经常引用的 I 2 t 值描述了功率半导体承受浪涌电流事件的能力。然而，对当前形状的依赖性通常被忽视。本文简要介绍了一款浪涌电流测试仪，该测试仪具有任意输出电流波形和极低的输出电流纹波，可实现广泛的浪涌电流测试。
浪涌电流承受能力是功率半导体的一项重要能力，例如在发生故障时的能力。功率半导体的过流能力通过浪涌电流I TSM和I 2 t值来量化。这两个参数都是针对脉冲持续时间 T P = 10 ms的半正弦电流脉冲定义的。然而，该定义并未考虑不同的电流波形或多脉冲浪涌。
为了针对广泛的应用进行实验，需要广泛的幅度、脉冲持续时间和波形。使用无源元件（例如谐振或电容器放电电路）的众所周知的标准解决方案不能满足这些要求，因为它们只能实现频率和时间常数取决于所使用的无源元件的固定电流波形。
利用有源开关的替代方案确实存在，但也有其自身的缺点。一个例子是用作模拟放大器的 MOSFET 的大规模并行化可以实现可编程电流波形，但会导致非常高的损耗，从而限制了脉冲持续时间和重复率。
浪涌电流源设计
本文提出的浪涌电流源要求包括可自由编程的电流波形，其幅度超出典型晶闸管峰值电流（可能超过 90 kA）。为了实现对应多个电网频率周期的脉冲串，需要几十ms的脉冲宽度。进一步的要求包括高精度和低被测设备 (DUT) 电流纹波。
表1列出了浪涌电流源的关键参数。为了满足要求，选择了一种模块化方法：电流源由 16 个单元组成，每个单元由两个 IGBT 半桥、一个直流母线电容器 C DC = 9 mF 和一个输出电感器 L out = 50 ?H组成每个半桥。
表1. 浪涌电流源的关键参数
图 1 描绘了单元的结构及其可能的输出配置：这些单元可用作高电流模式 (HCM) 下的两个独立半桥，或用作动态电流模式 (DCM) 下的一个全桥。
图 1. 浪涌电流测试仪中其中一个单元的电气结构 (a)。单元可以配置为 HCM (b) 或 DCM (c)。图片由博多电力系统提供
从机械角度来说，电流源分为两半，每半有 8 个电池。为了限制磁力，全电流仅流过 DUT 本身。每侧将八个电池连接到 DUT 的铜条仅承载一半的电流，从而将产生的磁力减少四倍。每侧的铜排都用绝缘夹夹紧在一起，以承受剩余的磁力。
高电流源的照片。突出显示的部件是 (a) 控制平台、(b) 16 个单元之一、(c) 电感器 Lout 和 (d) 高电流母线。图片由博多电力系统提供
控制平台，见图2(a)，负责与操作员计算机通信并运行控制算法。它处理多种信号。这包括测量：32x 电流和 16x 直流母线电压、控制信号：32x 使能、32x PWM、32x GDU 反馈以及辅助信号：2x 电弧检测、4x 放电继电器、16x Delta-Sigma 时钟。半桥以 96 kHz 的有效开关和控制周期频率进行交错开关。所有信号均使用光纤传输。
实验测试结果
浪涌电流测试仪的性能已通过 HCM 和 DCM 中的许多实际实验进行了评估。这里显示了两个示例。在图 3 中，可以看到并在 HCM 中实现了不同幅度的半正弦电流脉冲的比较。由于单元在 HCM 中配置为半桥，电流下降斜率仅由系统损耗决定。另一方面，在 DCM 中，单元被配置为全桥，从而实现负输出电压，从而实现受控的负 di DUT /dt。
图 3.控制平台测量的电流 i DUT与目标电流轨迹 i* DUT 的比较。负载短路。肥厚型心肌病。图片由博多电力系统提供
动态电流波形示例：DUT 电流追踪德累斯顿圣母教堂的轮廓。图片来源：晶闸管作为负载。 DCM。
模块化浪涌电流测试仪
本文是对作者近构建的可编程、模块化浪涌电流测试仪的简短介绍。描述了该电流源的基本原理和能力，并通过实验测试结果展示了该电流源的基本原理和能力。
