EV/HEV用IGBT將增長(cháng)3倍，IGBT仿真與測試引關(guān)注

摘要：EV/HEV用IGBT在5年內將增長(cháng)3倍。由于EV/HEV的電力系統更加復雜，IGBT的熱設計與可靠性分析與測試十分重要，需要借助軟硬件結合的方式進(jìn)行仿真與測試。

　　據歐洲市場(chǎng)調查公司Yole Development于2015年7月發(fā)布的預測報告顯示，從2014年到2020年IGBT的使用量將持續增長(cháng)。其中EV/HEV(電動(dòng)汽車(chē)/混動(dòng)汽車(chē))的IGBT/電力電子器件會(huì )達到3倍的增長(cháng)。

IGBT可靠性引人關(guān)注

　　相比傳統汽車(chē)，EV/HEV會(huì )產(chǎn)生更多的熱量，因此分析和測試更復雜。熱量產(chǎn)生主要包括六部分：1.HVAC(暖通空調)，坐在汽車(chē)中，冷/熱風(fēng)吹在身上可產(chǎn)生舒適的感覺(jué);2.引擎冷卻與循環(huán)系統;3.潤滑油系統，通過(guò)油的交換把熱量帶到不同的系統;4.電力馬達;5.電力電子器件的散熱;6.電池組。

　　因為熱問(wèn)題，也引發(fā)了汽車(chē)召回事件。例如《汽車(chē)新聞》2014年9月20日報道，福特因為熱失效召回7.4萬(wàn)較老的混合動(dòng)力汽車(chē)。Autoblog website于2014年1月14日報道，特斯拉召回了2.9萬(wàn)個(gè)Model S 墻上充電器來(lái)防止過(guò)熱。

　　“相對來(lái)說(shuō)，電力電子器件的可靠性和壽命更重要，而且分析起來(lái)更為復雜?！盡entor Graphics 機械分析部的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和產(chǎn)品策略總監Keith Hanna 博士稱(chēng)。這是因為IGBT是開(kāi)關(guān)器件，作用是把電池的電送到馬達中，因此在使用過(guò)程中需要經(jīng)歷長(cháng)時(shí)間周期性的功率循環(huán)，即不停地進(jìn)行開(kāi)/關(guān)(導通/關(guān)斷)動(dòng)作，會(huì )對IGBT器件施加熱-機械應力，從而對器件產(chǎn)生破壞性的影響。熱損害可能是由于熱學(xué)應力性能的降低，例如引線(xiàn)鍵合失效，合金層脫落，焊接層疲勞、失效等引起。

　　IGBT的實(shí)際工作狀態(tài)會(huì )隨著(zhù)路況產(chǎn)生區別。在圖2的路譜圖中，可見(jiàn)汽車(chē)加速/減速的運轉過(guò)程對IGBT的開(kāi)關(guān)壽命的影響。在市區開(kāi)車(chē)時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁;在高速公路時(shí)，車(chē)基本是勻速狀態(tài)。所以在做IGBT測試時(shí)，需要了解不同國家的汽車(chē)使用習慣，通常會(huì )根據各個(gè)城市/國家的道路路譜進(jìn)行分析。然后進(jìn)行3D軟件仿真模擬，得出IGBT器件結溫變化和時(shí)間的關(guān)系圖，結合人工IGBT功率循環(huán)測試的實(shí)驗結果，可以估計出IGBT現場(chǎng)壽命。

　　在中國，通常有三類(lèi)客戶(hù)會(huì )對IGBT測試感興趣：1.中國OEM廠(chǎng)商自己在做IGBT;2.外購IGBT后需要檢查IGBT的質(zhì)量;3.一些嚴謹對質(zhì)量要求嚴格的公司買(mǎi)進(jìn)IGBT后，甚至會(huì )參考產(chǎn)品datasheet(數據表)的測試方法進(jìn)行產(chǎn)品檢驗。

　　Mentor公司機械分析部近日推出了用于功率循環(huán)測試的可擴展產(chǎn)品——MicReD Power Tester 600A功率循環(huán)測試設備，可以幫助客戶(hù)通過(guò)功率循環(huán)測試的方法和3D軟件模型對IGBT進(jìn)行仿真和測試。例如通過(guò)結溫的變化可以知道EV/HEV加速時(shí)結溫上升了多少及頻率，并進(jìn)而了解對IGBT器件產(chǎn)生了多大的破壞。它可以進(jìn)行熱學(xué)分析，例如一共循環(huán)了多少次，上升幅度和頻率，以對IGBT的壽命進(jìn)行預估。

　　MicReD Power Tester 600A可進(jìn)行熱可靠性的綜合診斷;借助MicReD T3Ster產(chǎn)品中特有的 Mentor校準技術(shù)，提高相關(guān)的三維CFD(計算流體動(dòng)力學(xué))的仿真精度。仿真錯誤能從通常的20%降至0.5%;并且此設備的可擴展性更強，最多可測試128個(gè)串聯(lián)IGBT器件。

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本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第5期第6頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。