1200 V～1700 V绝缘栅双极型晶体管驱动器

T/CIXX━202211200V～1700V绝缘栅双极型晶体管驱动器本文件规定了1200V～1700V绝缘栅双极型晶体管驱动器的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、储存。本文件适用于新能源、变频驱动、工业逆变等领域应用的1200V～1700V绝缘栅双极型晶体管驱动器（以下简称“驱动器”）。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/T191包装储运图示标志GB/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验A:低温GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高温GB/T2423.4—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Db交变湿热（12h＋12h循环）GB/T2423.5—2019环境试验第2部分:试验方法试验Ea和导则:冲击GB/T2423.10—2019环境试验第2部分:试验方法试验Fc:振动（正弦）GB/T2423.17—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ka:盐雾GB/T2423.50—2012环境试验第2部分:试验方法试验Cy:恒定湿热主要用于元件的加速试验GB/T2423.56—2018环境试验第2部分:试验方法试验Fh:宽带随机振动和导则GB/T2829—2002周期检验计数抽样程序及表（适用于对过程稳定性的检验）GB/T4937.1半导体器件机械和气候试验方法GB/T4798.3-2007电工电子产品应用环境条件第3部分:有气候防护场所固定使用的要求GB/T7354—2003局部放电测量GB/T15651—1995半导体器件分立器件和集成电路第5部分:光电子器件GB/T17574—1998半导体器件集成电路第2部分:数字集成电路GB/T17626.4—2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T29332半导体器件分立器件第9部分:绝缘栅双极晶体管（IGBT）GB/T29309—2012电工电子产品加速应力试验规程高加速寿命试验导则GB/T39392—2020家用电器专用智能功率模块技术规范IEC61800-5-1:2007（Adjustablespeedelectricalpowerdrivesystems-Part5-1:Safetyrequirements-Electrical,thermalandenergy）SJ3212—1989电子产品运输包装总技术条件T/CIXX━202223术语和定义GB/T29332界定的术语和定义适用于本文件。4缩略语下列缩略语适用于本文件：IGBT：绝缘栅双极型晶体管；PWM：脉冲宽度调制；VCE：绝缘栅双极型晶体管集电极和发射极之间的电压；LCR：测试电感、电阻、电容的数字电桥。5基本参数驱动器的基本参数应符合表1的要求。表1基本参数8888——工作温度：-40℃~85℃;——相对湿度：5%RH～95%RH，无凝露。6技术要求6.1外观及装配6.1.1外观外观应整洁、色泽均匀，无伤痕、划痕、锋棱、毛刺等缺陷；文字和标志应清晰、准确。6.1.2装配元器件不应松动、形变、相碰。6.2电气特征6.2.1电源输入电流应符合表2的要求。表2输入电源3>0.150.55>0.150.55>0.162>0.1626.2.2电源监测应符合表3的要求。表3电源监测6.2.3输入输出应符合表4的要求。表4输入输出特征/>136/>136>611.5>611.5>12>36>12>365>00.75>00.7//T/CIXX━20224////6.2.4短路保护应符合表5的要求。表5短路保护6.2.5时间特征6.2.5.1开通延时从原边输入的PWM信号上升沿传输到副边门极驱动上升沿所需的时间应小于1000ns。6.2.5.2关断延时从原边输入的PWM信号下降沿传输到副边门极驱动下降沿所需的时间应小于1000ns。6.2.5.3上升时间从门极关断电压的10%至门极开通电压（+15V)的90%的时间量应小于15ns（门极无容性负载）。门极驱动电压符合表6的要求。表6上升时间6.2.5.4下降时间从门极驱动电压（+15V）的90%至门极关断电压的10%时间量应小于150ns（门极无容性负载）。门极关断电压符合表7的要求。表7下降时间6.2.5.5故障保持时间发生故障以后，故障状态输出信号保持时间至少维持30us。T/CIXX━202256.2.6输出特性应符合表8的要求。6.2.7电气绝缘应符合IEC61800-5-1-2007中海拔4km以下，污染等级2的绝缘要求。6.2.8局部放电应符合GB/T7354-2003要求,要求局部放电电荷小于10pC。6.3功能6.3.1有源钳位驱动器应具备有源钳位，当出现过载或者负载侧短路，影响驱动器正常工作时，驱动器可自动实现保护；当故障排除后，驱动器应能恢复工作。6.3.2分级开通驱动器应具备分级开通功能，当驱动损耗过高或者反向恢复电流过高，驱动可以开启分级开通，减少开通时刻VCE电压拖尾以减少损耗的同时，减小了开通延时，缩短开通过程。6.3.3分级关断驱动器应具备分级关断功能，当出现关断尖峰过高，超过要求电压时，驱动可以开启分级关断，通过程序来控制IGBT关断过程来降低关断尖峰。6.3.4窄脉冲抑制驱动器实时监测PWM脉宽和频率,当存在脉冲异常时，应能自动上报故障。6.3.5温度采样驱动器应能将温度信号转换为频率信号，并同时通过隔离器件将频率信号告知上位机。6.3.6故障编码返回出现故障时，驱动器能将故障类别以及故障发生的时序，通过编码的方式，告知上位机。6.3.7光纤告知信号光纤版本驱动器应配置光纤口应答功能，当正常工作时，每收到一个PWM指令，光纤应有相应的应答；当检测到故障，光纤应将故障信号通知上位机。6.4环境性能要求按照6.13规定试验后，IGBT驱动器应能正常工作。6.4.1工作温度范围IGBT驱动器的工作温度范围，应满足-40℃~105℃。6.4.2存储温度范围6IGBT驱动器的存储温度范围，应满足-50℃~125℃。6.4.3工作和存储相对湿度要求IGBT驱动器的工作和存储相对湿度应满足在5%～95%RH的条件下，无凝露。6.4.4机械应力要求IGBT驱动器应能适应工作环境和运输环境的振动和冲击应力，按6.XXX试验后IGBT驱动器应能正常工作，无外观损伤。6.4.5耐久性要求按照6.XXX试验，IGBT应能正常持续工作1000小时。6.5电磁兼容6.5.1静电放电抗扰度按照6.5.4.1试验后，IGBT驱动器应能正常工作。6.5.2快速瞬变脉冲群按照6.5.4.2试验，IGBT驱动器应能在试验中和试验后正常工作，无功能性能下降。6.5.3浪涌抗扰度按照6.5.4.3试验后，IGBT驱动器应能正常工作。6.5.4射频电磁场辐射抗扰度按照6.5.4.4试验，IGBT驱动器应能在试验中和试验后正常工作，无功能性能下降。6.5.5射频场感应传导抗扰度按照6.5.4.5试验，IGBT驱动器应能在试验中和试验后正常工作，无功能性能下降。6.5.6工频磁场抗扰度按照6.5.4.6试验，IGBT驱动器应能在试验中和试验后正常工作，无功能性能下降。6.5.7脉冲磁场抗扰度按照6.5.4.7试验，IGBT驱动器应能在试验中和试验后正常工作，无功能性能下降。7试验方法7.1试验环境条件除另有规定外，应在如下的环境条件下进行试验：a)环境温度:15℃~35℃;b)相对湿度:45%RH～75%RH；c)气压:86kPa～106kPa。T/CIXX━202277.2试验前准备a)按图1搭建试验电路；b)给驱动器供电，并接上PWM信号输入。IGBT模块开通时，门极电压应为+15V，IGBT模块关断时，门极电压应为-15V；c)驱动动安装在模块上。图1动器测试基本原理图（DUT）被测驱动器图7.3基本参数7.3.1额定电压测试按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)将数字存储示波器电压探头连接至功率电路的输出端；d)驱动器端输入PWM信号；e)观察驱动器是否正常工作。7.3.2故障接口灌电流测试按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)输入PWM信号，并使驱动器进入故障状态；d)使用交直流电流测量系统测试故障接口灌电流。7.3.3门极峰值电流测试按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)输入PWM信号，并使驱动器正常运行；e)使用交直流电流测量系统测试测试门极脉冲上升和下降沿时短路线上的最大电流。7.3.4工作耐压测试8按以下步骤进行：a)分别短路成品变压器原边、副边引脚，光耦原边、副边引脚；b)用耐压测试仪测其最小电气间隙处耐压；c)测试仪漏电流超标准为不合格。7.4电源试验7.4.1电源静态电流试验按GB/T17574—1998第IV篇第2节4的规定，并按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压和输入信号调整到规定值；c)测量相应的电源电流。7.4.2电源电流试验按GB/T17574—1998第IV篇第3节1的规定，并按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压、输入信号和其他输入条件应调整到规定值；c)在测试频率范围内测试电源电流。7.4.3耦合电容试验按GB/T15651—1995第IV章3.2的规定，并按以下步骤进行：a)将驱动器的原边接口的各端及副边接口的各端分别连接在一起；b)使用LCR电桥在1MHz频率（除非另有规定）测试驱动器原边接口与副边接口之间的电容。7.4.4电磁兼容性试验7.4.4.1静电放电抗扰度应按照GB/T17626.2-2018的试验等级4进行试验。7.4.4.2电快速瞬变脉冲群抗扰度试验应按照GB/T17626.4-2008的试验等级4进行试验。试验过程驱动器正常工作，未出现误开通和误关断的现象，无异常故障触发和上报。7.4.4.3浪涌抗扰度应按照GB/T17626.5-2008的试验等级4进行试验。7.4.4.4射频电磁场辐射抗扰度应按照GB/T17626.3-2008的试验等级3进行试验。试验过程驱动器正常工作，未出现误开通和误关断的现象，无异常故障触发和上报。7.4.4.5射频场感应传导抗扰度应按照GB/T17626.6-2008的试验等级3进行试验。试验过程驱动器正常工作，未出现误开通和误关断的现象，无异常故障触发和上报。97.4.4.6工频磁场抗扰度应按照GB/T17626.8-2006的试验等级3进行试验。试验过程驱动器正常工作，未出现误开通和误关断的现象，无异常故障触发和上报。7.4.4.7脉冲磁场抗扰度应按照GB/T17626.9-2011的试验等级4进行试验。试验过程驱动器正常工作，未出现误开通和误关断的现象，无异常故障触发和上报。7.5电源监测试验按GB/T39392—2020中6.4.6的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压调整到规定值；c)设定驱动器的驱动信号为给定的PWM的切换频率；d)按步长0.1V逐渐降低电源电压，观察对应驱动信号的输出；e)当输出不出现脉冲波形时，记录此时的电源电压，即欠压保护动作电压。7.6输入输出逻辑试验7.6.1输入阻抗试验按GB/T17574—1998第IV篇第2节2的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压和输入电压调整到规定值并给输出端施加适当的条件；c)适用时，给PWM信号端口施加建立规定逻辑状态所需的输入脉冲；d)测量PWM输入端口的电流I和电压V；e)根据R=V/I计算得到PWM输入端口对地电阻R；f)也可通过断开驱动输入输出接线，用万用表直接测PWM端口对地电阻。7.6.2开通阈值及关断阈值试验按GB/T17574—1998第IV篇第2节5的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压调整到规定值；c)驱动板电源正常供电，用可调电源输出电压调为0V，并将其接入PWM信号输入端；d)分别将驱动器的输入信号PWM和输出信号VGE接到数字存储示波器的通道上；e)缓慢调高驱动器的输入信号PWM的电压，当输出信号VGE正好转至相反电平时，测试输入信号PWM的电压，即驱动器的开通阈值；f)缓慢降低驱动器的输入信号PWM的电压，当输出信号VGE正好转至相反电平时，测试输入信号PWM的电压，即驱动器的关断阈值。7.6.3Sox输出电位试验按GB/T17574—1998第IV篇第2节1的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压和输入电压调整到规定值并给输出端Sox施加适当的条件；c)驱动板正常供电，外部为驱动输入端提供PWM信号，使其正常运行；d)用数字存储示波器电压探头观察Sox输出电压；e)驱动板正常供电，外部为驱动输入端提供PWM信号，使其进入故障状态；f)用数字存储示波器电压探头观察Sox输出电压。7.7时间特性试验按GB/T17574—1998第IV篇第3节4.2的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压和输入电压调整到规定值并给输出端施加适当的条件；c)分别将驱动器的输入信号PWM和输出信号VGE接到数字存储示波器的通道上；d)给驱动器输入PWM信号，在示波器显示的波形图上测试传输时间。7.8故障时间试验按GB/T39392—2020中6.4.10的规定，按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)电源电压调整到规定值；c)将故障输出接口接到示波器上；d)依据规格书的要求，对试验样品的短路保护功能脚给一个超过保护动作的电压基准；e)对该功能测量，故障信号端的信号由高跳低时的维持时间即为故障时间。7.9输出特性试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)给驱动器输入信号；d)使用数字存储示波器查看并测量绝缘栅双极型晶体管的门极电压。7.10电气绝缘试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)断开试验电路中的电源；c)标记印制电路板中的测试点，具体包括原边与副边、铜皮、原边元器件、副边元器件等；d)确定印制电路板电气间隙和爬电距离的测试路径，具体包括副边与副边之间的走线、原边与原边之间的走线、跨越原副边的元器件等；e)使用爬电距离测试卡测试所确定测试路径的爬电距离；f)使用游标卡尺测试所确定测试路径的电气间隙；g)上述步骤，重复3次并计算平均值；h)将计算结果与相关国家标准要求对比，得出结论，要求满足IEC61800-5-1-2007，满足海拔2km以下,污染等级2的基本绝缘要求。7.11局部放电试验按GB/T7354-2003要求试验，,要求局部放电电荷小于10pC，试验后驱动器工作正常，无损坏。7.12功能试验7.12.1有源钳位试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)用探头测动态有源钳位IGBT门极信号；d)驱动器上电并发脉冲；e)记录门极波形和动态有源钳位IGBT门极波形。7.12.2分级开通与分级关断试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)记录PWM信号输入到门极信号之间延时。7.12.3脉冲异常试验实时监测PWM的频率，当连续若干个上升沿的时间间隔短于某个预设值后，查看是否报故障。7.12.4故障编码返回试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)列出故障编码说明如图2；d)依次模拟驱动故障；e)驱动报故障后，测故障口输出，故障编码是否正确。图2故障编码7.12.5故障光纤告知信号试验按以下步骤进行：a)按图1接好试验电路；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)使试验电路进入正常运行状态；d)查看并记录故障返回光纤接口状态，默认为无光信号输出；T/CIXX━2022e)使试验电路分别进入欠压、短路状态；f)查看并记录故障返回光纤接口状态，默认为有光信号输出。7.12.6温度采样试验按以下步骤进行：a)将试验电路置于20℃室温环境中；b)调节直流输入电压为驱动器的输入典型值；c)驱动板NTC处接电阻箱；d)按式（1）计算，列出-40℃~100℃（步长5℃)温度对应的电阻值，调整电阻箱电阻值，测对应的输出量。e)将测试结果记录并与理论值进行对比，要求测量误差小于2℃。7.13环境性能试验7.13.1低温试验7.13.1.1低温存储试验（IGBT驱动器技术条件另有规定除外），试验时间推荐值为：2h、16h、72h、96h。具体试验时间需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.1.2低温工作试验按GB/T2423.1—2008中“试验Ae”的要求进行试验，产品无包装，施加电源和驱动输入信号，试验温度为（-40±3）℃（IGBT驱动器技术条件另有规定除外），试验时间推荐值为：2h、16h、72h、96h。具体试验时间需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.2高温试验7.13.2.1高温存储试验（IGBT驱动器技术条件另有规定除外），试验时间推荐值为：2h、16h、72h、96h、168h、500h、1000h。具体试验时间需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.2.2高温工作试验按GB/T2423.2—2008中“试验Be”的要求进行试验，产品无包装，施加电源和驱动输入信号，试验温度为（70±3）℃（IGBT驱动器技术条件另有规定除外试验时间推荐值为：2h、16h、72h、96h、168h、500h、1000h。具体试验时间需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.3恒定湿热试验T/CIXX━2022按GB/T2423.50—2012中“试验Cy”的要求进行试验，产品无包装，施加电源和驱动输入信号，温度为（85±5）℃、相对湿度为（85±5）%RH（IGBT驱动器技术条件另有规定除外），试验时间推荐值为：168h、504h、1000h、2000h。具体试验时间需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.4交变湿热试验按照GB/T2423.4电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db交变湿热进行本项测试，把无包装试品稳定放置于试验箱中托架上，要求样品周围容积至少为样品体积的5倍，测试温度25℃±2℃,高温25℃±2℃,测试湿度（95±3）%RH，测试2个循环48H。测试结束后，试品留在试验箱中恢复，在0.5h内将相对湿度降到73%～77%，然后再0.5h内将温度调节到试验室的温度，且温度容差为±1K。实验完毕驱动可正常使用，绝缘耐压测试正常漏电流无变化。7.13.5振动冲击试验7.13.5.1正玹振动按GB/T2423.10—2019“试验Fc”的要求进行试验，产品无包装，不通电，频率为10Hz～1000Hz，振幅为0.75mm，加速度为10m/s2，X、Y、Z三个方向各20个循环（IGBT驱动器技术条件另有规定除外）。试验后弯管无破损，无机械损伤，驱动器不因振动出现失效，试验结果应符合相关性能指标的要求。具体试验参照标准需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.6随机振动按GB/T2423.56-2019”试验Fh”的要求进行试验，产品无包装，不通电，X、Y、Z三个方向各8h，加速度均方根（r.m.s）值应为33.8m/s2IGBT驱动器技术条件另有规定除外）。功率谱密度如下：试验后外观无破损，无机械损伤，驱动器不因振动出现失效，试验结果应符合相关性能指标的要求。具体试验参照标准需客户根据实际应用与供应商进行确定，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.7机械冲击车载：按GB/T2423.5-2019”试验Ea”的要求进行试验，产品无包装，不通电。试验参数冲击波形：半正弦波参数要求：5g，30ms冲击方向：±X、±Y、±Z6个方向冲击次数：每个方向3次（IGBT驱动器技术条件另有规定除外）。试验后外观无破损，无机械损伤，试验结果应符合相关性能指标的要求。7.13.8盐雾试验T/CIXX━2022根据GB/T2423.17电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾的要求进行，本项测试在盐溶液溶度5±1）%质量比，pH值：6.5～7.2（25℃时盐雾沉降量：1～2ml/80cm2/h，相对湿度：90%-95%RH，试验温度40±2）℃,样品放置与垂直面成约15～30度，试验周期：16h、24h、48h、96h、168h、336h、672h。实验完毕不能产生可见腐蚀，驱动可正常使用，绝缘耐压测试正常漏电流无变化。7.13.9气体腐蚀（硫化）试验根据GB/T4798.3-2007电工电子产品应用环境条件第3部分：有气候防护场所固定使用的要求进行，本项测试在不带电条件下进行，湿度76%～95%，温度50±2℃,二氧化硫3.7cm³/m³,硫化氢3.6cm³/m³,氯气1cm³/m³,氯化氢3.3cm³/m³,氟化氢0.36cm³/m³,氨气42cm³/m³,试验周期168小时。外接端子无明显腐蚀，试验后功能测试正常，绝缘耐压测试正常漏电流无变化。7.13.10温度循环筛选试验按GJB1032—1990的要求进行缺陷剔除试验。产品在升温和高温保持阶段，试验产品应通电，在降温及低温保持阶段应断电。从室温到高温或低温的转换时间为30min，高低温间的转换时间为1h，高低温保持时间为1h，单个循环时间4h，温度循环为10次，相应时长为40h。试验过程中监测产品符合相关性能指标要求，试验结束后在标准大气条件下检测，产品应符合相关性能指标的要求。7.13.11高加速寿命试验按GB/T29309—2012的要求进行试验，通过强化应力的激发作用，能快速确定试验样品的应力极限