電動車用大功率 IGBT 模塊測試解決方案

功率半導體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等，是電子裝置中電能轉(zhuǎn)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、功率二極管、IGBT占比較大，是最主要的品類。

根據(jù)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(yè)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。既然新增市場源于電氣化程度的加深，那么這里能對功率半導體市場規(guī)模造成較大影響的下游行業(yè)最直觀的就是電動汽車行業(yè)。這一判斷的依據(jù)主要來源于，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(jù) strategic analysis 數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)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(chǎn)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占比從汽油車的21%提升至電動車的55%。增加的用量主要體現(xiàn)在兩個方面，一是電機控制系統(tǒng)新增大量功率器件應(yīng)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。如下是一款用于乘用車電機控制器的IGBT模塊(規(guī)格見圖一)，我們知道，IGBT模塊功率循環(huán)試驗是機械連接壽命考核的重要項目，這里客戶需要同時老化6個IGBT模塊，要求Power cycling Iload回路恒流源要滿足：30V/400A/12kW

圖一

注：功率循環(huán)power cycling顧名思義就是讓芯片間歇流過電流產(chǎn)生間隙發(fā)熱功率，從而使芯片溫度波動。因為熱源為芯片自身發(fā)熱，所以一般稱之為主動加熱。功率循環(huán)的周期一般為3~5秒。通過功率循環(huán)試驗可以檢驗出IGBT模塊在規(guī)定壽命次數(shù)內(nèi)，是否會出現(xiàn)因發(fā)熱導致綁定線脫落，斷裂或芯片焊層分立等產(chǎn)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(huán)周期內(nèi)，給待測物IGBT模塊施加恒定的電流Iload，當結(jié)溫Tj升高至Tjmax時，關(guān)閉輸出;當結(jié)溫下降到Tjmin時，再次打開輸出。以此循環(huán)，檢測IGBT模塊是否失效。

由于IGBT主回路的通斷是由柵極電壓VG控制的，這里VG電源提供恒定的30V電壓，當需要關(guān)斷功率管主回路的時候，通過關(guān)斷VG電源，則驅(qū)動電壓失能，IGBT主回路關(guān)斷。根據(jù)客戶的需求，我們通過IT6015D-80-450為IGBT模塊老化提供恒定的Iload電流,使用IT6862A為柵極提供 30V使能電壓，這套方案的優(yōu)勢在于，客戶有上系統(tǒng)的需求，ITECH提供的15KW電源除滿足客戶的參數(shù)要求外，3U的高功率密度滿足系統(tǒng)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在電動汽車上的占比很重，其中直流充電樁30%的原材料成本是IGBT，約占電機驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅(qū)動系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說IGBT占整車成本的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(shù)情況下，是被作為開關(guān)使用(switch)，開關(guān)，簡單的說，就是用來控制電流的導通和截止的，開關(guān)器件的電性能參數(shù)測試，諸如：擊穿電壓，開態(tài)電流，靜態(tài)電流，閾值或截止電壓等等，一定要在對應(yīng)的電路中進行，而構(gòu)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(yè)的電源與負載生產(chǎn)廠家，產(chǎn)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(shù)IGBT的規(guī)格，無論您是作為單機測試，還是用于系統(tǒng)集成，我們都可以提供完整的測試解決方案