IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种重要的半导体功率开关器件，广泛应用于电力电子领域中。IGBT的导通延迟时间是指从施加控制信号到IGBT实际导通的时间差，这个参数对于功率转换电路的性能有着重要影响。传统的IGBT导通延迟时间测量方法存在一定的局限性，如成本较高、结构复杂等。本文提出一种基于高精度时间测量芯片TDC-GP2来精确测量IGBT导通延迟时间的新方法，旨在实现一种结构简单、成本低廉的测量方案。
TDC-GP2是由德国ACAM公司生产的高精度时间间隔测量芯片，具有高精度、小封装和低价格的特点，非常适合于低成本工业应用。该芯片内部集成了脉冲产生器、数据处理单元、时间数字转换器、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口。TDC-GP2的输入/输出电压范围为1.8～5.5V，核心电压为1.8～3.6V，因此可采用电池供电，使用方便。通过SPI接口，TDC-GP2可作为单片机的一个外围设备来操作，内部ALU单元负责计算时间间隔并保存结果。
TDC-GP2的测量原理基于内部的模拟电路，测量信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量。START信号与STOP信号之间的时间间隔由非门的个数决定，而非门的传输时间可以通过集成电路工艺精确确定。由于门电路的传输时间受温度和电源电压的影响较大，TDC-GP2内部设计了锁相电路和标定电路，以便校准温度和电压变化引起的误差。
为了测量IGBT的导通延迟时间，采用了一个由多个部分组成的测量系统，包括脉冲信号取样器、脉冲输入信号整形电路、TDC-GP2测量电路、AT89S52单片机、液晶显示电路、电源电路和时钟电路。TDC-GP2测量系统的关键在于通过测量IGBT的控制信号、驱动信号和导通电流信号之间的时间间隔来得到IGBT导通延迟时间。在系统中，IGBT的控制信号作为START端口输入，驱动信号和导通电流信号作为STOP1和STOP2端口的脉冲输入。START与STOP1端口的时间间隔代表控制信号与驱动信号之间的延迟时间，START与STOP2端口的时间间隔代表控制信号与IGBT导通信号之间的延迟时间。两者的时间差就是IGBT相对于驱动信号的导通延迟时间。
测量系统的硬件设计采用模块化的方式，分为单片机系统模块、TDC-GP2测量模块和显示模块三部分。TDC-GP2作为测量核心单元，可以直接测量信号的时间间隔，并通过单片机处理后在液晶显示器上显示结果。该测量系统的软件设计关注于设置TDC-GP2的工作模式和读取其内部测量数据。初始化后，TDC-GP2的高速测量单元会在接收到START脉冲后开始工作，并在完成设定采样数或遇到测量溢出时停止。软件设计的一个重点是设置TDC-GP2的工作模式，并读取其内部的测量数据。
该测量系统的测量单元由START信号触发，接收STOP信号后停止。环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值共同计算START信号和STOP信号之间的时间间隔。在特定条件下（如3.3V和25℃时），TDC-GP2的最小分辨率为65ps，RMS噪音约为50ps（0.7LSB）。由于温度和电源电压对门电路的传播延迟时间有影响，通常需要通过校准来补偿由这些变化引起的误差。
通过本文提出的测量方案，可以有效简化IGBT导通延迟时间的测量过程，并且提高测量的精确度和可靠性，从而为电力电子设备的设计和调试提供重要的参数支持。
