电驱动IGBT的那些事︱IGBT标准应用指南

文摘   汽车   2024-10-13 06:46   上海  

- 「SysPro | 动力系统电力电子」专栏《电驱动IGBT的那些事》系列连载

-  本篇关于IGBT应用标准的指南, 原创,作者Mr.D

-  结合实践经验,对相关信息做了系统性的梳理和整合,参考文件详见文末

-  相关报告/标准、技术资料、培训视频已上传知识星球,欢迎学习、交流


导语:新能源电动汽车的部件中,价格最高的莫属动力电池,它的个头也数一数二,价格第二高的却是电机控制器中的一个小家伙:IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。它虽然小,但是却足足占了大约5%的整车成本。
对于IGBT,我们并不陌生,之前已有所涉及,如新能源电驱动系统标准解读与拓展 | 控制器运行耐久中,对IGBT进行了简单的失效分析新能源汽车电驱动系统性能解析 | 堵转中,IGBT是限制堵转扭矩的最关键因素,在后续的《电磁兼容性三部曲》分析中,IGBT又是电磁干扰的主力,等等。
有些小伙伴认为,IGBT的使用只是硬件工程师需要关心的问题,其实不然。IGBT的开关时间的优化、IGBT冷却系统的设计、IGBT的装配,IGBT的寿命等等问题,又要牵扯到软件、机械、仿真、测试等多个领域。因此,IGBT想使用得当,需要多学科综合考虑,可谓"牵一发而动全身"。
为此,我们打算开展一个专辑:《电驱动IGBT的那些事》,谈一谈IGBT在电驱动系统中的应用。本篇先简述下IGBT应用标准,帮助我们找到后续故事展开的基准。

01
半导体器件标准
首先,IGBT属于半导体,之所以称为半导体,就是因为这种材料在一定条件下可以导通电流,又能在另外的条件下阻断电流。半导体的行业协会称为JEDEC,全称Joint Electron Device Engineering Council,中文名称:联合电子设备工程委员会
|SysPro 备注:JEDEC是制定全球微电子行业开放标准的领导者,微电子产品的专业术语、定义、产品特征描述与操作、测试方法、生产支持功能、产品质量与可靠性、机械外形等标准都能在其中找到。

例如,我们比较关心IGBT热阻抗如何得到测试是怎么进行的?就可以参照JC-15 (半导体封装的热特性分析技术,Thermal Characterization Techniques for Semiconductor Packages) 委员会制定的JESD51-14标准<Transient Dual Interface Test Method for the Measurement of the Thermal Resistance Junction-to-Case of Semiconductor Devices with Heat Flow Through a Single Path>,中文名《瞬态双界面测试法,用于测量热流通过单路径的半导体器件结至外壳的热阻》,这个标准的解读也会在后续的文章中提到。

图片来源:nexperia

02

 IGBT模块标准

IGBT最常见的形式是封装好的模块(Module),使用单管的厂家较少。大多模块设计厂商都遵循IEC的标准体系,IEC是指国际电工委员会,全称International Electrotechnical Commission,成立于1906年,是世界上成立最早的国际性电工标准化机构,负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。下面具体解释下IGBT器件或模块应用中,常用的几个标准:

IGBT器件遵守的标准

IEC60747-9 - Semiconductor devices-Part 9 Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs),中文名《半导体器件第 9 部分:绝缘栅双极晶体管 (IGBT)》。与其对应的国内标准是GB/T 29332-2012。

IGBT模块所遵守标准

IEC60747-15 - Discrete semiconductor devices-15 Isolated power semiconductor devices,中文名《分立半导体器件第15部分 :隔离功率半导体器件》

机械和气候试验方法标准适用标准

IEC60749- Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods,国标与其对应的是GB/T 4937.1《半导体器件机械和气候试验方法》

图片来源:IEC


研读标准的意义

以上提到的标准可以用于解读IGBT模块数据手册中参数的含义,是很好的IGBT字典,关于这一点我们已做过解读,可以参考下文:

例如,曾经有小伙伴问道:IGBT的数据手册上有写最大电流可以到1000+安培, 这个产品设计怎么才用到500+安培?那是因为你看的是Repetitive peak forward current代表的是CE之间可重复导通的峰值电流,一般是I_Cnom两倍值。你看,了解了这些"字典",上面这个问题就不会再有了。


03

车规级IGBT模块标准
车用IGBT模块验证规范是我们做电驱动最关心的环节。
这里隆重推荐2019年5月ECPE (European Center for Power Electronics) 欧洲电力电子研究中心更新发布的标准,AQG 324:Qualification of Power Modules for Use in Power Electronics Converter Units in Motor Vehicles,中文名:车规级半导体功率模块测试认证规范。的前身是LV324,由德国汽车行业的厂商代表和电力电子供应商联合编制。

图片来源:ECPE


AQG 324讲了什么?
AQG324参考IGBT模块标准,系统制定了车用IGBT的参数鉴定测试环境测试寿命测试,测试目的与步骤十分明确,对想了解IGBT的小伙伴是很好的借鉴。
与此相关的国标为:《QC/T 1136-2020 电动汽车用绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块环境试验要求及试验方法》,但个人理解内容相对不够完善,后续的标准解读我们还是以AQG324为准。

04

结束语

作为电驱动最贵、最关键的部件IGBT,好好认识TA是很有必要的,学习IGBT的相关标准是很好的路径,文中提到的标准也会作为《电驱动IGBT那些事》专辑的"课本",希望小伙伴们持续关注,有问题一起探讨

图片来源:英飞凌

以上是「SysPro | 电力电子技术解析」专栏《电驱动IGBT的那些事》系列"IGBT相关标准"的介绍。文中所述关于IGBT的datasheet参数解读可靠性的解读国内外标准/报告、技术资料,以及培训视频已在「SysPro|动力系统电力电子技术解析」、「SysPro|标准库」、「SysPro| 视频培训 | 控制器」等专栏发布。同时,可以结合5月17日更新的<IGBT基础培训视频>拓展学习,相关链接:

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2024年10月12日 晚

电动汽车动力总成工程师的武器库(视频培训)

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