電動車用大功率 IGBT模塊測試解決方案

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電動車用大功率 IGBT模塊測試解決方案

艾德克斯電子 發表於 2020-11-25 16:45:50

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用於改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等，是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心。

功率半導體器件種類眾多，按集成度可分為功率IC、功率模塊和功率分立器件三大類，其中功率分立器件中MOSFET、功率二極體、IGBT佔比較大，是最主要的品類。

根據iHS預測，MOSFET和IGBT將是2020-2025年增長最強勁的半導體功率器件。增長的市場空間被行業專家拆解成兩個方面：折舊帶來的替換市場以及電氣化程度加深帶來的新增市場。既然新增市場源於電氣化程度的加深，那麼這裡能對功率半導體市場規模造成較大影響的下遊行業最直觀的就是電動汽車行業。這一判斷的依據主要來源於，隨著電動化程度加深，汽車半導體用量翻倍以上的增長。根據 strategic analysis 數據，傳統燃油車的半導體用量為 338 美金單輛車，電動汽車的半導體用量達到了 704 美金， 增長幅度達到 108%。電動車新增的半導體用量集中在功率器件產品，單輛汽車將新增 282 美金的功率器件用量。功率器件在單輛車的半導體用量佔比從汽油車的21%提升至電動車的55%。增加的用量主要體現在兩個方面，一是電機控制系統新增大量功率器件應用；二是充電樁、汽車充電器新增大量功率器件需求

下面就以電動汽車為例，介紹ITECH在電動汽車用大功率 IGBT 模塊測試解決方案。如下是一款用於乘用車電機控制器的IGBT模塊（規格見圖一），我們知道，IGBT模塊功率循環試驗是機械連接壽命考核的重要項目，這裡客戶需要同時老化6個IGBT模塊，要求Power cycling Iload迴路恆流源要滿足：30V/400A/12kW

註：功率循環power cycling顧名思義就是讓晶片間歇流過電流產生間隙發熱功率，從而使晶片溫度波動。因為熱源為晶片自身發熱，所以一般稱之為主動加熱。功率循環的周期一般為3~5秒。通過功率循環試驗可以檢驗出IGBT模塊在規定壽命次數內，是否會出現因發熱導致綁定線脫落，斷裂或晶片焊層分立等產品失效的問題

ITECH的解決方案：

依照標準要求，在一個功率循環周期內，給待測物IGBT模塊施加恆定的電流Iload，當結溫Tj升高至Tjmax時，關閉輸出；當結溫下降到Tjmin時，再次打開輸出。以此循環，檢測IGBT模塊是否失效。

由於IGBT主迴路的通斷是由柵極電壓VG控制的，這裡VG電源提供恆定的30V電壓，當需要關斷功率管主迴路的時候，通過關斷VG電源，則驅動電壓失能，IGBT主迴路關斷。根據客戶的需求，我們通過IT6015D-80-450為IGBT模塊老化提供恆定的Iload電流，使用IT6862A為柵極提供 30V使能電壓，這套方案的優勢在於，客戶有上系統的需求，ITECH提供的15KW電源除滿足客戶的參數要求外，3U的高功率密度滿足系統高度集成的需求；另外IT6862A高精度線性電源，滿足用戶高精度低功耗的需求

IGBT在電動汽車上的佔比很重，其中直流充電樁30%的原材料成本是IGBT，約佔電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統佔整車成本的15-20%，也就是說IGBT佔整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。IGBT在大多數情況下，是被作為開關使用（switch），開關，簡單的說，就是用來控制電流的導通和截止的，開關器件的電性能參數測試，諸如：擊穿電壓，開態電流，靜態電流，閾值或截止電壓等等，一定要在對應的電路中進行，而構成電路最簡單，最直接的方式就是通過電源與負載，ITECH作為專業的電源與負載生產廠家，產品最高電壓可達2250V，電流最高可達2500A，功率最高可達1152KW，多達700+單機型號，可覆蓋市面上絕大多數IGBT的規格，無論您是作為單機測試，還是用於系統集成，我們都可以提供完整的測試解決方案。

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