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【應(yīng)用分享】 ITECH在電動(dòng)車用大功率 IGBT 模塊測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用
功率半導(dǎo)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(dǎo)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，是主要的品類。
根據(jù)iHS預(yù)測(cè)，MOSFET和IGBT將是2020-2025年增長(zhǎng)強(qiáng)勁的半導(dǎo)體功率器件。增長(zhǎng)的市場(chǎng)空間被行業(yè)專家拆解成兩個(gè)方面：折舊帶來的替換市場(chǎng)以及電氣化程度加深帶來的新增市場(chǎng)。既然新增市場(chǎng)源于電氣化程度的加深，那么這里能對(duì)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模造成較大影響的下游行業(yè)直觀的就是電動(dòng)汽車行業(yè)。這一判斷的依據(jù)主要來源于，隨著電動(dòng)化程度加深，汽車半導(dǎo)體用量翻倍以上的增長(zhǎng)。根據(jù) strategic analysis 數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)燃油車的半導(dǎo)體用量為 338 美金單輛車，電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體用量達(dá)到了 704 美金， 增長(zhǎng)幅度達(dá)到 108%。電動(dòng)車新增的半導(dǎo)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(dǎo)體用量占比從汽油車的21%提升至電動(dòng)車的55%。增加的用量主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是電機(jī)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。
圖一 IGBT側(cè)面截圖
下面就以電動(dòng)汽車為例，介紹ITECH在電動(dòng)汽車用大功率 IGBT 模塊測(cè)試解決方案。如下是一款用于乘用車電機(jī)控制器的IGBT模塊（規(guī)格見圖二），我們知道，IGBT模塊功率循環(huán)試驗(yàn)是機(jī)械連接壽命考核的重要項(xiàng)目，客戶需要同時(shí)老化6個(gè)IGBT模塊，要求Power cycling Iload回路恒流源要滿足：30V/400A/12kW。
圖二 規(guī)格表
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(dòng)。因?yàn)闊嵩礊樾酒陨戆l(fā)熱，所以一般稱之為主動(dòng)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(yàn)可以檢驗(yàn)出IGBT模塊在規(guī)定壽命次數(shù)內(nèi)，是否會(huì)出現(xiàn)因發(fā)熱導(dǎo)致綁定線脫落，斷裂或芯片焊層分立等產(chǎn)品失效的問題。
圖三 功率循環(huán)測(cè)試
ITECH測(cè)試解決方案
依照標(biāo)準(zhǔn)要求，在一個(gè)功率循環(huán)周期內(nèi)，給待測(cè)物IGBT模塊施加恒定的電流Iload，當(dāng)結(jié)溫Tj升高至Tjmax時(shí)，關(guān)閉輸出；當(dāng)結(jié)溫下降到Tjmin時(shí)，再次打開輸出。以此循環(huán)，檢測(cè)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(dāng)需要關(guān)斷功率管主回路的時(shí)候，通過關(guān)斷VG電源，則驅(qū)動(dòng)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(shì)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(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單的說，就是用來控制電流的導(dǎo)通和截止的，開關(guān)器件的電性能參數(shù)測(cè)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(duì)應(yīng)的電路中進(jìn)行，而構(gòu)成電路簡(jiǎn)單，直接的方式就是通過電源與負(fù)載。
ITECH作為專業(yè)的電源與負(fù)載生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品電壓可達(dá)2250V，電流可達(dá)2500A，功率可達(dá)1152KW，多達(dá)700+單機(jī)型號(hào)，可覆蓋市面上絕大多數(shù)IGBT的規(guī)格，無論您是作為單機(jī)測(cè)試，還是用于系統(tǒng)集成，我們都可以提供完整的測(cè)試解決方案。