電動(dòng)車(chē)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(lèi)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(lèi)，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(lèi)。

根據iHS預測，MOSFET和IGBT將是2020-2025年增長(cháng)最強勁的半導體功率器件。增長(cháng)的市場(chǎng)空間被行業(yè)專(zhuān)家拆解成兩個(gè)方面：折舊帶來(lái)的替換市場(chǎng)以及電氣化程度加深帶來(lái)的新增市場(chǎng)。既然新增市場(chǎng)源于電氣化程度的加深，那么這里能對功率半導體市場(chǎng)規模造成較大影響的下游行業(yè)最直觀(guān)的就是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)。這一判斷的依據主要來(lái)源于，隨著(zhù)電動(dòng)化程度加深，汽車(chē)半導體用量翻倍以上的增長(cháng)。根據 strategic analysis 數據，傳統燃油車(chē)的半導體用量為 338 美金單輛車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)的半導體用量達到了 704 美金， 增長(cháng)幅度達到 108%。電動(dòng)車(chē)新增的半導體用量集中在功率器件產(chǎn)品，單輛汽車(chē)將新增 282 美金的功率器件用量。功率器件在單輛車(chē)的半導體用量占比從汽油車(chē)的21%提升至電動(dòng)車(chē)的55%。增加的用量主要體現在兩個(gè)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(chē)充電器新增大量功率器件需求

下面就以電動(dòng)汽車(chē)為例，介紹ITECH在電動(dòng)汽車(chē)用大功率 IGBT 模塊測試解決方案。如下是一款用于乘用車(chē)電機控制器的IGBT模塊（規格見(jiàn)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(hù)需要同時(shí)老化6個(gè)IGBT模塊，要求Power cycling Iload回路恒流源要滿(mǎn)足：30V/400A/12kW

圖一

IGBT側面截圖

功率循環(huán)測試

注：功率循環(huán)power cycling顧名思義就是讓芯片間歇流過(guò)電流產(chǎn)生間隙發(fā)熱功率，從而使芯片溫度波動(dòng)。因為熱源為芯片自身發(fā)熱，所以一般稱(chēng)之為主動(dòng)加熱。功率循環(huán)的周期一般為3~5秒。通過(guò)功率循環(huán)試驗可以檢驗出IGBT模塊在規定壽命次數內，是否會(huì )出現因發(fā)熱導致綁定線(xiàn)脫落，斷裂或芯片焊層分立等產(chǎn)品失效的問(wèn)題

ITECH的解決方案：

依照標準要求，在一個(gè)功率循環(huán)周期內，給待測物IGBT模塊施加恒定的電流Iload，當結溫Tj升高至Tjmax時(shí)，關(guān)閉輸出；當結溫下降到Tjmin時(shí)，再次打開(kāi)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(shí)候，通過(guò)關(guān)斷VG電源，則驅動(dòng)電壓失能，IGBT主回路關(guān)斷。根據客戶(hù)的需求，我們通過(guò)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(hù)有上系統的需求，ITECH提供的15KW電源除滿(mǎn)足客戶(hù)的參數要求外，3U的高功率密度滿(mǎn)足系統高度集成的需求；另外IT6862A高精度線(xiàn)性電源，滿(mǎn)足用戶(hù)高精度低功耗的需求

IGBT在電動(dòng)汽車(chē)上的占比很重，其中直流充電樁30%的原材料成本是IGBT，約占電機驅動(dòng)系統成本的一半，而電機驅動(dòng)系統占整車(chē)成本的15-20%，也就是說(shuō)IGBT占整車(chē)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(chē)的能源效率。IGBT在大多數情況下，是被作為開(kāi)關(guān)使用（switch），開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是用來(lái)控制電流的導通和截止的，開(kāi)關(guān)器件的電性能參數測試，諸如：擊穿電壓，開(kāi)態(tài)電流，靜態(tài)電流，閾值或截止電壓等等，一定要在對應的電路中進(jìn)行，而構成電路最簡(jiǎn)單，最直接的方式就是通過(guò)電源與負載，ITECH作為專(zhuān)業(yè)的電源與負載生產(chǎn)廠(chǎng)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IGBT的規格，無(wú)論您是作為單機測試，還是用于系統集成，我們都可以提供完整的測試解決方案