1范圍
華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng),可測(cè)試IGBT模塊,壓接式IGBT,動(dòng)態(tài)特性,開(kāi)關(guān)特性,柵電荷,反向恢復(fù)特性等,華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)。
2應(yīng)遵循的主要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)
華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng),IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀,該功率半導(dǎo)體模塊測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、檢查、試驗(yàn)等遵循如下國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),但不限于以下標(biāo)準(zhǔn)。
GB 13869-2008 用電安全導(dǎo)則
GB19517-2004 國(guó)家電器設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范
GB/T 15153.1-1998 運(yùn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)
GB 4208-2008 外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)(IEC 60529:2001,IDT)
GB/T 191-2008 包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志
GB/T 15139-1994 電工設(shè)備結(jié)構(gòu)總技術(shù)條件
GB/T 2423 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)
GB/T 3797-2005 電氣控制設(shè)備
GB/T 4588.3-2002 印制板的設(shè)計(jì)和使用
GB/T 9969-2008 工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)總則
GB/T 6988-2008 電氣技術(shù)用文件的編制
GB/T 3859.3 半導(dǎo)體變流器變壓器和電抗器
GB/T 311.1 絕緣配合第1部分:定義、原則和規(guī)則
IEC 60747-2/GB/T 4023-1997 半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路第2部分:整流二極管
IEC 60747-9:2007/GB/T 29332-2012 半導(dǎo)體器件分立器件第9部分:絕緣柵雙極晶體管(IGBTs)
3技術(shù)要求
華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)
3.1整體技術(shù)指標(biāo)
3.1.1 華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)功能與測(cè)試對(duì)象
*1)功能
測(cè)試單元具備測(cè)試IGBT模塊動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試。具體測(cè)試參數(shù)及指標(biāo)詳見(jiàn)表格。
*2)測(cè)試對(duì)象
被測(cè)器件主要IGBT模塊。
3.1.2 IGBT模塊動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)及指標(biāo)
華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試單元對(duì)IGBT模塊和FRD的動(dòng)態(tài)參數(shù)及其他參數(shù)的定義滿足標(biāo)準(zhǔn)IEC60747-9以及IEC60747-2。如有其他需求,可自行定義。
以下參數(shù)的測(cè)試可以在不同的電壓等級(jí)、電流等級(jí)、溫度、機(jī)械壓力、回路寄生電感以及不同的驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)下進(jìn)行。
1)華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)
IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷波形及其相關(guān)參數(shù)的定義如圖2、圖3所示。
圖2 IGBT開(kāi)通過(guò)程及其參數(shù)定義
圖3 IGBT關(guān)斷過(guò)程及其參數(shù)定義
表格2 華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)可測(cè)量的IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)
參數(shù)名稱 | 符號(hào) | 參數(shù)名稱 | 符號(hào) |
開(kāi)通延遲時(shí)間 | td(on) | 關(guān)斷延遲時(shí)間 | td(off) |
上升時(shí)間 | tr | 下降時(shí)間 | tf |
開(kāi)通時(shí)間 | ton | 關(guān)斷時(shí)間 | toff |
開(kāi)通損耗 | Eon | 關(guān)斷損耗 | Eoff |
柵極電荷 | Qg | 拖尾時(shí)間 | tz |
短路電流 | ISC | / | / |
可測(cè)量的FRD動(dòng)態(tài)參數(shù)
參數(shù)名稱 | 符號(hào) | 參數(shù)名稱 | 符號(hào) |
反向恢復(fù)電流 | IRM | 反向恢復(fù)電荷 | Qrr |
反向恢復(fù)時(shí)間 | trr | 反向恢復(fù)損耗 | Erec |
*2)動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)指標(biāo)
表格4華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng) IGBT動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)指標(biāo)
主要參數(shù) | 測(cè)試范圍 | 精度要求 | 測(cè)試條件 |
Vce 集射極電壓 | 50~1500V | 200~500V±3%±1V; 500~1000V±2%±2V; 2000~1500V±1%±5V; | 200~1500V |
Ic 集射極電流 | 50~1000A | 200~500A±3%±1A; 500~1000A±3%±2A; 1000A~4000A±2%±5A; | 200~1000A |
Vge 柵極電壓 | -30V~30V | -30~0V±1%±0.1V; 0~+30V±1%±0.1V | -30V~30V |
Qg 柵極電荷 | 400~20000nC | Ig: 0~50A±3%±0.1mA; | 400~20000nC |
tp 脈沖寬度 | 10μs~200μs | 10μs~200μs; 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)需滿足在脈寬條件下可得到穩(wěn)定可測(cè)的波形 | 10μs~200μs 可設(shè)定 |
Rg 柵極電阻 | 2,3.3,4.7,6.8,10,15,20, 33,47,68 | 10個(gè)阻值,阻值可任意排列組合(便于更換) | 0~30Ω |
L 負(fù)載電感值 | 20μH~2000μH(七檔) | 20μH、50μH、100μH、200μH、500μH、1000μH、2000μH可自動(dòng)切換; 感值±5%±5uH; 相應(yīng)感值檔需滿足對(duì)應(yīng)測(cè)試電流能力 | 20μH~2000μH(七檔) |
測(cè)試回路雜散電感 | 小于150nH | 小于150nH | 小于150nH |
td(on)、td(off) 開(kāi)通/關(guān)斷延遲 | 10~1000ns | 10~200±2%±2ns;200~1000±2%±5ns | |
tr、tf 上升/下降時(shí)間 | 10~1000ns | 10~200±2%±2ns;200~1000±2%±5ns; | |
Eon、Eoff 開(kāi)通/關(guān)斷能量 | 1~5000mJ | 1~50mJ±2%±0.1mJ; 50~200mJ±2%±1mJ; 200~1000mJ±2%±2mJ; 1000~5000mJ±1%±5mJ; | |
表格5 二極管反向恢復(fù)測(cè)試
主要參數(shù) | 測(cè)試范圍 | 精度要求 | 測(cè)試條件 |
IFM 正向電流 | 50~1000A | 50~200A±3%±1A; 200~1000A±3%±2A; | 50~1000A |
Vcc 二極管電壓 | 50~1500V | 200~500V±3%±1V; 500~1500V±2%±2V; | 200~1500V |
IRM 反向恢復(fù)電流 | 50~1000A | 50~200A±3%±1A; 200~1000A±2%±2A; | 50~1000A |
Qrr 反向關(guān)斷電荷 | 1~20000μC | 1~50μC±3%±0.1 μC; 50~200μC±3%±1 μC; 200~1000μC±3%±2 μC; 1000~5000μC±2%±5 μC; 5000~20000μC±2%±10μC; | 1~20000μC |
trr 反向恢復(fù)時(shí)間 | 20~2000ns | 20~100±3%±1ns;100~500±3%±2ns; 500~2000±2%±5ns; | 20~2000ns |
Erec 反向關(guān)斷能量損失 | 1~5000mJ | 1~50mJ±3%±0.1mJ;50~200mJ±3%±1mJ; 200~1000mJ±2%±2mJ; 1000~5000mJ±1%±5mJ | 1~5000mJ |
-di/dt 電流變化率 | 100~2000A/μs | 100~2000A/μs | 100~2000A/μs |
表格6 IGBT短路測(cè)試
主要參數(shù) | 測(cè)試范圍 | 精度要求 | 測(cè)試條件 |
Vce 集射極電壓 | 200~1500V | 200~1000V±2%±2V; 1000~1500V±1%±5V; | 200~1500V |
一次短路電流 | 200~1000A | 200~500A±3%±1A; 500~1000A±2%±2A; | 200~1000A |
tp 脈沖寬度 | 5~50μs | 5~50μs 典型值10us | 5~50μs |
Vge 柵極電壓 | 10~30V | 10~+30V±1%±0.1V | 10~25V |
3.1.3反偏安全工作區(qū)參數(shù)及指標(biāo)
表格7 IGBT安全工作區(qū)測(cè)試
單脈沖安全工作區(qū)測(cè)試 | 集電極電壓VCE 50V-1500V | 50~100V±3%±1V;100~500V±3%±2V; 500~1500V±2%±5V; |
集電極電流Ic 20A-2000A | 20~100A±3%±1A;100~500A±3%±2A; 500A~2000A±2%±5A; | |
負(fù)載電感(Lload) | 1mH、10mH、50mH、100mH自動(dòng)切換 | |
雙脈沖安全工作區(qū)測(cè)試 | 集電極電壓VCE 50V-1500V | 50~100V±3%±1V;100~500V±3%±2V; 500~1500V±2%±5V; |
集電極電流Ic 20A-2000A | 20~100A±3%±1A;100~500A±3%±2A; 500A~2000A±2%±5A; | |
負(fù)載電感(Lload) | 1mH、10mH、50mH、100mH自動(dòng)切換 |
3.1.4保護(hù)安全功能
本測(cè)試單元應(yīng)具備完善的保護(hù)功能,除可有效保護(hù)操作人員不受事故傷害外,還在發(fā)生故障時(shí)不會(huì)造成設(shè)備自身的較大損壞,通過(guò)采取更換小型部件的方式即可修復(fù)。保護(hù)功能包括但不限于如下功能:
- *高壓測(cè)試前可選低壓預(yù)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)安全及連接良好
- *完備的人身安全防護(hù)
- 測(cè)試結(jié)束電容自動(dòng)放電
- 測(cè)試過(guò)程中短路保護(hù)(非短路測(cè)試)
- *被測(cè)器件防爆保護(hù)
3.2測(cè)試單元組成
本測(cè)試單元包括動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試部分,主要組成材料及其要求如下所示。
3.2.1 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試部分主要材料清單
表格12動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試部分組成
序號(hào) | 組成部分 | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 可調(diào)充電電源 | 套 | 1 |
2 | 直流電容器 | 個(gè) | 8 |
3 | 動(dòng)態(tài)測(cè)試負(fù)載電感 | 套 | 1 |
4 | 安全工作區(qū)測(cè)試負(fù)載電感 | 套 | 1 |
5 | 補(bǔ)充充電回路限流電感L | 個(gè) | 1 |
6 | 短路保護(hù)放電回路 | 套 | 1 |
7 | 正常放電回路 | 套 | 1 |
8 | 高壓大功率開(kāi)關(guān) | 個(gè) | 5 |
9 | 尖峰抑制電容 | 個(gè) | 1 |
10 | 主回路正向?qū)ňчl管 | 個(gè) | 2 |
11 | 動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)m(xù)流二極管 | 個(gè) | 2 |
12 | 安全工作區(qū)測(cè)試?yán)m(xù)流二極管 | 個(gè) | 3 |
13 | 被測(cè)器件旁路開(kāi)關(guān) | 個(gè) | 1 |
14 | 工控機(jī)及操作系統(tǒng) | 套 | 1 |
15 | 數(shù)據(jù)采集與處理單元 | 套 | 1 |
16 | 機(jī)柜及其面板 | 套 | 1 |
17 | 壓接夾具及其配套系統(tǒng) | 套 | 1 |
18 | 加熱裝置 | 套 | 1 |
19 | 其他輔件 | 套 | 1 |
3.3主要技術(shù)要求
3.3.1 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試單元技術(shù)要求
3.3.1.1 環(huán)境條件
- 海拔高度:海拔不超過(guò)1000m;
- 溫度:儲(chǔ)存環(huán)境溫度 -20℃~60℃;
- 工作環(huán)境溫度: -5℃~40℃;
- 濕度:20%RH 至 90%RH (無(wú)凝露,濕球溫度計(jì)溫度: 40℃以下);
- 震動(dòng):抗地震能力按7級(jí)設(shè)防,地面抗震動(dòng)能力≤0.5g;
- 防護(hù):無(wú)較大灰塵,腐蝕或爆炸性氣體,導(dǎo)電粉塵等空氣污染的損害;
3.3.1.2動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試部分主要材料技術(shù)要求
1)可調(diào)充電電壓源
用來(lái)給電容器充電,實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的直流母線電壓,滿足動(dòng)態(tài)測(cè)試、短路電流的測(cè)試需求。
- 輸入電壓 380V±10%
- 頻率 50HZ;
- 輸出電壓 500~1500V可調(diào)(可多個(gè)電源組成)
- 輸出電流 10A;
- 電壓控制精度 1%
- 電壓調(diào)整率 <0.1%;
- 紋波電壓 <1%;
- 工作溫度 室溫~40℃;
- 保護(hù) 有過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)功能。
2)直流電容器
分為支撐電容、儲(chǔ)能電容,分別用于補(bǔ)償充電和實(shí)驗(yàn)時(shí)的大電流放電,滿足動(dòng)態(tài)測(cè)試、短路電流、反偏安全工作區(qū)的測(cè)試需求。至少包含8mF的容量。
- 單體電容容量 1mF
- 額定電壓 1500V
- 脈沖電流 1kA
- 工作溫度室溫~40℃
- 工作濕度<70%
3)動(dòng)態(tài)測(cè)試負(fù)載電感
- 電感量 20μH 、50μH 100μH 200μH 500μH 1000μH、2000μH
- 電流 通過(guò)選擇不同檔位電感,滿足0~1kA電流輸出需求(10ms)
- 瞬態(tài)電壓 大于1500V
- 負(fù)載電感 配備自動(dòng)切換開(kāi)關(guān),可分別接通不同電感值,由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)接通;自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)參數(shù)性能需求與電感要求相匹配。
4)安全工作區(qū)測(cè)試負(fù)載電感
- 電感量 1mH 、10mH、50mH、100mH
- 電流 通過(guò)選擇不同檔位電感,滿足0~20kA電流輸出需求(10ms)
- 瞬態(tài)電壓 大于10kV
- 負(fù)載電感 配備自動(dòng)切換開(kāi)關(guān),可分別接通不同電感值,由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)接通;自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)參數(shù)性能需求與電感要求相匹配。
5)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)補(bǔ)充充電回路限流電感
限制充電回路中的di/dt。
- 電感量 100μH
- 電流能力 6000A (5ms)
- 瞬時(shí)耐壓 10kV
- 工作溫度室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
6)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)短路保護(hù)放電回路
緊急情況下快速放電,保證緊急情況時(shí)快速使設(shè)備處于安全電位。
- 回路耐壓 DC10kV
- 放電電流 10kA(5ms)
- 工作溫度 室溫~40℃;
- 工作濕度 <70%
7)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)正常放電回路
用于設(shè)備正常關(guān)機(jī)時(shí)放電,使設(shè)備處于安全電位。
- 回路耐壓 10kV
- 放電電流 50A
- 工作溫度 室溫~40℃;
- 工作濕度 <70%
8)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)高壓大功率開(kāi)關(guān)
- 電流能力 2000A
- 隔離耐壓 10kV
- 響應(yīng)時(shí)間 150ms
- 脈沖電流 20kA(不小于10ms)
- 工作方式 氣動(dòng)控制
- 工作氣壓 0.4MPa
- 工作溫度 室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
9)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)尖峰抑制電容
用于防止關(guān)斷瞬態(tài)過(guò)程中的IGBT器件電壓過(guò)沖。
- 電容容量 200μF
- 分布電感 小于10nH
- 脈沖電流 2kA
- 工作溫度 室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
11)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)m(xù)流二極管
用于防止測(cè)試過(guò)程中的過(guò)電壓。
- 反向電壓 8000V(2只串聯(lián))
- -di/dt大于2000A/μs
- 通態(tài)電流 1200A
- 壓降小于1V
- 浪涌電流大于20kA
- 反向恢復(fù)時(shí)間小于2μs
- 工作溫度 室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
12)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)安全工作區(qū)測(cè)試?yán)m(xù)流二極管
- 反向電壓 12kV(3只串聯(lián))
- -di/dt 大于2000A/μS
- 通態(tài)電流 1200A
- 壓降 小于1V
- 浪涌電流 大于20kA
- 反向恢復(fù)時(shí)間 小于2μS
- 工作溫度 室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
13)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)被測(cè)器件旁路開(kāi)關(guān)
被測(cè)安全接地開(kāi)關(guān),設(shè)備不運(yùn)行時(shí),被測(cè)接地。
- 電流能力 DC 50A
- 隔離耐壓 15kV
- 響應(yīng)時(shí)間 150ms
- 工作方式 氣動(dòng)控制
- 工作氣壓 0.4MPa
- 工作溫度 室溫~40℃
- 工作濕度 <70%
14)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)工控機(jī)及操作系統(tǒng)
用于控制及數(shù)據(jù)處理,采用定制化系統(tǒng),主要技術(shù)參數(shù)要求如下:
- 機(jī)箱:4Μ 15槽上架式機(jī)箱;
- 支持ATX母板;
- CPΜ:INTEL雙核;
- 主板:研華SIMB;
- 硬盤(pán):1TB;內(nèi)存4G;
- 3個(gè)5.25”和1個(gè)3.5”外部驅(qū)動(dòng)器;
- 集成VGA顯示接口、4個(gè)PCI接口、6個(gè)串口、6個(gè)ΜSB接口等。
- 西門(mén)子PLC邏輯控制
15)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理單元
用于數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理,主要技術(shù)參數(shù)要求如下:
- 示波器:LeCroy或者泰克
- 高壓探頭:滿足表格4-11動(dòng)態(tài)參數(shù)、短路電流、安全工作區(qū)測(cè)試需求
- 電流探頭:滿足表格4-11動(dòng)態(tài)參數(shù)、短路電流、安全工作區(qū)測(cè)試需求
- 狀態(tài)監(jiān)測(cè):NI數(shù)據(jù)采集卡
- 上位機(jī):基于Labview人機(jī)界面
- 數(shù)據(jù)提?。簻y(cè)試數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)為Excel文件及其他用戶需要的任何數(shù)據(jù)格式,特別是動(dòng)態(tài)測(cè)試波形可存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)格式;所檢測(cè)數(shù)據(jù)可傳遞至上位機(jī)處理;從檢測(cè)部分傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)上位機(jī)處理后可自動(dòng)列表顯示相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù); 數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)檢測(cè)部分內(nèi)容可擴(kuò)展
16)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)機(jī)柜及其面板
用于安裝固定試驗(yàn)回路及單元;主要技術(shù)參數(shù)要求如下;
- 風(fēng)冷系統(tǒng);
- 可顯示主要電氣回路參數(shù)及傳感器測(cè)量值;
- 可直觀監(jiān)視試驗(yàn)過(guò)程,并可兼容高溫?cái)z像頭;
- 防護(hù)等級(jí):IP40。
- 面板按鈕可以進(jìn)行緊急操作
- 機(jī)柜顏色:RAL7035
17)大功率IGBT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)壓接夾具及其配套系統(tǒng)
- 工作壓力范圍:5~200kN;分辨率0.1kN
- 上下極板不平行度小于20μm
- 極板平整度小于10μm
- 壓力可連續(xù)調(diào)節(jié),施加壓力平穩(wěn),不可出現(xiàn)加壓時(shí)壓力過(guò)沖
- 安全技術(shù)要求:滿足GB 19517—2009國(guó)家電氣設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范;
- 大測(cè)試工作電壓:10kV(整體設(shè)備滿足GB 19517—2009標(biāo)準(zhǔn)外,局部絕緣電壓應(yīng)滿足測(cè)試需求)
18)其他輔件
除上述主要部件以外,動(dòng)態(tài)測(cè)試部分還包括:高壓開(kāi)關(guān)及其放電回路、電壓反饋電路、電容接地限流電阻、限制電流變化率電感、功率回路限流電阻、主回路保護(hù)電流取樣電流互感器、Qg測(cè)試電路等。
華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng),可測(cè)試IGBT模塊,壓接式IGBT,動(dòng)態(tài)特性,開(kāi)關(guān)特性,柵電荷,反向恢復(fù)特性等,華科智源大功率IGBT測(cè)試系統(tǒng)。