EV/HEV用IGBT將增長3倍，IGBT仿真與測試引關(guān)注

摘要：EV/HEV用IGBT在5年內(nèi)將增長3倍。由于EV/HEV的電力系統(tǒng)更加復(fù)雜，IGBT的熱設(shè)計(jì)與可靠性分析與測試十分重要，需要借助軟硬件結(jié)合的方式進(jìn)行仿真與測試。

　　據(jù)歐洲市場調(diào)查公司Yole Development于2015年7月發(fā)布的預(yù)測報(bào)告顯示，從2014年到2020年IGBT的使用量將持續(xù)增長。其中EV/HEV(電動(dòng)汽車/混動(dòng)汽車)的IGBT/電力電子器件會(huì)達(dá)到3倍的增長。

IGBT可靠性引人關(guān)注

　　相比傳統(tǒng)汽車，EV/HEV會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，因此分析和測試更復(fù)雜。熱量產(chǎn)生主要包括六部分：1.HVAC(暖通空調(diào))，坐在汽車中，冷/熱風(fēng)吹在身上可產(chǎn)生舒適的感覺;2.引擎冷卻與循環(huán)系統(tǒng);3.潤滑油系統(tǒng)，通過油的交換把熱量帶到不同的系統(tǒng);4.電力馬達(dá);5.電力電子器件的散熱;6.電池組。

　　因?yàn)闊釂栴}，也引發(fā)了汽車召回事件。例如《汽車新聞》2014年9月20日報(bào)道，福特因?yàn)闊崾д倩?.4萬較老的混合動(dòng)力汽車。Autoblog website于2014年1月14日報(bào)道，特斯拉召回了2.9萬個(gè)Model S 墻上充電器來防止過熱。

　　“相對來說，電力電子器件的可靠性和壽命更重要，而且分析起來更為復(fù)雜?！盡entor Graphics 機(jī)械分析部的市場營銷和產(chǎn)品策略總監(jiān)Keith Hanna 博士稱。這是因?yàn)镮GBT是開關(guān)器件，作用是把電池的電送到馬達(dá)中，因此在使用過程中需要經(jīng)歷長時(shí)間周期性的功率循環(huán)，即不停地進(jìn)行開/關(guān)(導(dǎo)通/關(guān)斷)動(dòng)作，會(huì)對IGBT器件施加熱-機(jī)械應(yīng)力，從而對器件產(chǎn)生破壞性的影響。熱損害可能是由于熱學(xué)應(yīng)力性能的降低，例如引線鍵合失效，合金層脫落，焊接層疲勞、失效等引起。

　　IGBT的實(shí)際工作狀態(tài)會(huì)隨著路況產(chǎn)生區(qū)別。在圖2的路譜圖中，可見汽車加速/減速的運(yùn)轉(zhuǎn)過程對IGBT的開關(guān)壽命的影響。在市區(qū)開車時(shí)，開關(guān)動(dòng)作頻繁;在高速公路時(shí)，車基本是勻速狀態(tài)。所以在做IGBT測試時(shí)，需要了解不同國家的汽車使用習(xí)慣，通常會(huì)根據(jù)各個(gè)城市/國家的道路路譜進(jìn)行分析。然后進(jìn)行3D軟件仿真模擬，得出IGBT器件結(jié)溫變化和時(shí)間的關(guān)系圖，結(jié)合人工IGBT功率循環(huán)測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以估計(jì)出IGBT現(xiàn)場壽命。

　　在中國，通常有三類客戶會(huì)對IGBT測試感興趣：1.中國OEM廠商自己在做IGBT;2.外購IGBT后需要檢查IGBT的質(zhì)量;3.一些嚴(yán)謹(jǐn)對質(zhì)量要求嚴(yán)格的公司買進(jìn)IGBT后，甚至?xí)⒖籍a(chǎn)品datasheet(數(shù)據(jù)表)的測試方法進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)。

　　Mentor公司機(jī)械分析部近日推出了用于功率循環(huán)測試的可擴(kuò)展產(chǎn)品——MicReD Power Tester 600A功率循環(huán)測試設(shè)備，可以幫助客戶通過功率循環(huán)測試的方法和3D軟件模型對IGBT進(jìn)行仿真和測試。例如通過結(jié)溫的變化可以知道EV/HEV加速時(shí)結(jié)溫上升了多少及頻率，并進(jìn)而了解對IGBT器件產(chǎn)生了多大的破壞。它可以進(jìn)行熱學(xué)分析，例如一共循環(huán)了多少次，上升幅度和頻率，以對IGBT的壽命進(jìn)行預(yù)估。

　　MicReD Power Tester 600A可進(jìn)行熱可靠性的綜合診斷;借助MicReD T3Ster產(chǎn)品中特有的 Mentor校準(zhǔn)技術(shù)，提高相關(guān)的三維CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))的仿真精度。仿真錯(cuò)誤能從通常的20%降至0.5%;并且此設(shè)備的可擴(kuò)展性更強(qiáng)，最多可測試128個(gè)串聯(lián)IGBT器件。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第5期第6頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。