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电动车用大功率 IGBT 模块测试解决方案
2020-11-25 18:38:04· 来源：艾德克斯
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，是电子装置中电能转换与电路控制的核心。功率半导体器件
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，是电子装置中电能转换与电路控制的核心。
功率半导体器件种类众多，按集成度可分为功率IC、功率模块和功率分立器件三大类，其中功率分立器件中MOSFET、功率二极管、IGBT占比较大，是最主要的品类。
根据iHS预测，MOSFET和IGBT将是2020-2025年增长最强劲的半导体功率器件。增长的市场空间被行业专家拆解成两个方面：折旧带来的替换市场以及电气化程度加深带来的新增市场。既然新增市场源于电气化程度的加深，那么这里能对功率半导体市场规模造成较大影响的下游行业最直观的就是电动汽车行业。这一判断的依据主要来源于，随着电动化程度加深，汽车半导体用量翻倍以上的增长。根据 strategic analysis 数据，传统燃油车的半导体用量为 338 美金单辆车，电动汽车的半导体用量达到了 704 美金， 增长幅度达到 108%。电动车新增的半导体用量集中在功率器件产品，单辆汽车将新增 282 美金的功率器件用量。功率器件在单辆车的半导体用量占比从汽油车的21%提升至电动车的55%。增加的用量主要体现在两个方面，一是电机控制系统新增大量功率器件应用；二是充电桩、汽车充电器新增大量功率器件需求。
下面就以电动汽车为例，介绍ITECH在电动汽车用大功率 IGBT 模块测试解决方案。如下是一款用于乘用车电机控制器的IGBT模块（规格见图一），我们知道，IGBT模块功率循环试验是机械连接寿命考核的重要项目，这里客户需要同时老化6个IGBT模块，要求Power cycling Iload回路恒流源要满足：30V/400A/12kW
图一
IGBT侧面截图
功率循环测试
注：功率循环power cycling顾名思义就是让芯片间歇流过电流产生间隙发热功率，从而使芯片温度波动。因为热源为芯片自身发热，所以一般称之为主动加热。功率循环的周期一般为3~5秒。通过功率循环试验可以检验出IGBT模块在规定寿命次数内，是否会出现因发热导致绑定线脱落，断裂或芯片焊层分立等产品失效的问题
ITECH的解决方案：
依照标准要求，在一个功率循环周期内，给待测物IGBT模块施加恒定的电流Iload，当结温Tj升高至Tjmax时，关闭输出；当结温下降到Tjmin时，再次打开输出。以此循环，检测IGBT模块是否失效。
由于IGBT主回路的通断是由栅极电压VG控制的，这里VG电源提供恒定的30V电压，当需要关断功率管主回路的时候，通过关断VG电源，则驱动电压失能，IGBT主回路关断。根据客户的需求，我们通过IT6015D-80-450为IGBT模块老化提供恒定的Iload电流,使用IT6862A为栅极提供 30V使能电压，这套方案的优势在于，客户有上系统的需求，ITECH提供的15KW电源除满足客户的参数要求外，3U的高功率密度满足系统高度集成的需求；另外IT6862A高精度线性电源，满足用户高精度低功耗的需求。
IGBT在电动汽车上的占比很重，其中直流充电桩30%的原材料成本是IGBT，约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。IGBT在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的导通和截止的，开关器件的电性能参数测试，诸如：击穿电压，开态电流，静态电流，阈值或截止电压等等，一定要在对应的电路中进行，而构成电路最简单，最直接的方式就是通过电源与负载，ITECH作为专业的电源与负载生产厂家，产品最高电压可达2250V，电流最高可达2500A，功率最高可达1152KW，多达700+单机型号，可覆盖市面上绝大多数IGBT的规格，无论您是作为单机测试，还是用于系统集成，我们都可以提供完整的测试解决方案。
功率半导体器件种类众多，按集成度可分为功率IC、功率模块和功率分立器件三大类，其中功率分立器件中MOSFET、功率二极管、IGBT占比较大，是最主要的品类。
根据iHS预测，MOSFET和IGBT将是2020-2025年增长最强劲的半导体功率器件。增长的市场空间被行业专家拆解成两个方面：折旧带来的替换市场以及电气化程度加深带来的新增市场。既然新增市场源于电气化程度的加深，那么这里能对功率半导体市场规模造成较大影响的下游行业最直观的就是电动汽车行业。这一判断的依据主要来源于，随着电动化程度加深，汽车半导体用量翻倍以上的增长。根据 strategic analysis 数据，传统燃油车的半导体用量为 338 美金单辆车，电动汽车的半导体用量达到了 704 美金， 增长幅度达到 108%。电动车新增的半导体用量集中在功率器件产品，单辆汽车将新增 282 美金的功率器件用量。功率器件在单辆车的半导体用量占比从汽油车的21%提升至电动车的55%。增加的用量主要体现在两个方面，一是电机控制系统新增大量功率器件应用；二是充电桩、汽车充电器新增大量功率器件需求。
下面就以电动汽车为例，介绍ITECH在电动汽车用大功率 IGBT 模块测试解决方案。如下是一款用于乘用车电机控制器的IGBT模块（规格见图一），我们知道，IGBT模块功率循环试验是机械连接寿命考核的重要项目，这里客户需要同时老化6个IGBT模块，要求Power cycling Iload回路恒流源要满足：30V/400A/12kW
图一
IGBT侧面截图
功率循环测试
注：功率循环power cycling顾名思义就是让芯片间歇流过电流产生间隙发热功率，从而使芯片温度波动。因为热源为芯片自身发热，所以一般称之为主动加热。功率循环的周期一般为3~5秒。通过功率循环试验可以检验出IGBT模块在规定寿命次数内，是否会出现因发热导致绑定线脱落，断裂或芯片焊层分立等产品失效的问题
ITECH的解决方案：
依照标准要求，在一个功率循环周期内，给待测物IGBT模块施加恒定的电流Iload，当结温Tj升高至Tjmax时，关闭输出；当结温下降到Tjmin时，再次打开输出。以此循环，检测IGBT模块是否失效。
由于IGBT主回路的通断是由栅极电压VG控制的，这里VG电源提供恒定的30V电压，当需要关断功率管主回路的时候，通过关断VG电源，则驱动电压失能，IGBT主回路关断。根据客户的需求，我们通过IT6015D-80-450为IGBT模块老化提供恒定的Iload电流,使用IT6862A为栅极提供 30V使能电压，这套方案的优势在于，客户有上系统的需求，ITECH提供的15KW电源除满足客户的参数要求外，3U的高功率密度满足系统高度集成的需求；另外IT6862A高精度线性电源，满足用户高精度低功耗的需求。
IGBT在电动汽车上的占比很重，其中直流充电桩30%的原材料成本是IGBT，约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。IGBT在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的导通和截止的，开关器件的电性能参数测试，诸如：击穿电压，开态电流，静态电流，阈值或截止电压等等，一定要在对应的电路中进行，而构成电路最简单，最直接的方式就是通过电源与负载，ITECH作为专业的电源与负载生产厂家，产品最高电压可达2250V，电流最高可达2500A，功率最高可达1152KW，多达700+单机型号，可覆盖市面上绝大多数IGBT的规格，无论您是作为单机测试，还是用于系统集成，我们都可以提供完整的测试解决方案。
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