《柔性直流输电用IGBT器件应用可靠性测评规范》

ICS3108001

L40

T/CEC

中国电力企业联合会标准

T/CECXXXX—XXXX

代替T/CECXXXX—XXXX

柔性直流输电用IGBT器件应用可靠性测

评规范

SpecificationforApplicationReliabilityEvaluationofIGBT

DevicesforFlexibleDCTransmission

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（征求意见稿）

2021-XX-XX发布2021-XX-XX实施

中国电力企业联合发布

T/CECXXXX—XXXX

II

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柔性直流输电用IGBT器件应用可靠性测评规范

1范围

本文件规定了柔性直流输电用IGBT器件应用可靠性的试验项目、试验条件以及测评方法等技术要求。

本文件适用于柔性直流换流阀和高压直流断路器用IGBT器件的生产、检验、交付使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T4023分立器件和集成电路第2部分：整流二极管

GB/T29332半导体器件分立器件第9部分：绝缘栅双极晶体管(IGBTs)

GB/T34118高压直流系统用电压源换流器术语

NB/T42107高压直流断路器

IEC60747-9半导体器件分立器件第9部分：绝缘栅双极晶体管(IGBTs)(Semiconductor

devices–Part9:Discretedevices–Insulated-gatebipolartransistors(IGBTs))

3术语和定义

GB/T4023、GB/T29332、GB/T34118和IEC60747-9界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1IGBT的图形符号

本文件采用如下图形符号：

a)IGBT器件b)IGBT器件（含反并联二极管）c)逆导型IGBT器件

图1图形符号

注1：本文件仅使用N沟道IGBT的图形符号。本文件也适用于P沟道器件，但必须使极性适宜。

注2：本文件试验电路图均使用IGBT器件（含反并联二极管）的图形符号，也适用于其他形式IGBT器件。

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3.2一般术语

3.2.1

逆导型IGBTreverse-conductingIGBT；RC-IGBT

在集电极-发射极承受反向电压时，与正向通态电压相当的电压下传导大电流的单器件结构的IGBT。

3.2.2

压接型IGBT器件presspackIGBTmodule

需要通过施加外部压力才能够正常工作的IGBT器件。器件包括IGBT和其反并联的续流二极管。

3.2.3

器件化多电平变换器modularmultilevelconverter；MMC

每个电压源换流器阀由若干器件化多电平换流器标准组件（由带有两个端子的独立可控电压源以及

直流电容器和直属辅助设备组成的组件）串联组成的多电平换流器。

[GB/T34118-2017，定义6.4]

3.2.4

直流断路器DCcircuitbreaker

能够关合、承载和开断高压直流输电系统中的直流运行电流，并能在规定的时间内关合、承载和开

断异常回路条件（如短路条件）下电流的开关装置。

[NB/T42107-2017，定义3.1]

3.2.5

通态过载电流onstateoverloadcurrent

柔性直流输电系统发生故障时，柔性直流换流阀用IGBT器件流过的电流。

3.2.6

IGBT浪涌电流IGBTsurgecurrent

一种持续时间为毫秒级并具有规定波形的IGBT正向电流脉冲。

3.2.7

二极管多周波浪涌电流diodemulticyclesurgecurrent

一种持续多个工频周期并具有规定波形的二极管正向电流脉冲。

3.2.8

间隔时间intervaltime

两次安全工作区试验或两次浪涌电流试验之间的间隔时间。

4符号和缩略语

GB/T4023、GB/T29332、GB/T34118和IEC60747-9界定的以及下列符号和缩略语适用于本文件。

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4.1符号

名称文字符号

4.1.1电流

通态过载电流IOV

IGBT浪涌电流峰值ISGM

二极管多周波浪涌电流峰值IMSM

4.1.2温度

测试结温Tvj

4.1.3时间

间隔时间Δt

4.1.4其他物理量

测试次数N

压力值FN

4.2缩略语

下列缩略语总是采用不带圆点的大写字母表示。

IGBT：绝缘栅双极晶体管（insulatedgatebipolartransistor)

MMC：器件化多电平换流器（modularmultilevelconverter)

5试验项目

柔性直流换流阀、高压直流断路器用IGBT器件应用可靠性试验项目见表1。

表1柔性直流换流阀、高压直流断路器用IGBT器件应用可靠性试验项目

柔性直流换流阀

长时间双脉冲试验

应用可靠性试验项目重复安全工作区试验

二极管多周波浪涌电流试验

高压直流断路器

应用可靠性试验项目IGBT浪涌电流试验

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6试验

6.1长时间双脉冲试验

6.1.1试验目的

在规定条件下，检验当柔性直流输电系统发生故障时IGBT器件的耐受能力及可靠性。

6.1.2试验电路及试验波形

长时间双脉冲试验电路见图1，长时间双脉冲试验波形见图2。

图1长时间双脉冲试验电路

说明：

tpon1--第一个电流脉冲持续时间；

tpoff--两个电流脉冲的间隔时间；

tpon2--第二个电流脉冲持续时间。

图2长时间双脉冲试验波形

6.1.3规定条件

应规定的条件如下：

a）DUT的结温Tvj（不低于额定条件下稳定运行温度）；

b）电压源电压VCC（典型值0.66VCES）；

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c）通态过载电流IOV（典型值2IC）；

d）第一个电流脉冲持续时间tpon1，第二个电流脉冲持续时间tpon2，两个电流脉冲的间隔时间tpoff；

e）间隔时间Δt（典型值1分钟）；

f）测试次数N（典型值100次）。

注：上述规定值可依据具体工程确定。

6.1.4试验程序

6.1.4.1初测

试验前，应先对被测器件进行外观检查，并按照被测器件数据手册规定条件对被测器件的常温和高

温静态参数进行初测。初测的静态参数包括但不限于表2所列参数。

表2静态参数初测项目

参数名称文字符号

集电极-发射极饱和电压VCEsat

栅极-发射极阈值电压VGE(th)

逆导型IGBT反向导通电压VRC（RC-IGBT）

栅极-发射极短路时，集电极截止电流ICES

集电极-发射极短路时，栅极漏电流IGES

6.1.4.2安装

按照被测器件数据手册推荐的压力或扭矩，将被测器件安装在紧固夹具上，并按照图1试验电路进

行电气连接。

6.1.4.3升温

应在3h内将试验温度升高至规定温度。

注：试验温度下，压接型IGBT器件的机械压力不应超过器件数据手册规定的最大压力值。

6.1.4.4长时间双脉冲试验

长时间双脉冲试验步骤如下：

a）设定电压源VCC、VGG、电流源ICC、DUT结温Tvj为规定值；

b）触发DUT导通，通过电流源ICC与电压源VCC配合，在DUT上得到长时间双脉冲试验规定值；

c）完成1次长时间双脉冲试验；

d）间隔Δt时间；

e）重复步骤a)～d)，循环试验N次。

6.1.4.5降温

应在3h内将被测器件的温度降低至室温，才可以去除被测器件的安装应力。

6.1.4.6复测

试验结束后被测器件应进行电参数复测，测试内容应与初测时一致，且电参数复测应在72h内完成。

6.2重复安全工作区试验

6.2.1试验目的

在规定条件下，检验IGBT器件在安全工作区边界工况下的耐受能力及可靠性。

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6.2.2试验电路及试验波形

重复安全工作区试验电路见图3，重复安全工作区试验波形见图4。

图3重复安全工作区试验电路

图4重复安全工作区试验波形

6.2.3规定条件

应规定的条件如下：

a）DUT的结温Tvj（典型值125℃）；

b）电压源电压VCC；

c）第一次关断前的集电极电流ICM；

d）栅极电压VGG1和VGG2；

e）栅极电阻R1和R2；

f）间隔时间Δt（典型值1分钟）；

g）测试次数N（典型值10000次）。

注：上述规定值可依据具体工程确定。

6.2.4试验程序

6.2.4.1初测

初测应按照6.1.4.1规定进行。

6.2.4.2安装

按照被测器件数据手册推荐的压力或扭矩，将被测器件安装在紧固夹具上，并按照图3试验电路进

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行电气连接。

6.2.4.3升温

应在3h内将试验温度升高至规定温度。

注：试验温度下，压接型IGBT器件的机械压力不应超过器件数据手册规定的最大压力值。

6.2.4.4重复安全工作区试验

重复安全工作区试验步骤如下：

a）设定电压源VCC、VGG1、VGG2、DUT结温Tvj为规定值；

b）触发DUT导通，DUT开通脉冲持续时间必须保证DUT完全饱和，之后DUT关断，在DUT上得到

安全工作区试验规定值；

c）完成1次安全工作区试验；

d）间隔Δt时间；

e）重复步骤a)～d)，循环试验N次。

6.2.4.5降温

应在3h内将被测器件的温度降低至室温，才可以去除被测器件的安装应力。

6.2.4.6复测

试验结束后被测器件应进行电参数复测，测试内容应与初测时一致，且电参数复测应在72h内完成。

6.3二极管多周波浪涌电流试验

6.3.1试验目的

在规定条件下，检验IGBT器件反并联二极管在多周波浪涌电流工况下的耐受能力及可靠性。

6.3.2试验电路及试验波形

二极管多周波浪涌电流试验电路见图5，二极管多周波浪涌电流试验波形见图6。

图5二极管多周波浪涌电流试验电路

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说明：

IMSM1--第一个工频周期电流峰值；

IMSMn--第n个工频周期电流峰值；

tW--多周波浪涌电流持续时间。

图6二极管多周波浪涌电流试验波形

6.3.3规定条件

应规定的条件如下：

a）DUT的结温Tvj（典型值125℃）；

b）电压源电压VCC；

c）栅极电压VGG；

d）栅极电阻R；

e）第一个工频周期电流峰值IMSM1，第n个工频周期电流峰值IMSMn；

f）多周波浪涌电流持续时间tW；

g）电感值L以及电容值C；

h）间隔时间Δt（典型值1分钟）；

i）测试次数N（典型值100次）。

注：上述规定值可依据具体工程确定。

6.3.4试验程序

6.3.4.1初测

试验前，应先对被测器件进行外观检查，并按照被测器件数据手册规定条件对被测器件的常温和高

温静态参数进行初测。初测的静态参数包括但不限于表3所列参数。

表3静态参数初测项目

名称文字符号

正向直流电压VF

逆导型IGBT反向导通电压VRC（RC-IGBT）

栅极-发射极短路时，集电极截止电流ICES

6.3.4.2安装

按照被测器件数据手册推荐的压力或扭矩，将被测器件安装在紧固夹具上，并按照图5试验电路进

行电气连接。

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6.3.4.3升温

应在3h内将试验温度升高至规定温度。

注：试验温度下，压接型IGBT器件的机械压力不应超过器件数据手册规定的最大压力值。

6.3.4.4二极管多周波浪涌电流试验

二极管多周波浪涌电流试验步骤如下：

a）设定电压源VCC、DUT结温Tvj为规定值；

b）闭合开关S1为电容器C充电至规定电压，然后打开开关S1，闭合开关S2，待DUT上达到多周

波浪涌电流试验规定值后打开开关S2；

c）完成1次二极管多周波浪涌电流试验；

d）间隔Δt时间；

e）重复步骤a)～d)，循环试验N次。

6.3.4.5降温

应在3h内将被测器件的温度降低至室温，才可以去除被测器件的安装应力。

6.3.4.6复测

试验结束后被测器件应进行电参数复测，测试内容应与初测时一致，且电参数复测应在72h内完成。

6.4IGBT浪涌电流试验

6.4.1试验目的

在规定条件下，检验IGBT器件在高压直流断路器工况下的浪涌电流关断能力及可靠性。

6.4.2试验电路及试验波形

IGBT浪涌电流试验电路见图7，IGBT浪涌电流试验波形见图8。

图7IGBT浪涌电流试验电路

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说明：

tp--浪涌电流持续时间。

图8IGBT浪涌电流试验波形

6.4.3规定条件

应规定的条件如下：

a）DUT的结温Tvj（典型值50℃）；

b）电压源电压VCC（典型值0.8VCES）；

c）浪涌电流峰值ISGM（典型值5IC）；

d）浪涌电流持续时间tp（典型值3ms）；

e）间隔时间Δt（典型值1分钟）；

f）测试次数N（典型值100次）。

注：上述规定值可依据具体工程确定。

6.4.4试验程序

6.4.4.1初测

初测应按照6.1.4.1规定进行。

6.4.4.2安装

按照被测器件数据手册推荐的压力或扭矩，将被测器件安装在紧固夹具上，并按照图7试验电路进

行电气连接。

6.4.4.3升温

应在3h内将试验温度升高至规定温度。

注：试验温度下，压接型IGBT器件的机械压力不应超过器件手册规定的最大压力值。

6.4.4.4IGBT浪涌电流试验

IGBT浪涌电流试验步骤如下：

a）设定电压源VCC、VGG、ICC、DUT结温Tvj为规定值；

b）触发DUT导通，通过电流源ICC与电压源VCC配合，在DUT上得到IGBT浪涌电流试验规定值；

c）完成1次IGBT浪涌电流试验；

d）间隔Δt时间；

e）重复步骤a)～d)，循环试验N次。

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6.4.4.5降温

应在3h内将被测器件的温度降低至室温，才可以去除被测器件的安装应力。

6.4.4.6复测

试验结束后被测器件应进行电参数复测，测试内容应与初测时一致，且电参数复测应在72h内完成。

7接收判据

上述试验后，在常温和高温下复测被测器件的静态参数，若参数复测值超出表4规定的接收范围，

则应认为该器件未通过试验考核。特定的接收判定标准应当能在相应的文档或器件手册中查询。

表4试验接收判定特性

特性接收判据

ICESICES＜USL且ICES＜2IMV

IGESIGES＜USL

VCEsatVCesat＜1.2IMV且＜USL

0.8IMV＜VGE(th)＜1.2IMV

VGE(th)

且LSL＜VGE(th)＜USL