经验总结：IGBT奇葩波形 不炸都对不起它

对于很多电源新手来说，在使用示波器测试波形的时候，都遇到过炸管的问题，是什么原因导致炸管？又该如何解决呢？下面就来看看这位仁兄的情况。
　　
　　如图1，黄线为示波器探头直接接在上臂IGBT的驱动Vge两端。示波器无电池，电源线已经使用隔离变压器进行了隔离，但是，如图所示已经面目全非了。蓝线为经过电流互感器得到的线圈电流波形，看了之后心情和波形一样七上八下的。以前接入示波器时有炸管的情况，所以此次测量特意设计只让半桥工作3个周期，由此看来，炸管是必然的，这样的驱动波形，不炸都对不起它。
　　


　　再来一张示波器探头没有加在Vge的电流波形(如图2)。
　　


　　没错，两个图的蓝线是相同的，驱动的探头撤掉之后，整个世界都“安静”了。不过这个电流的波形距离正弦波还是有距离的，怎么看怎么像是畸变过的波形，真是羡慕他们测得的光滑平整波形和漂亮的梯形波。如何测量驱动波形呢？以下是向大侠们吸取的一些经验：
　　
　　不能正确掌握示波器的使用就只看一路，单独看驱动波形或者单独看CE波形。新的驱动波形仅供参考，这是驱动输出没有加载时的波形，加载后变化不大，只是上升沿及下降沿各有0.5微秒的钭坡。驱动电压幅度正负15V，单电源15V供电。看这种波形还是模拟的好，信息量多，某单位生产线上用的是进口的数字示波器，从UCE波形上无法看出电流相位大小，建议全部改用模拟的，调试人员从CE波形上一眼就可以看出电流相位大小，电路阻抗匹配、磁路阻抗匹配情况、整流后滤波电容是否合适、是否有干扰反射波、死区时间及零电压电容适配情况、频率跟踪情况等等。
　　


　　在测量UCE的时候，直接使用高压探头接到CE两端就可以了。示波器的三芯电源插头的地线要剪掉，测量时外壳是带电的，安全问题不可忽视。上了高压就不要去调节示波器，事实上示波器调节好后就不要再去调节的，只看CE波形，其它的没必要去研究。
　　
　　对于炸管问题，也进行了一些调整，让驱动输出3个周期的硬开关脉冲，上臂-死区-下臂-死区，为一周期，用这样的试探方法来观察电路运行情况。但是，当关掉驱动信号之后,检测到的自由振荡频率与计算后的相差很远。两个谐振电容C ，Cr=2C，线圈电感Lr，则频率：
　　


　　当然公式是不会错的，式中的电感应当是有载电感，但有载电感没能测出，即使测了有载电感，负载电流发生了变化，随之等效电感也会变化，所以几乎计算不了它的正确值。可以估算一下，直接上功率，看CE波形和看电流值就一目了然了。
　　
　　此IGBT电路能保证是ZCS的过零开通桥臂，但是无法保证ZVS，在本人看来，要想实现ZCS、ZVS同时存在必须桥臂开通时间足够长，让回路能量充分，达到一个阈值，使得当电流趋于0时，续流二极管导通。
　　
　　因为没有实际做过实验，一般都是假设的情况，当开通时间短之后，能量减小到一定程度，振荡的频率应该会做出调整，保持谐振的频率未必就是理想的波形。例如，开通短时间之后，为满足谐振频率，势必要大幅增加死区时间，这样的话，电流趋于0的时刻，谐振就不是原先的时间点了，可能很快达到0。按照常理看，电流振荡的频率是不会变的，就像是钟摆，只要是摆臂长度固定，不论摆到多少角度，摆动的周期是固定的。其实就是固有频率。但是半桥中自由振荡的频率跟谐振频率万往往是不一样的，之前看过波形，停止驱动输出后，电流自由振荡的频率要比谐振频率高很多，就有可能发生下面的情况：
　　




　　f0是谐振频率，f是由于开通时间较短，能量不够，幅值上不去，相应的振荡频率也变高。如果是这样的话，为了保证工作在谐振频率很可能在电流过0后的死区产生自由振荡，若干个自由振荡周期后的某个电流过0来开通桥臂。如图5：
　　


　　通过炸管的教训，这样的设想应可以从开关电源的角度去试验。如果用开关电源调脉宽的方式可以调整输出电压，并且是理想的软开关方式，那么开关电源的效率将会从80%多提高到96%以上，当然是求之不得的事了。