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汽車(chē)級IGBT在混合動(dòng)力車(chē)中的設計應用
作者：
時(shí)間：2010-05-19
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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溫度循環(huán)
逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發(fā)動(dòng)機或位于傳動(dòng)機構附近，IGBT模塊將承受較高的環(huán)境溫度和溫度變化，對IGBT模塊內部焊接層有較大影響。
IGBT模塊由多層不同材料組成(見(jiàn)圖3)，每種材料具有不同的CTE(熱膨脹系數)，CTE的差別會(huì )影響功率模塊的使用壽命，當模塊使用時(shí)，溫度的變化會(huì )在不同層間產(chǎn)生機械應力而導致焊接脫落，我們的目標是選用熱膨脹系數差別盡可能小的材料來(lái)進(jìn)行焊接組合。但另一方面，即使它們的熱膨脹系數十分匹配，因為材料本身的成本可能會(huì )太高，或者在生產(chǎn)過(guò)程中難以被加工或加工成本太高。例如列車(chē)牽引應用中的AlSiC基板。熱膨脹系數和襯底幾乎相同，因此有更好的熱循環(huán)特性。但對混合動(dòng)力車(chē)應用因成本過(guò)高而很難被接受。
英飛凌通過(guò)改進(jìn)后的Al2O3陶瓷基片技術(shù)，在不大幅度增加成本的前提下，同樣可以達到混合動(dòng)力汽車(chē)中熱循環(huán)次數的要求。
通常IGBT模塊通過(guò)被動(dòng)溫度循環(huán)(Thermal Cycling)加速測試焊接可靠性，對于汽車(chē)級IGBT，英飛凌定義更嚴酷的熱沖擊試驗(TST，Thermal Shock Test)，相對TC試驗有更大的溫度變化范圍，-40℃～+125℃，1000次循環(huán)(普通工業(yè)模塊TST只需50次)。
按照英飛凌計算方式，汽車(chē)級IGBT模塊壽命為工業(yè)級2.5倍，為牽引級1/4，可滿(mǎn)足汽車(chē)全壽命使用無(wú)需更換模塊要求，又很好地平衡了成本。
機械結構的加強
除了對上述IGBT內部封裝工藝的改進(jìn)，英飛凌汽車(chē)級IGBT還對IGBT外殼和接線(xiàn)端子進(jìn)行了增強，包括溫度特性和機械結構特性的加強，以應對汽車(chē)嚴酷的應用環(huán)境，例如以下幾個(gè)方面。
(1)溫度特性加強。相較通常工業(yè)應用，汽車(chē)內IGBT需要承受較高的溫度沖擊，如果IGBT的外殼材料不夠堅固，將會(huì )在溫度沖擊下斷裂損壞，英飛凌汽車(chē)級IGBT需在熱沖擊試驗-40℃～+125℃ 1000次下完好無(wú)損。通過(guò)塑料材料和優(yōu)化的工藝參數，改進(jìn)后的IGBT外殼可靠性大大增強。
(2)結構特性加強。在HEV中，IGBT震動(dòng)大大超過(guò)普通工業(yè)模塊，外殼和端子將承受較大的機械沖擊，英飛凌汽車(chē)級IGBT可以承受超過(guò)5g的機械振動(dòng)和超過(guò)30g的機械沖擊。
英飛凌汽車(chē)級IGBT產(chǎn)品
為滿(mǎn)足汽車(chē)級應用，英飛凌對推出HEV專(zhuān)用的IGBT模塊，包括2款產(chǎn)品：
● HybridPACK1―400A/650V IGBT 6單元，針對電機功率20kW~30kW左右的輕度混合動(dòng)力汽車(chē);
● HybridPACK2―800A/650V IGBT 6單元，針對電機功率80kW左右的的全混合動(dòng)力車(chē)。
主要的產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 6單元IGBT簡(jiǎn)化逆變器設計;
● 工作結溫為150℃，最大節溫175℃;
● IGBT技術(shù);
● 改進(jìn)后的綁定線(xiàn)工藝;
● 改進(jìn)后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
● 6 NTC;
● 改進(jìn)后的綁定線(xiàn)工藝;
● 改進(jìn)后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
● 直接水冷系統，提升模塊散熱能力。
結論
隨著(zhù)功率器件在汽車(chē)中越來(lái)越多地應用，對可靠性提出了更高的要求， 例如本文描述的功率循環(huán)和溫度循環(huán)特性。針對汽車(chē)應用，英飛凌推出的汽車(chē)級IGBT模塊具有高可靠性、長(cháng)壽命、適中成本的特點(diǎn)，只有在混合動(dòng)力汽車(chē)應用需要專(zhuān)用的功率半導體模塊，才能保證核心零部件的可靠性，直接關(guān)系著(zhù)混合動(dòng)力車(chē)的成功與否。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/197679.htm
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