IGBT模塊的壽命評(píng)估需通過嚴(yán)苛的可靠性測(cè)試。功率循環(huán)測(cè)試(ΔTj=100°C,ton=1s)模擬實(shí)際工況下的熱應(yīng)力,要求模塊在2萬次循環(huán)后導(dǎo)通壓降變化<5%。高溫反偏(HTRB)測(cè)試在150°C、80%額定電壓下持續(xù)1000小時(shí),漏電流需穩(wěn)定在μA級(jí)。振動(dòng)測(cè)試(頻率5-2000Hz,加速度50g)驗(yàn)證機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,確保焊接層無裂紋。失效模式分析表明,60%的故障源于焊料層疲勞(如錫銀銅焊料蠕變),30%因鋁鍵合線脫落。為此,銀燒結(jié)技術(shù)(連接層孔隙率<5%)和銅線鍵合(直徑500μm)被廣泛應(yīng)用。ANSYS的仿真工具可通過電-熱-機(jī)械多物理場(chǎng)耦合模型,**模塊在極端工況下的失效風(fēng)險(xiǎn)。智能功率模塊(IPM)通常集成多個(gè)IGBT和驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路,簡(jiǎn)化了工業(yè)電機(jī)控制設(shè)計(jì)。江蘇常規(guī)IGBT模塊咨詢報(bào)價(jià)
圖中開通過程描述的是晶閘管門極在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)刻開始受到理想階躍觸發(fā)電流觸發(fā)的情況;而關(guān)斷過程描述的是對(duì)已導(dǎo)通的晶閘管,在外電路所施加的電壓在某一時(shí)刻突然由正向變?yōu)榉聪虻那闆r(如圖中點(diǎn)劃線波形)。開通過程晶閘管的開通過程就是載流子不斷擴(kuò)散的過程。對(duì)于晶閘管的開通過程主要關(guān)注的是晶閘管的開通時(shí)間t。由于晶閘管內(nèi)部的正反饋過程以及外電路電感的限制,晶閘管受到觸發(fā)后,其陽極電流只能逐漸上升。從門極觸發(fā)電流上升到額定值的10%開始,到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓降到額定值的90%),這段時(shí)間稱為觸發(fā)延遲時(shí)間t。陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時(shí)間(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓由90%降到10%)稱為上升時(shí)間t,開通時(shí)間t定義為兩者之和,即t=t+t通常晶閘管的開通時(shí)間與觸發(fā)脈沖的上升時(shí)間,脈沖峰值以及加在晶閘管兩極之間的正向電壓有關(guān)。中國(guó)臺(tái)灣出口IGBT模塊生產(chǎn)廠家新能源逆變器用IGBT模塊需通過H3TRB測(cè)試(85℃/85%RH/1000h)驗(yàn)證可靠性。
智能功率模塊內(nèi)部功能機(jī)制編輯IPM內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路使系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單、可靠,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間,也提高了故障下的自保護(hù)能力。與普通的IGBT模塊相比,IPM在系統(tǒng)性能及可靠性方面都有進(jìn)一步的提高。保護(hù)電路可以實(shí)現(xiàn)控制電壓欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù)。如果IPM模塊中有一種保護(hù)電路動(dòng)作,IGBT柵極驅(qū)動(dòng)單元就會(huì)關(guān)斷門極電流并輸出一個(gè)故障信號(hào)(FO)。各種保護(hù)功能具體如下:(1)控制電壓欠壓保護(hù)(UV):IPM使用單一的+15V供電,若供電電壓低于12.5V,且時(shí)間超過toff=10ms,發(fā)生欠壓保護(hù),***門極驅(qū)動(dòng)電路,輸出故障信號(hào)。(2)過溫保護(hù)(OT):在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝了一個(gè)溫度傳感器,當(dāng)IPM溫度傳感器測(cè)出其基板的溫度超過溫度值時(shí),發(fā)生過溫保護(hù),***門極驅(qū)動(dòng)電路,輸出故障信號(hào)。(3)過流保護(hù)(OC):若流過IGBT的電流值超過過流動(dòng)作電流,且時(shí)間超過toff,則發(fā)生過流保護(hù),***門極驅(qū)動(dòng)電路,輸出故障信號(hào)。為避免發(fā)生過大的di/dt,大多數(shù)IPM采用兩級(jí)關(guān)斷模式。
IGBT模塊在新能源發(fā)電、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域占據(jù)**地位。在光伏逆變器中,其將直流電轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)交流電,效率可達(dá)98%以上;風(fēng)力發(fā)電變流器則依賴高壓IGBT(如3.3kV/1500A模塊)實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器需采用高功率密度IGBT模塊(如豐田普銳斯使用的雙面冷卻模塊),以支持頻繁啟停和能量回饋。軌道交通領(lǐng)域,IGBT牽引變流器可減少30%的能耗,并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。近年來,第三代半導(dǎo)體材料(如SiC和GaN)與IGBT的混合封裝技術(shù)***提升模塊性能,例如采用SiC二極管降低反向恢復(fù)損耗。智能化趨勢(shì)推動(dòng)模塊集成驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(如富士電機(jī)的IPM智能模塊),同時(shí)新型封裝技術(shù)(如銀燒結(jié)和銅線鍵合)將工作結(jié)溫提升至175℃以上,壽命延長(zhǎng)至傳統(tǒng)焊接工藝的5倍。未來,IGBT模塊將向更高電壓等級(jí)(10kV+)、更低損耗(Vce(sat)<1.5V)和多功能集成(如內(nèi)置電流傳感器)方向持續(xù)演進(jìn)。智能功率模塊(IPM)將IGBT與驅(qū)動(dòng)電路集成,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
全球IGBT市場(chǎng)長(zhǎng)期被英飛凌、三菱和富士電機(jī)等海外企業(yè)主導(dǎo),但近年來中國(guó)廠商加速技術(shù)突破。中車時(shí)代電氣自主開發(fā)的3300V/1500A高壓IGBT模塊,成功應(yīng)用于“復(fù)興號(hào)”高鐵牽引系統(tǒng),打破國(guó)外壟斷;斯達(dá)半導(dǎo)體的車規(guī)級(jí)模塊已批量供貨比亞迪、蔚來等車企,良率提升至98%以上。國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括:1)高純度硅片依賴進(jìn)口(國(guó)產(chǎn)12英寸硅片占比不足10%);2)**封裝設(shè)備(如真空回流焊機(jī))受制于人;3)車規(guī)認(rèn)證周期長(zhǎng)(AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)需2年以上測(cè)試)。政策層面,“中國(guó)制造2025”將IGBT列為重點(diǎn)扶持領(lǐng)域,通過補(bǔ)貼研發(fā)與建設(shè)產(chǎn)線(如華虹半導(dǎo)體12英寸IGBT專線),推動(dòng)國(guó)產(chǎn)份額從2020年的15%提升至2025年的40%。采用PWM控制時(shí),IGBT的導(dǎo)通延遲時(shí)間會(huì)影響輸出波形的精確度。安徽好的IGBT模塊優(yōu)化價(jià)格
驅(qū)動(dòng)電路直接影響IGBT模塊的性能與可靠性,需滿足快速充放電(峰值電流≥10A)。江蘇常規(guī)IGBT模塊咨詢報(bào)價(jià)
圖中開通過程描述的是晶閘管門極在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)刻開始受到理想階躍觸發(fā)電流觸發(fā)的情況;而關(guān)斷過程描述的是對(duì)已導(dǎo)通的晶閘管,在外電路所施加的電壓在某一時(shí)刻突然由正向變?yōu)榉聪虻那闆r(如圖中點(diǎn)劃線波形)。開通過程晶閘管的開通過程就是載流子不斷擴(kuò)散的過程。對(duì)于晶閘管的開通過程主要關(guān)注的是晶閘管的開通時(shí)間t。由于晶閘管內(nèi)部的正反饋過程以及外電路電感的限制,晶閘管受到觸發(fā)后,其陽極電流只能逐漸上升。從門極觸發(fā)電流上升到額定值的10%開始,到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓降到額定值的90%),這段時(shí)間稱為觸發(fā)延遲時(shí)間t。陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時(shí)間(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓由90%降到10%)稱為上升時(shí)間t,開通時(shí)間t定義為兩者之和,即t=t+t通常晶閘管的開通時(shí)間與觸發(fā)脈沖的上升時(shí)間,脈沖峰值以及加在晶閘管兩極之間的正向電壓有關(guān)。[1]關(guān)斷過程處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管當(dāng)外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r(shí),由于外電路電感的存在,其陽極電流在衰減時(shí)存在過渡過程。江蘇常規(guī)IGBT模塊咨詢報(bào)價(jià)