地铁逆变和辅助逆变igbt模块测试系统

1、机车用大功率 I g b t模块测试系统一 . 前言:现今 Power MOSFET(金属氧化物场效晶体管及 IGBT 已成为大功率元件的主流,在市场上居于主导 地位。由于科技进步,电力电子装置对轻薄短小及高性能之要求 ,带动 MOSFET 及 IGBT 的发展,尤其 应用于电气设备、光电、航天、铁路、电力转换.等领域,使半导体开发技术人员在市场需求下, 对大功率元件的发展技术,持续在突破。半导体元件除了本身功能要良好之外,其各项参数能否达到电路上的要求,必须定期测量,否则 产品的质量特性很难保证,尤其是较大的功率元件,因具有耗损性,易老化及效率降低,因不平衡导 致烧毁,所以对新产品及使用中的

2、元件参数的筛选及检查更为重要。半导体元件的每一个参数,依其极性的不同,都须要一个独特的测量电路,西安佰人科技有限公司 所设计生产的半导体元件自动测试系统(BR3500,具有一组继电器形成的矩阵电路,依每个参数的定 义,形成千变万化的电路,再依元件的出厂规格加上额定的电流或电压后,在极短的时间内将所须要 的数据量测出来,且有些参数从量测的数据经快速运算即可得知其特性是否在规定范围内。二. 半导体元件可测试种类:虽然 MOSFET 及 IGBT 等 MOS 元件已逐渐取代以往传统的 SCR 及双极晶体管, 但目前市场上还有在使用。 所以,测试半导体元件的测试仪器,须能提供多种参数的测试能力。西安佰

3、人科技有限公司所设计生 产的半导体元件自动测试系统(BR3500具备下列测试能力:可单机独立操作,测试范围达 2000V 及 50A。外接大电流扩展装置,检测范围可扩展 1250A。 BR3500半导体元件测试参数表绝缘栅双极大功率晶体管 IGBT测试参数名称 电压范围 电流范围 分辨率 精度I CES I GESF I GESR 0.10V to 999V(2KV(10.10V to 20V(80V (3100nA(20pA(2 to 50mA100nA(20pA(2 to 3A1nA(1pA (2 1%+4nA+20pA/V (1%+200pA+2pA/V(2BV CES 0.1V to

4、450V( 900V(1 to 700V(1.4V(1 to 800V(1.6V(1 100A to 200mAto100mAto50mA1mV 1%+100mVV GETH 0.10V to 20V(50V (3100nA to 3A 1mV 1%+10mVV CESATI CONV GEONV Fg FS (混合参数 V CE :0.10V to 5.00Vto 9.99VV GE : 0.10V to 9.99VI C :10mA to 49.9A(1.2KA(4to 25A(200A(4I F , IGE : 100nA to 10A1mV V: 1%+10mV I F IC: 1%+

5、100nA I GE : 1%+5nA测试的 IGBT 参数包括:ICES、BVCES、IGESF、IGESR、VGETH、VGEON、VCESAT、ICON、VF、GFS、 rCE 等全直流参数, 所有小电流指标保证 1%重复测试精度, 大电流指标保证 2%以内重复测试精度。三. 大功率半导体元件的测试:大功率化的意思,就是元件能处理大电流及高耐压,当功率模块老化时,其工作效能必定降低, 一个应用在大功率开关上的功率元件,在其使用期限内,如能定期维护测试,便可确保其使用的最佳 状态,防止故障发生。BR3500半导体元件全自动测试系统,可以仿真元件在真正工作状态下的电流及电压,并测量重要 参数

6、的数据,再与原出厂指标比较,由此来判定元件的好坏或退化的百分比。每个电流模块,都具有 独立的供电系统,以便在测试时,提供内部电路及电池组充电之用; 可选购外部高压模块,执行关闭 状态参数测试如:各项崩溃电压与漏电流测量达 2KV。四.BR3500测试大功率元件应用范例说明?在 2011/04/26,我们在深圳地铁车辆段,进行了实际的展示与操作,厂方提供了许多元件来测试,其 中一部份由于损毁严重,在一开始的功能与元件判别过程,即被判出局,而未进入实质的参数量测, 也有全新的 IGBT,量测结果完全合乎出厂规格. 对其测试数据极为满意,解决了特大功率器件因无法测试 给机车在使用带来的工作不稳定、器

7、件易烧坏、易爆炸等问题。透过上述展示,可了解使用 BR3500的优点:可移动型仪器,使用方便,测试简单快速,立即提供测试结果与数值。适用的半导体元件种类多,尤其能测大功率元件。用户能确实掌握新采购元件的质量,避免用到瑕疵或仿冒品。用户能对旧品元件作筛选,留下可用元件,确实掌握设备运转的可靠度。六.大功率半导体元件在应用上常见的几个问题1. 什么是大功率半导体元件?其用途为何?凡是半导体元件如金属氧化场效晶体管(MOSFET、 IGBT(INSULATED GATE B.TRANSISTOR及 TRIAC、 SCR、 GTO 等各型闸流体与二极管(DI ODE等,其工作电流与电压乘积若大于 1K

8、W 以上,均可属于大功率的范 围。此类元件多用于车船,工厂的动力,光电及其他能源的转换上。2. 何谓半导体元件的参数?对元件使用上有何重要性?中大功率的元件仅在功能上的完好是绝对不够的,因其必须承受规格上指定的最大电压与电流,在某 条件下,最大承受度的数据便称为此元件的参数。若元件的工作条件超过其参数数据,元件可能会立 刻烧毁或造成永久性的损坏。3. 大功率半导体器件为何有老化的问题?功率元件由于经常有大电流往复的冲击,对半导体结构均具有一定的耗损性及破坏性,若其工作状况 又经常在其安全工作区的边缘,更会加速元件的老化程度,故元件老化,就如人的老化一样是不可避 免的问题。4. 为何老化的元件必

9、须尽早发现及尽早更换?当功率元件老化时,元件的内阻在导通时必定会加大,因而使温度升高,并使其效能降低。长期使用 后若温升过高时,会使元件在关闭时的漏电流急遽升高。(因漏电流是以温度的二次方的曲线增加, 进而使半导体的接口产生大量崩溃,而将此元件完全烧毁。当元件损毁时,会连带将其驱动电路上的 元件或与其并联使用的功率元件一并损伤,所以,必须即早发现更换。5. 如何检测元件有老化的现象?半导体元件有许多参数都很重要,有些参数如:放大倍率,触发参数,闩扣,保持参数,崩溃电压等, 是提供给工程师在设计电路时的依据,在检测元件是否有老化的现象时,仅须测量导通参数及漏电流 二项即可。将量测的数据与其出厂规

10、格相比较,就可判定元件的好坏或退化的百分比。6. 欲测知元件老化,所须提供的测量范围为何?当大功率元件在作导通参数的测试时,电流必须大到其所能承受的正常工作值,同时,在作关闭参数 的漏电流测试时,电压也必须够高,以仿真元件在真正工作状态下的电流与电压,如此其老化的程度才可显现。当这两个参数通过后,便表示元件基本上良好,再进一步作其他参数的测量,以分辨其中 的优劣。7. 如何执行导通参数与漏电流的量测?测试条件中待输入的数字,必须依照元件生产厂所提供的规格来输入,而测量结果,亦必须在 其所规定的最大限额内,否则,便为不良品。8. 使用 BR3500的优点:BR3500测试参数多且完整、应用领域更

11、广泛,但只要使用其最基本的 2项功能:开启最大电流压 降,关闭最小电流的漏电流,就可知道大功半导体有没有老化的现象。完全由计算机控制、快速精确的设定参数。适用于实验室和老化筛选的测试。操作非常简单、速度快。完全计算机自动判断、自动比对。9. IGBT半导体器件测试系统的主要应用领域概括如下:半导体元器件检测中心应用本公司测试系统可扩大检测中心的检测范围、提高检测效率,提升 检测水平,增加经济效益;半导体元器件生产厂 应用本公司测试系统可对半导体元器件生产线的成品进行全参数的测 试、筛选、分析,以确保出厂产品的合格率;电子电力产品生产、检修厂应用本公司测试系统可对所应用到的半导体元器件,尤其对现代新 型 IGBT 大功率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性; 航天、军工领域 应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对现代新型 IGBT 大功 率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;航空、电子信息等领域应用本公司测试系统可对所应用到的元器件,尤其对现代新型 IGBT 大功 率器件的全参数进行智能化测试、筛选、分析,以确保出厂产品的稳定性、可靠性;机车、汽车、船舶控制系统生产厂应用本公司测试系统可对所应用到的元器