IGBT动态参数测试仪

IGBT的测试包括静态参数测试、动态参数测试、短路测试、热阻测试等,华科智源的IGBT的动态参数测试仪测试IGBT动态参数有开关时间T(on)、Td(on)、反向恢复时间,栅电荷,短路电流等;

型号 : HUSTEC-2015
品牌 : 华科智源
名称 : IGBT动态参数测试仪
用途 : 芯片设计,封装,来料检验,失效分析

1范围

本技术规范提出的是最低限度的要求,并未对所有技术细节作出规定,也未充分引述有关标准和规范的条文,供货方应提供符合工业标准和本技术规范的优质产品。本技术规范所使用的标准如遇与供货方所执行的标准不一致时,应按较高标准执行。

2应遵循的主要现行标准

该功率半导体模块测试系统的设计、制造、检查、试验等遵循如下国内国际标准,但不限于以下标准。
GB 13869-2008 用电安全导则
GB19517-2004  国家电器设备安全技术规范
GB/T 15153.1-1998 运动设备及系统
GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)(IEC 60529:2001,IDT)
GB/T 191-2008 包装储运图示标志
GB/T 15139-1994 电工设备结构总技术条件
GB/T 2423 电工电子产品环境试验
GB/T 3797-2005 电气控制设备
GB/T 4588.3-2002 印制板的设计和使用
GB/T 9969-2008 工业产品使用说明书总则
GB/T 6988-2008 电气技术用文件的编制
GB/T 3859.3 半导体变流器变压器和电抗器
GB/T 311.1 绝缘配合第1部分:定义、原则和规则
IEC 60747-2/GB/T 4023-1997      半导体器件分立器件和集成电路第2部分:整流二极管
IEC 60747-9:2007/GB/T 29332-2012     半导体器件分立器件第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBTs)
 
 

3技术要求

3.1整体技术指标

3.1.1 功能与测试对象

*1)功能
GBT模块动态参数测试。
*2)测试对象
被测器件IGBT模块动态参数。测试温度范围 Tj=25°及125°。

3.1.2  IGBT模块动态测试参数及指标

测试单元对IGBT模块和FRD的动态参数及其他参数的定义满足国际标准IEC60747-9以及IEC60747-2。
以下参数的测试可以在不同的电压等级、电流等级、温度、机械压力、回路寄生电感以及不同的驱动回路参数下进行。
1)动态测试参数
IGBT的开通和关断波形及其相关参数的定义如图2、图3所示。
 

1)图2 IGBT开通过程及其参数定义动态测试参数

IGBT的开通和关断波形及其相关参数的定义如图2、图3所示。

IGBT动态参数测试仪 华科智源 HUSTEC-2015 IGBT测试仪测试IGBT开关特性,反向恢复特性,栅电荷示例图3

图2 IGBT开通过程及其参数定义
IGBT动态参数测试仪 华科智源 HUSTEC-2015 IGBT测试仪测试IGBT开关特性,反向恢复特性,栅电荷示例图4

 

图3 IGBT关断过程及其参数定义

 
表格2 可测量的IGBT动态参数

参数名称 符号 参数名称 符号
开通延迟时间 td(on) 关断延迟时间 td(off)
上升时间 tr 下降时间 tf
开通时间 ton 关断时间 toff
开通损耗 Eon 关断损耗 Eoff
栅极电荷 Qg    
短路电流 ISC / /

可测量的FRD动态参数

参数名称 符号 参数名称 符号
反向恢复电流 IRM 反向恢复电荷 Qrr
反向恢复时间 trr 反向恢复损耗 Erec

 
 
 
 
 
*2)动态测试参数指标
表格4 IGBT动态测试参数指标

主要参数 测试范围 精度要求 测试条件
Vce
集射极电压
150~1500V 150~500V±3%±1V;
500~1000V±2%±2V;
1000~1500V±1%±5V;
150~1500V
Ic
集射极电流
1~1200A 1~200A±3%±1A;
200~1200A±3%±2A;
 
1~1200A
Vge
栅极电压
-30V~30V -30~0V±1%±0.1V;
0~+30V±1%±0.1V
-30V~30V
Qg
栅极电荷
400~20000nC Ig: 0~50A±3%±0.1mA; 400~20000nC
td(on)td(off)
开通/关断延迟
10~1000ns 10~200±2%±2ns;200~1000±2%±5ns  
trtf
上升/下降时间
10~1000ns 10~200±2%±2ns;200~1000±2%±5ns;  
EonEoff
开通/关断能量
1~5000mJ 1~50mJ±2%±0.1mJ;
50~200mJ±2%±1mJ;
200~1000mJ±2%±2mJ;
1000~5000mJ±1%±5mJ;
 
 

表格5 二极管反向恢复测试

主要参数 测试范围 精度要求 测试条件
Vcc
二极管电压
50~1500V 200~500V±3%±1V;
500~1500V±2%±2V;
200~1500V
IRM
反向恢复电流
50~1200A 50~200A±3%±1A; 50~1200A
Qrr
反向关断电荷
1~20000μC 50~200μC±3%±1 μC;
200~1000μC±3%±2 μC;
1000~5000μC±2%±5 μC;
5000~20000μC±2%±10μC;
1~20000μC
trr
反向恢复时间
20~2000ns 20~100±3%±1ns;100~500±3%±2ns;
500~2000±2%±5ns;
20~2000ns
Erec
反向关断能量损失
1~5000mJ 1~50mJ±3%±0.1mJ;50~200mJ±3%±1mJ;
200~1000mJ±2%±2mJ;
1000~5000mJ±1%±5mJ
1~5000mJ
 

 
表格6 IGBT短路测试

主要参数 测试范围 精度要求 测试条件
Vce
集射极电压
150~1500V 150~1000V±2%±2V;
1000~3300V±1%±5V;
200~1500V
一次短路电流 1~1200A 1~200A±3%±1A; 1~1200A
Vge
栅极电压
10~30V 10~+30V±1%±0.1V 10~30V

 

3.2测试单元组成

本测试单元包括动态参数测试组成部分,主要组成材料及其要求如下所示。

3.2.1 动态参数测试部分主要材料清单

表格12动态参数测试部分组成

序号 组成部分 单位 数量
1 可调充电电源 1
2 直流电容器 8
3 动态测试负载电感 1
4 安全工作区测试负载电感 1
5 补充充电回路限流电感L 1
6 短路保护放电回路 1
7 正常放电回路 1
8 高压大功率开关 5
9 尖峰抑制电容 1
10 主回路正向导通晶闸管 2
11 动态测试续流二极管 2
12 安全工作区测试续流二极管 3
13 被测器件旁路开关 1
14 工控机及操作系统 1
15 数据采集与处理单元 1
16 机柜及其面板 1
17 压接夹具及其配套系统 1
18 加热装置 1
19 其他辅件 1
 

 

3.3主要技术要求

3.3.1 动态参数测试单元技术要求

3.3.1.1 环境条件

1) 海拔高度:海拔不超过1000m;
2) 温度:储存环境温度 -20℃~60℃;
3) 工作环境温度: -5℃~40℃;
4) 湿度:20%RH 至 90%RH (无凝露,湿球温度计温度: 40℃以下);
5) 震动:抗地震能力按7级设防,地面抗震动能力≤0.5g;
6) 防护:无较大灰尘,腐蚀或爆炸性气体,导电粉尘等空气污染的损害;

3.3.1.2动态参数测试部分主要材料技术要求

1)可调充电电压源
用来给电容器充电,实现连续可调的直流母线电压,满足动态测试、短路电流的测试需求。
l 输入电压 380V±10%
l 频率 50HZ;
l 输出电压 500~1500V可调(可多个电源组成)
l 输出电流 10A;
l 电压控制精度 1%
l 电压调整率 <0.1%;
l 纹波电压 <1%;
l 工作温度 室温~40℃;
l 保护 有过压、过流、短路保护功能。
2)直流电容器
分为支撑电容、储能电容,分别用于补偿充电和实验时的大电流放电,满足动态测试、短路电流、反偏安全工作区的测试需求。至少包含8mF的容量。
l 单体电容容量  1mF
l 额定电压  3300V
l 脉冲电流  1kA  
l 工作温度室温~40℃
l 工作湿度<70%
3)动态测试负载电感
l 电感量 20μH 、50μH  100μH  200μH  500μH  1000μH、2000μH
l 电流 通过选择不同档位电感,满足0~1kA电流输出需求(10ms)
l 瞬态电压 大于3300V
l 负载电感 配备自动切换开关,可分别接通不同电感值,由计算机控制自动接通;自动切换开关参数性能需求与电感要求相匹配。
4)安全工作区测试负载电感
l 电感量 1mH 、10mH、50mH、100mH
l 电流 通过选择不同档位电感,满足0~200A电流输出需求(10ms)
l 瞬态电压 大于10kV
l 负载电感 配备自动切换开关,可分别接通不同电感值,由计算机控制自动接通;自动切换开关参数性能需求与电感要求相匹配。
5)补充充电回路限流电感
限制充电回路中的di/dt。
l 电感量   100μH
l 电流能力  6000A (5ms)
l 瞬时耐压  10kV
l 工作温度室温~40℃
l 工作湿度 <70%
6)短路保护放电回路
紧急情况下快速放电,保证紧急情况时快速使设备处于安全电位。
l 回路耐压  DC10kV
l 放电电流  10kA(5ms)
l 工作温度 室温~40℃;
l 工作湿度 <70%
7)正常放电回路
用于设备正常关机时放电,使设备处于安全电位。
l 回路耐压  10kV
l 放电电流  50A
l 工作温度 室温~40℃;
l 工作湿度 <70%
8)高压大功率开关
l 电流能力 200A
l 隔离耐压 10kV
l 响应时间 150ms
l 脉冲电流 20kA(不小于10ms)
l 工作方式 气动控制
l 工作气压 0.4MPa
l 工作温度 室温~40℃
l 工作湿度 <70%
9)尖峰抑制电容
用于防止关断瞬态过程中的IGBT器件电压过冲。
l 电容容量 200μF
l 分布电感 小于10nH
l 脉冲电流 200A  
l 工作温度 室温~40℃
l 工作湿度 <70%
 11)动态测试续流二极管
用于防止测试过程中的过电压。
l 压降小于1V
l 浪涌电流大于20kA
l 反向恢复时间小于2μs
l 工作温度 室温~40℃
l 工作湿度 <70%
12)安全工作区测试续流二极管
l 浪涌电流 大于20kA
l 反向恢复时间 小于2μS
l 工作温度 室温~40℃
l 工作湿度 <70%
13)被测器件旁路开关
被测安全接地开关,设备不运行时,被测接地。
l 电流能力 DC 50A
l 隔离耐压 15kV
l 响应时间 150ms
l 工作方式 气动控制
l 工作气压 0.4MPa
l 工作温度 室温~40℃
l 工作湿度 <70%
14)工控机及操作系统
用于控制及数据处理,采用定制化系统,主要技术参数要求如下:
l 机箱:4Μ 15槽上架式机箱;
l 支持ATX母板;
l CPΜ:INTEL双核;
l 主板:研华SIMB;
l 硬盘:1TB;内存4G;
l 3个5.25”和1个3.5”外部驱动器;
l 集成VGA显示接口、4个PCI接口、6个串口、6个ΜSB接口等。
l 西门子PLC逻辑控制
15)数据采集与处理单元
用于数据采集及数据处理,主要技术参数要求如下:
l 示波器;高压探头:满足表格4-11动态参数、短路电流、安全工作区测试需求
l 电流探头:满足表格4-11动态参数、短路电流、安全工作区测试需求
l 状态监测:NI数据采集卡
l 上位机:基于Labview人机界面
l 数据提取:测试数据可存储为Excel文件及其他用户需要的任何数据格式,特别是动态测试波形可存储为数据格式;所检测数据可传递至上位机处理;从检测部分传输的数据经上位机处理后可自动列表显示相应测试数据; 数据处理和状态检测部分内容可扩展
16)机柜及其面板
用于安装固定试验回路及单元;主要技术参数要求如下;
l 风冷系统;
l 可显示主要电气回路参数及传感器测量值;
l 可直观监视试验过程,并可兼容高温摄像头;
l 防护等级:IP40。
l 面板按钮可以进行紧急操作
l 机柜颜色:RAL7035
17)压接夹具及其配套系统
l 工作压力范围:5~200kN;分辨率0.1kN
l 上下极板不平行度小于20μm
l 极板平整度小于10μm
l 压力可连续调节,施加压力平稳,不可出现加压时压力过冲
l 安全技术要求:满足GB 19517—2009国家电气设备安全技术规范;
l 最大测试工作电压:10kV(整体设备满足GB 19517—2009标准外,局部绝缘电压应满足测试需求)
18)其他辅件