值為13.36kA。
CH1,2：Vge
CH3 4：Vce
好的門極鉗位的結(jié)果：
好的門極鉗位的結(jié)果：
在上頁的基礎(chǔ)上，相同的硬件設(shè)置，只是修改了門極鉗位電路。用下圖所示的門極鉗位電路。
一類短路測試的實施方法二
下圖為實施一類短路測試的另外一種方法。給上管IGBT驅(qū)動器一個常高信號，使上管保持開通，再給下管發(fā)單脈沖。這個實驗的優(yōu)點是，確保短路回路中的電感量就是直流母線的雜散電感，足夠低。
注意事項：
1. 在前文介紹的短路測試方法一中，有一個缺點，如果插入的短路電纜沒有控制好，感量過大，會導(dǎo)致進入了二類短路；
2. 在并聯(lián)的情形下做短路測試方法一，如果并聯(lián)的橋臂中插入的感量不一致，不對稱，非常容易導(dǎo)致炸管；
3. 短路測試方法二中，短路回路的電感量非常穩(wěn)定，就等于電容，母排，IGBT模塊的雜散電感之和，短路電流變化率很高，輕易就能達(dá)到5000A/us的水平；
4. 在這個實驗中，短路脈沖的寬度必須被控制住，從窄至寬慢慢放開；
5. 這個實驗中，放出單脈沖的那只IGBT總是會先退出飽和區(qū)；
二類短路測試方法：
在實際運行的機器中，二類短路是比較容易遇到的短路類型，例如逆變器在拖動電機時，電機定子側(cè)短路，此時就是二類短路。對這種短路的測試方法是在短路回路中插入某一數(shù)值的感量，然后觀察其短路行為。
波形
右圖所示為二類短路的測試波形，IGBT導(dǎo)通后，首入飽和導(dǎo)通，然后隨著電流的增加，當(dāng)電流到達(dá)IGBT的退飽和點時，IGBT電壓迅速上升。這標(biāo)志著IGBT退出了飽和區(qū)。然后驅(qū)動器經(jīng)過定
時后，關(guān)斷IGBT。
過流保護功能的驗證
當(dāng)短路回路中的電感量繼續(xù)增大時，就會變成過流。過流的特征是：
1. 電流斜率較低，霍爾器件能偵測到；
2. 電流一定會流過橋臂輸出端；
因此，霍爾元件就是過流保護電路的關(guān)鍵元器件。關(guān)于霍爾的動態(tài)性能，有2個參數(shù)是最重要的：
1. di/dt 跟隨精度
2. 響應(yīng)時間
下圖摘自某霍爾的datasheet：
霍爾元件的關(guān)鍵性能指標(biāo)：
用雙脈沖測試方法，把IGBT的電流測出來并顯示在示波器上，并以此為參考。將霍爾的輸出信號，經(jīng)過系統(tǒng)的濾波后，也放在示波器上。觀察所檢測的信號是否能及時并準(zhǔn)確地跟隨被測電流。
霍爾的響應(yīng)時間通常在1us以內(nèi)，對于過流保護這項功能來說，已經(jīng)足夠快了，只要系統(tǒng)傳輸這個信號時，不要過分的插入慣性環(huán)節(jié)，這個響應(yīng)時間是足夠的?；魻柕碾娏鞲S精度通常能達(dá)到50A/us，或者100A/us，這個水平也是很快的了，通常過流現(xiàn)象在時間上并不苛刻，IGBT能在幾十或者幾百us內(nèi)耐受得住。
電流環(huán)的帶寬對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)：
在電力電子系統(tǒng)中，控制對象總是某個或者某幾個物理量，其中，電流環(huán)是最重要的控制環(huán)路。電流環(huán)通常是內(nèi)環(huán)，它具有帶寬高，速度快，動態(tài)響應(yīng)快的特點，因為電流是由電感量限制的，所以電感量越低，電流的變化速度就越高，電流環(huán)如果要把握住這個電流，就需要更高的帶寬。
可以這樣說，控制系統(tǒng)的電流環(huán)帶寬越高，系統(tǒng)對電流的把控能力就越強，在遇到過流現(xiàn)象時，系統(tǒng)會越早知道，并做出反應(yīng)。所以，建議將電流環(huán)的帶寬做高些，以便系統(tǒng)能更好的把控電流
華科智源，致力于電力電子測試方案提供商,主要提供電力電子相關(guān)的大功率分立器件測試儀、IGBT測試儀、變流器IGBT測試儀，牽引系統(tǒng)IGBT測試儀，IGBT靜態(tài)參數(shù)測試儀，半導(dǎo)體參數(shù)圖示儀、IGBT動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)、MOS管動態(tài)參數(shù)測試儀、IPM測試儀、雪崩耐量測試儀、浪涌測試儀等功率半導(dǎo)體測試設(shè)備。