器件应力降额总规范(艾默生)

器件应力降额总规范

艾默生网络能源有限公司

修订信息表

版本修订人修订时间修订内容

V2.0刘海涛、刘善中、王2002-11-301、产品保修期等级及I、n工作区定义；

树明、姚天宝、凌太2、器件应力考核点定义及考核系数调整；

华、朱勇、杨爱泉、3、增加,器件考核点的测试或计算”说明；

朱吉新、胡全年、胡4、器件应力降额查检表修改和调整；

楠、黎晓东、艾项5、增加器件关键用法查检；

德、王文建、陈宪6、增加杳检器件种类；

涛、陈亚秋、罗眉、

易序馥

V2.1刘海涛、刘善中、王2005-10-301、新增"产品额定工作点"定义；

树明、姚天宝、朱2、对7类器件在产品额定工作点下的关键应

勇、杨爱泉、朱吉力降额系数进行了规定，这些器件包括：

新、胡全年、胡楠、MOSFET、IGBT、晶闸管、整流桥、功率二极

王文建、陈宪涛、陈管、三极管、铝电解电容器；

亚秋、罗眉、易序馥3、除上述器件外，也对部分其它器件,如IC

器件、锂电解、保险管等的kII区降额系数根

据实际使用情况作了适当的修订；

4、在保险管规范中,新增了"半导体保护用熔

断器''降额规定；

5、对应降额规范的修订，上述器件的"器件工

作应力与降额查检表"作了相应的调整。

目录

前言.....................................................................................4

1目的....................................................................................5

2适用范围...............................................................................5

3关键词.................................................................................6

4引用/参考标准或资料...................................................................6

5规范内容...............................................................................6

5.0产品保修期等级、产品I、HJL作区、产品额定_1_作点定义.............................7

5.1功率MOSFET降硼范.............................................................9

5.2IGBT降额规范.....................................................................19

5.3晶闸管降额规范...................................................................25

5.4整流桥降额规范...................................................................31

5.5功率二极管降额规范..............................................................36

5.6信号二极管降额规范..............................................................42

5.7稳压二极管降额规范..............................................................46

5.8TVS器件降额规范.................................................................50

5.9发光二极管、数码管降额规范.....................................................57

5.10三极管降额规范.................................................................60

5.11百口等额规范....................................................................67

参考材料

5.12脉宽调制器降额规范.............................................................71

5.13数字集成电路降额规范...........................................................76

5.14运放比较器降额规范.............................................................79

5.15电压调整器类降额规范...........................................................81

5.16二次电源模块(BMP)降额规范......................................................85

5.17液晶显示模块降额规范...........................................................89

5.18晶体谐振器降额规范..............................................................93

5.19晶体振荡器降额规范..............................................................96

5.20非固体铝电解电容降额规范......................................................100

5.21固体锂电解电容器降额规范......................................................114

5.22薄膜电容器降额规范............................................................119

5.23陶瓷电容器降额规范............................................................123

5.24固定金膜、厚膜、网络、线绕电阻器降额规范.....................................126

5.25电位器降额规范.................................................................131

5.26陶瓷NTC热敏电阻器降额规范...................................................134

5.27高分子PTC热敏电阻器降额规范.................................................137

5.28电磁元件降额规范...............................................................140

5.29霍尔传感器降额规范............................................................144

5.30温度继电器降额规范............................................................147

参考材料

5.31电磁继电器降额规范............................................................150

5.32接触器降额规范.................................................................158

5.33断路器降额规范.................................................................162

5.34隔离器、刀开关和熔断器组合电器降额规范.......................................165

5.35电源小开关降额规范............................................................168

5.36信号小开关降额规范............................................................171

5.37保险管降额规范.................................................................174

5.38电连接器降额规范...............................................................178

5.39风扇降额规范...................................................................181

5.40蜂鸣器降额规范.................................................................184

5.41压敏电阻降额规范...............................................................187

6附录.................................................................................192

6.1低压电器有关降额要求说明.......................................................192

6.2偏离降额的处理流程.............................................................195

6.3器件工作应力与降额查检表（V2.1）填写使用说明..................................149

参考材料

••・•・

刖后

本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于本公司的产品设计开发及相关活

动。本规范为《器件应力降额总规范》V2.1版，该版本自发布之日起,其前一版本（V2.0版）作

废；

《器件应力降额总规范》V2.1版主要对V2.0版的以下内容进行了修改：

1、在V2.0版规范kII工作区定义的基础上，增加了产品"额定工作点”的定义，使规范更

全面地覆盖产品应用实际情况；

2、对7类器件在产品额定工作点下的关键应力降额系数进行了规定，这些器件包括：

MOSFET、IGBT、晶闸管、整流桥、功率二极管、三极管、铝电解电容器；

3、上述器件和部分其它器件（如锂电解、保险管等）的I、n区降额系数根据实际使用情

参考材料

况作了适当的修订，兼顾可靠性与成本，使之更趋合理；

4、在保险管规范中，增加了"半导体保护用熔断器”降额规定；

5、对应降额规范的修订，上述器件的"器件工作应力与降额查检表"作了相应的调整。

本规范由本公司各产品设计开发部门遵照执行；

本规范拟制部门：中试物料品质试验部；

本规范拟制人：刘海涛、刘善中、王树明、姚天宝、朱勇、杨爱泉、朱吉新、胡全年、胡

楠、王文建、陈宪涛、陈亚秋、罗眉、易序馥、凌太华、艾相德、黎晓东

本规范批准人：研发管理办；返回目录

1目的

《器件应力降额总规范》是本公司产品可靠性设计所必须依据的重要的基础规范之一，通过

对器件应力（电应力、热应力）的降额标准的规定和在产品中的实际应用，从而达到降低器件失

效率、提高器件使用寿命、增强对供方来料质量的适应性，以及对产品设计容差的适应性，进而

最终达到提高产品可靠性水平的目的。适当的器件应力降额不仅可以提高产品的可靠性，同时还

有助于使产品寿命周期费用最｛氐,返回目录

2适用范围

本规范适用于艾默生网络能源有限公司所有新产品的设计、开发，以及在产产品的优化。

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3关键词

降额，冗余设计,可靠性,额定工作点；Derating,DesignMargin,Reliablity,RatedPoint;

4引用/参考标准或资料

《华为电气器件降额规范》V2.0;

(GJB/Z35-93元器件降额准则》；

《军用电子元器件应用可靠性》；

《元器件生产厂家技术资料和手册》；返回目录

5规范内容

参考材料

5.0产品保修期等级、产品I.II工作区、产品额定工作

点定义

5.0.1产品保修期等级的定义

A级：保修期为2~3年。

B级：保修期为1~2年,

502关于I、II工作区、产品额定工作点的定义

产品I工作区：

当电源类产品在正常工作时，应满足产品手册规定的如下条件：

(a)按产品手册规定进行装配。

(b)输出电压在产品手册规定变化范围内，输出功率在额定最小值到最大值间。

(c)输入在产品手册规定的电压和频率范围内。

(d)各种环境条件如温度和湿度等，在产品手册规定的范围内;

下图为电源的输入输出示意图，图中的阴影部分，即为电源的“稳态”工作区(包含极限工作条

件)，我们将该区称之为电源的I工作区。电源在此区域任何点要求能够长时间工作，因此在此区

参考材料

域下，器件的降额使用要求也匕匕较严格。（可以这样理解I区里面的任何点对应的均是器件可

能遭受到的长时间工作的点。）

输出电压（V/VD）

在I区中，针对某项应力（如电压）来说，存在某一点（区域），在该点（区域）上器件所承

受的此项应力最大，我们将此点（区域）的情况称为该项应力的II作区最坏情况。

产品额定工作点：

是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入电压、负载、工

作环境温度等）°

若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大值代替.

产品额定工作点属于产品的I工作区,产品额定工作点基本上代表了产品在市场上的典型运行

情况，因此在产品额定工作点下，对于某些器件来讲，为了保证其低失效率，在该点下的降额比"I

工作区最坏情况”的降额要求更加严格。

产品n工作区：

如图中阴影之外的部分均表示电源工作在n工作区（"暂态”工作区），II工作区是产品短时间

过渡工作的区域，例如开机启动、输入欠压、OCP过流保护、OVP过压保护、电源负载跳变（如空

载到满载，空载到短路，半载到满载等等）、输入跳变等。

参考材料

电源风扇停转之后，如有器件仍在工作，则也必须对器件应力考核点加以考虑测试（尤其是

发热元件可能出现的最高温度）,该情况亦规定为电源工作在II区。

（可以这样理解：II区虽然是电源工作时也将碰到的情况，但n区里面的点对应的则是器件短

暂时间工作的点“）

同样在II区中，针对某项应力来说，器件可能遭受到的最坏情况我们称为该项应力的u工作区

最坏情况。

由于电源工作在II区的时间一般来说很短，因此在此情况下器件的降额百分比不如I区严

格。但必须注意，实际情况中n区的器件应力往往比I区大得多，如果实际设计时疏忽了此区域

的降额，则很有可能导致损坏（例如在开机、输出短路等情况下的损坏，等等）。

n工作区最坏情况代表器件在n区最恶劣的情况，它往往是多种条件的组合，例如功率管最高

的结温可能发生在"最｛氐压输入；最高工作环境温度；满载输出到短路的瞬间"等多种条件组合。因

此在实际的测试过程中这种最恶劣的点往往需要依靠我们耐心地寻找以及依靠经验的积累.

另：在具体的设计应用时,器件的应力应该满足本规范所规定的降额百分比,若因某些特殊

原因超过降额规定时，则必须严格按照本降额总规范中第43节的《偏离降额的处理流程》来进行操

作。

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5.1功率MOSFET降额规范

器件应力考核点：漏源电压Vds,栅源电压Vgs,漏极电流Id;结温Tj

5.1.1产品保修期等级及产品I、n工作区、产品额定工作点简要说明

参考材料

产品保修期等级：分为A、B两个等级，A级指保修期为2〜3年，B级指保修期为1〜2年。

I、II工作区：产品的I工作区指产品"正常”工作区域，即产品手册所规定的输入崎出（环境温

度/电压/电流/功率等）所允许变化的区域，是器件长期工作的区域。该区中的存在某一点（或区

域），对应器件某项参数的最大应力，称为I区该项应力的最坏情况；H工作区指产品“异常”工作区

域，即在开/关机、输入过/欠压保护、输出过压/过流保护、输入/负载跳变、风扇故障停转等"异

常”工作情况器件短时间工作区域。在该区域中的某一点对应器件某项参数的最大应力，称为口区该

项应力最坏情况。

产品额定工作点是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入

电压、负载、工作环境温度等）。若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大

值代替。

详细情况可以参见本降额总规范第5.0节《产品保修期等级与产品I、n工作区、产品额定工作点

的定义九

5.1.2器件应力限制

5.1.2.1漏源电压Vds（平台电压和尖峰电压）

在最坏的情况下，漏源电压Vds的平台电压部分必须满足下表：

应力考核点产品工作区域器件规格B级产品A级产品

额定值小于等于<83%额定击穿电压<75%额定击穿电

产品额定工作500V的MOSFET压

Vds平台电压

点额定值大于500V的<75%额定击穿电压<70%额定击穿电

MOSFET压

参考材料

额定值小于等于<93%额定击穿电压<85%额定击穿电

I工作区最坏情500V的MOSFET压

况注1额定值大于500V的<85%额定击穿电压<80%额定击穿电

MOSFET压

在最坏的情况下，漏源电压的尖峰电压高度必须满足下表:

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

产品额定工作点注1<95%额定击穿电压<90%额定击穿电压

Vds尖峰电压I工作区最坏情况注2<100%额定击穿电压<95%额定击穿电压

II工作区最坏情况注2满足《功率MOSFET雪崩降额规定》注2

注1:对于额定工作点和I工作区，电压尖峰底部的时间宽度必须小于工作周期的1/50,当不满

足此条件时，那么对于尖峰中大于工作周期1/50宽度的部分必须按平台降额的要求进行考核。对

于n工作区（瞬态情况）电压尖峰宽度不作此要求，只要求电压最大值（不论平台和尖峰）不超过

额定电压即可。

注2：对于n工作区（瞬态情况），对于当电压尖峰超过额定击穿电压时，可以参照本节附录

《功率MOSFET雪崩降额规定》处理，如果满足该规范,就不再通过《偏离降额的处理流程》进行处

理。

5.1.2.2栅源电压Vgs

在最坏的情况下，栅源电压Vgs（包含负栅源负偏压）必须满足下表：

参考材料

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

I工作区最坏情况<85%额定击穿电压

栅源电压Vgs（含产品额定工作点）

II工作区最坏情况<100%额定击穿电压

在保证Vgs降额的同时，还应尽量避免栅极电压波形出现振荡和毛刺，如果设计中无法避免

时，必须仔细检查这种振荡和毛刺是否会引起MOSFET误导通（通过对比检查Vds和Id波形）。

另外，要求采取相应的措施，保证开机时栅极电位没有"悬浮起来不为零（例如，在GS间

并联一个10K。以上的电阻可以有效防止栅极电位因静电等原因而悬浮。）

5.1.23结温Tj

在最坏的情况下，MOSFET最高结温Tj必须满足下表:

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

产品额定工作点<80%最高允许结温<70%最高允许结温

取导।稳态结温

I工作区最坏情况<85%最高允许结温<75%最局允许结温

最高瞬态结温II工作区最坏情况<95%最高允许结温

注：I区中最高稳态结温Tj通常发生在最高环境温度和最大负载条件下。II区中最高瞬态结温日

通常发生在开机、短路瞬时大电流尖峰等异常情况下。

5.1.2.4漏极电流Id

在最坏的情况下，漏极电流Id必须满足下表：

参考材料

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

<70%相应壳温下的额定<60%相应壳温下的额定

产品额定工作点

漏极电流均方根电流值电流值

有效值<80%相应壳温下的额定<70%相应壳温下的额定

I工作区最坏情况

电流值电流值

漏极瞬态电流最

II工作区最坏情况<70%额定峰值电流1dm

大值

注：随着壳温升高，MOSFET的额定电流将下降，厂家资料通常给出了Tc=25（下的额定电

流值以及额定电流Id~Tc的变化关系曲线。

5.13降额考核点的测试或估算

5.1.3.1漏源电压Vds

在实际测量时，可以采月100MHz存贮示波器测试结果作为是否超出降额规定的判定数据。

但需要注意的是，必须要尽其所能地寻找到真正最坏的应力条件。例如，在"正常”的I工作区

中,最高Vds平台电压，通常出现在输入电压最高或其他条件组合的时候。在"异常"工作区II中，最

恶劣的Vds尖峰电压，可能发生在短路瞬间，也可能发生在开机瞬间，或者发生在负载跳变等其他

时刻。

5.1.3.2栅源电压的测量

同上可以采用100MHz存贮示波器的测试结果作为判定数据。

参考材料

5.13.3器件壳温Tc的测量与结温Tj的估算

可以采用点温计测试器件的壳温，要注意必须测试该器件在最坏情况下的壳温。例如当整机

工作在最高的环境温度下，同时又处于满载输出、整机机韩封时，该器件的壳温可能为最高。

壳温测试点原则上必须是器件本身壳体的散热片上对应内部芯片中部的点，在实际测试过程

中如果器件散热片紧贴外部散热器而无法进行测试时，也可以测试器件壳体上离散热片最近点的

温度来近似作为器件壳温。

如果器件本身外部壳体无散热片，则以器件外部壳体上最热点作为器件的壳温。

结温的估算公式为：Tj=Tc+P*Rthjc（P为MOSFET的功耗，Rthjc为MOSFET结到壳的

热阻。）

5.1.3.4漏极电流的测量

采用电流枪串入电路中进行直接测试。必要时可以加长电路引线以保证电流枪的串入，但引

线应该尽可能地短。

在某些情况下，为了方便，也可以测试MOSFET附近回路元件的应力参数（如电流互感器、

电流取样电阻等），来近似计算流过MOSFET的漏极电流。

5.1.4器件应力降额检查表及详细填写要求

见下面所附文件：

e

01功率msmI作

应力。降稳自不去

参考材料

5.1.5附录:

《功率MOSFET雪崩降额规定》

1.目的

因为当MOSFET的D、S端被电压尖峰雪崩击穿后，MOSFET有可能不受到损坏。本规范的目

的在于：规定我司产品中MOSFET可以被雪崩击穿程度的界限,以便于产品测试过程中进行操作控

制。

2.适用范围

适用于公司内所有电源产品。

3.引用/参考标准或资料

《电力半导体器件应用指南》——IR（西安电子技术研究所编译）

《HEXFETUI:ANEWGenerationofPowerMOSFETs-------International

RectifierApplicationNoteAN966）

<CoolMOS-theultimatepowerMOSFET>-.......Infineon

《IR、IXYS、FSC.Toshiba.ST等厂家产品手册》

《产品保修期等级与I、II工作区、额定工作点的定义》-----Avansys:《元器件降额规

范》

4.内容

参考材料

4.1MOSFET在产品额定工作点以及产品I工作区的雪崩降额：

在该种情况下，不允许MOSFET出现雪崩击穿状态。即在产品上不允许出现MOSFET长

期的、周期性的电压尖峰超过器件额定电压值的使用情况，

4.2MOSFET在产品II工作区的雪崩降额：

由于在II工作区都是一种时间很短的状态（如开关机；输入、负载跳变等），产品实际运

行发生该情况的几率很小，同时即使发生了，时间也非常短暂，加上器件本身具有一定的耐雪崩

能力，因此，在该情况，可以允许MOSFET发生一定的电压尖峰超标（雪崩击穿），但必须满

足下列条件：

4.2.1除二次电源外其他电源产品的MOSFET在H工作区的雪崩降额：

一旦MOSFET发生电压尖峰超标（雪崩击穿），则必须要求实际计算雪崩能量（l/2x击穿

电压x雪崩电流x雪崩时间）小于厂家器件资料对应温度下的雪崩额定值参数，同时必须进行以

下实验，即在48小时内，在模块可能出现的最坏工作条件下（如模块最高工作温度、电压最

高、尖峰宽度最大等情况），不少于2Pcs样机的MOSFET承受6000次以上的相同的雪崩击穿

冲击（例如负载跳变冲击），各样机仍然符合测试要求，各MOSFET仍然保持完好.达到此条

件，方可认为合格。

4.2.2二次电源产品MOSFET在II工作区的雪崩降额：

因为目前我司的二次电源在工作时，其输入电压比较稳定，同时依据目前市场上二次模块

的实际运行情况，适当放宽二次电源模块II工作区下的雪崩降额。

⑴当产品在II工作区MOSFET电压尖峰超标（雪崩击穿），同时又满足下列条件时，可

参考材料

以直接通过.

♦在这种超标虽然发生在产品规定输入电压范围内，但不能发生在标准输入Vin±10%以

内。例如，当输入电压为53V±10%以内时，不允许发生雪崩击穿。

♦发生电压尖峰超标（雪崩击穿）时，MOSFET的器件外壳最热点温度不能超过105。＜：（包

含可能出现的最恶劣条件）。

♦发生电压尖峰超标（雪崩击穿）时，MOSFET电压尖峰对应的起始雪崩电流不能超过器

件额定值IDO

♦超过Vds额定值部分其波头的最大宽度不能超过100nSo

♦如果在该短暂时间内有连续多个波头Vds超标，则波头数目不能超过30个。

（2）当产品在II工作区MOSFET电压尖峰超标（雪崩击穿）不满足⑴中的各条件时，则必

须要求实际计算雪崩能量（l/2x击穿电压x雪崩电流x雪崩时间）小于厂家器件资料对应温度下

的雪崩额定值参数，同时必须在24小时内，在模块可能出现的最坏工作条件下（如模块最高工

作温度、电压最高、尖峰宽度最大等情况）,不少于5Pcs模块的MOSFET连续承受3000次以

上的相同的雪崩击穿冲击（例如负载跳变冲击），各模块仍然符合测试要求，各MOSFET仍然

保持完好。达到此条件，方可认为合格。

5.说明

木规定的解释权为物料品质试验部。该规范将由物料品质试睑部根据对MOSFET研究的不

断深入，电源在市场上的实际运行情况，以及依据MOSFET本身技术的不断发展而进行及时更

新。

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5.2IGBT降额规范

器件应力考核点：正向电压VCE,反向电压VEC,集电极平均电流Ic,

集电极脉冲电流ICM,结温Tj,栅极电压VGE。

5.2.1产品保修期等级及产品I、n工作区、产品额定工作点简要说明

产品保修期等级：分为A、B两个等级，A级指保修期为2~3年,B级指保修期为1~2年。

I、II工作区：产品的I工作区指产品"正常”工作区域,即产品手册所规定的输入雨出（环境温

度/电压/电流/功率等）所允许变化的区域，是器件长期工作的区域。该区中的存在某一点（或区

域），对应器件某项参数的最大应力，称为I区该项应力的最坏情况；n工作区指产品"异常，工作区

域，即在开/关机、输入过/欠压保护、输出过压/过流保护.输入/负载跳变、风扇故障停转等"异

常”工作情况器件短时间工作区域。在该区域中的某一点对应器件某项参数的最大应力，称为II区该

项应力最坏情况。

产品额定工作点是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入

电压、负载、工作环境温度等）。若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大

值代替0

详细情况可以参见本降额总规范第5.0节《产品保修期等级与产品I、II工作区、产品额定工作点

的定义》。

5.2.2器件应力限制

5.2.2.1正向电压VCE和反向电压VEC

IGBT工作时主要承受正向电压VCE,在不带反并二极管应用时应考核反向电压VEC的降额。

参考材料

取最大峰值电压值计算降额，最坏情况下，允许电压降额系数为:

应力考核点产品工作区B级产品A级产品

产品额定工作点<80%额定电压<75%额定电压

最高正向(C-E)峰值电压VCEI工作区最坏情况<90%额定电压<85%额定电压

n工作区最坏情况<100%额定电压

最高反向(E-C)峰值电压VECI、口工作区最坏情况<90%额定电压

注：产品过载工作时的电压应力按I工作区最坏情况要求进行考核。

5.2.2.2集电极平均电流人集电极脉冲电流ICM

集电极电流的降额考核分平均电流和脉冲电流两项，但脉冲电流的考核只在电流波形同时

满足以下三条件时有考核要求：①、工作频率小于lOKHz,②、电流波形的峰值大于对应温度

下的平均电流额定值，③电流峰值高出平均值部分的宽度大于O.lmS。在换算成同一壳温条件

进行比较时，允许的电流降额系数为：

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

产品额定工作点<60%同等壳温额定值<50%同等壳温额定值

最大平均电流1c

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■-1-口廿r+ict3才TTTTT比R7旦4T"q'tl,CCO/日二士疽Me；□居

注：产品过载工作时的电流应力按I工作区最坏情况要求进行考核.

5.2.23结温Tj

一般情况可以只考核最高稳态结温降额，以下两种情况下建议追加对最高瞬态结温降领的

考核：①、测试中发现有瞬时(O.lmS以上)功率过载(超过最大耗散功率)出现；②、电流容

量400A以上的IGBT模块。

参考材料

最高稳态结温Tj-erD-r-/A-上/。八o/白日/~7CO/^^7

T-T"/A-KT曰,ou。/早:日.rr-c/日-

白。0H大任：日T；TT号LlHiF主、口jQCO/日W&比4±\曰___________________________

注：产品过载工作时的温度应力按I工作区最坏情况要求进行考核

5.2.2.4栅极电压VGE

这里所指的栅极电压是实际加到IGBT栅极与发射极两端的电压，分正偏压和负偏压两项“

piD4n立口

曰卜主、口匚.日T-力不匕=/古

取晨।栅极正偏压VGET"T/ArRZ*QQ/

__________TTT/ArRZn.g住、口_____________________________________/口-4--否士/古______________________

5.2.3降额考核点的测试或计算

5.2.3.1正向电压VCE和反向电压VEC测算

使用带宽等于或大于100MHz数字示波器并选择全带宽通道（避免频带衰减造成的误差）

测量器件在各工作条件下所实际承受的正反向电压波形（当项目组自测波形与测试部测试有异

时以两者最大值为准），取实测电压的最高峰值进行电压降额计算。反向电压的测试只在不带

反并二极管应用中有要求。

5.23.2集电极平均电流Ic、集电极脉冲电流ICM测算

IGBT工作时的平均电流k和脉冲电流1CM均采用电流枪和带宽等于或大于100MHz数字示波

器进行测试，测试时示波器选择全带宽状态、以保证测试精度。

平均电流k的意义是对一个周期内的电流取平均值，它的实际值与工作温度、波形、频

率、占空比等因素相关，因此必须是在测试的基础上通过计算得出。对应温度下的平均电流额

定值可查阅厂家数据表得出，也可采用计算方法得出。

脉冲电流1CM实际值也由测试波形计算得出，方法是对高出对应温度下的平均电流值部分取

参考材料

O.lmS宽度以内（这一段应包含最大峰值部分）的平均值作为脉冲电流实际值。对应壳温和脉

宽条件下的脉冲电流额定值可根据厂家数据表给出的特定壳温（一般给出室温和高温两个埴）

下的额定值并结合脉冲电流与脉冲宽度关系曲线采用线性方法求出。

IGBT并联应用时尽管采取了均流措施，但其平均电流和峰值电流的额定值均应进行一定的降

额，推荐计算方法为：电流额定值降额系数:[（n-l）（l-x）/n（l+x）+l/n]xlOO%

上式中n为并联器件个数，x为经验数据（600V器件取01、1000~1200V器件取0.13,

1500V以上器件取0.15）。

5.23.3结温TJ测算

测量器件壳温（测试点规定见附件525.1）,根据测徨的电流及电压波形，计算出器件的

耗散功率（有反并二极管情形还应考虑二极管的导通损耗和反向恢复损耗），再按下列公式计

算出器件结温，

Tj=PD*Rthjc+Tc式中L为壳温、Rthjc为结壳热阻、PD为总耗散功率

注意：Rthjc分稳态值和瞬态值，厂家一般给出了热阻与加热时间的关系曲线。一般当IGBT

器件承受持续时间小于200ms的瞬时功率过载（超出最大耗散功率额定值）时、应考核其瞬态

结温降额。从关系曲线上查稳态热阻则取最大值，须查瞬态热阻时可根据最大浪涌电流的脉宽

和占空比对应曲线查找热阻值。

523.4栅极电压VGE测试：

使用带宽等于或大于100MHz数字示波器并选择全带宽通道测试（避免频带衰减造成的误

差），同时应确保将测试线带来的误差尽可能的降到最小，如采用双线线引出的测试方法以及

采用尽可能短的测试线和有效接地或屏蔽（尽量减小大电流对测试线的电磁干扰）等。

参考材料

5.2.4器件应力降额检查表及详细填写要求

02IGBTT作应力，

障■仔检去.11*

525附录

525.1壳温测试的方法及测试点规定

可用单点温度计或多点温度计测量壳温。对非绝缘封装（插装式TO220/TO-247等封装）

的器件测温时、应注意避免不同电位点通过热电偶的共地端短路，必要时只能采用单点温度计

测量。测试壳温时，应使单板或整机处于使IGBT达到最高温升的工作状态。对测温点位置选取

作如下规定：

就单个IGBT管而言、测试点应选在对应于管芯（封装在里面的芯片）中心位置的散热片或

基板（而不是塑料壳）上，就整台机器而言、测温点应是综合风道方向及散热条件后逻辑上的

最高温度点。测试由多个芯片组装而成的模块壳温时，应考虑风道的进出方向和芯片在基板上

的相对位置及功耗分布情况，选取逻辑上的最高温度点作测试点。

应用中因器件固定在散热器上，测温探头无法接触到散热片的中间位置，可在器件散热片

上选取离芯片中心距离最近的点或封装基板与散热器交界线上离芯片最近的部位。

525.2IGBT功耗与电流计算的简化方法

IGBT在任一时间段内总的能量损耗由下式给出：

rt

p

Etot-噎-'cdt

」。..............（1）

总功耗则由（2）式给出，计算时一般将导通损耗Pcond和开关损耗Pswitch先分别求出。

参考材料

Ptot=Etotxf.⑵

Ptot=Pcond+Pswitch.............................................（3）

⑶式中开关损耗Pswitch的计算与实际应用中的驱动电目及工作电流电压等因素有关；为

方便计算下表给出三种电流波形的ic和Pcond近似计算公式，实际应用中的电流波形（高带宽

示波器记录）或为下表其中之一，或为二到三者的组合“通过ic对时间的积分即可计算出平均

电流k的实际值.

电流波1形_或描_述1^ictt•算公式

ic=Ic

方波。％

Pcond=Icx（Rcexlc+VTo）xDx0.96

%

ic=Iqi）+（Ic⑵・/tp

梯型波。p

Pcond=[Rcex（Ic（i）+（Ic（2））+2+VTOUC（I）XIC（I）+k（i）xlc（2）+Ic（2）xIc（2）]-r3xDx0.96

4

三角波//

ic=Icxt/tp

1

Pcond=Icx（2xReexIc+3XVTO）+6XDX0.96

参考材料

53晶闸管降额规范

器件应力考核点：正向峰值电压VDRM,反向峰值电压VRRM,平均电流IFAV,

浪涌电流IFMAX,结温Tj,电压上升率dv/dt,电流上升率di/dt,门极功率PG

5.3.1产品保修期等级及产品I、II工作区、产品额定工作点简要说明

产品保修期等级：分为A、B两个等级，A级指保修期为2~3年,B级指保修期为1~2年。

I、II工作区：产品的I工作区指产品"正常”工作区域,即产品手册所规定的输入雨出（环境温

度/电压/电流/功率等）所允许变化的区域，是器件长期工作的区域。该区中的存在某一点（或区

域），对应器件某项参数的最大应力，称为I区该项应力的最坏情况；n工作区指产品“异常”工作区

域，即在开/关机、输入过/欠压保护、输出过压/过流保护.输入/负载跳变、风扇故障停转等"异

常”工作情况器件短时间工作区域。在该区域中的某一点对应器件某项参数的最大应力，称为II区该

项应力最坏情况。

产品额定工作点是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入

电压、负载、工作环境温度等）。若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大

值代替。

详细情况可以参见本降额总规范第5.0节《产品保修期等级与产品I、II工作区、产品额定工作点

的定义》。

5.3.2器件应力限制

5.3.2.1正向峰值电压VDRM和反向峰值电压VRRM

晶闸管的电压降额从两个方面考虑：最高正向峰值电压VDRM和最高反向峰值电压VRRM，I、

参考材料

口工作区最坏情况下允许使用电压的降额系数为：

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

产品额定工作点<75%对应额定值<70%对应额定值

最高正向峰值电压VDRM

I工作区最坏情况<85%对应额定值<80%对应额定值

最演）反向峰值电压VRRM

口工作区最坏情况<100%对应额定值

5.322平均电流IFAV和浪涌电流IFMAX

晶闸管的电流降额分最大平均电流和最大浪涌电流两项，一般情况下只需考核平均电流降

额，浪涌电流降额只在其值大于对应额定值50%时有考核要求（此时应在降额表中填写12t值，计算

方法参见整流桥降额规范5.432）。在对应的温度条件下，平均电流或浪涌电流的降额系数为：

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

产品额定工作点<70%同等壳温额定值<60%同等壳温额定值

最大平均电流IFAV

I工作区最坏情况<85%同等壳温额定值<75%同等壳温额定值

I、口工作区最坏情

最大浪涌电流IFMAX<75%同等壳温额定值

况

注：过载工作时的电流应力按I工作区最坏情况要求进行考核

5.323稳态结温Tj和瞬态结温Tj

结温考核分稳态结温和瞬态结温两项，一般情况只须考核稳态结温的降额，当有浪涌电流考

核要求时必须考核瞬态结温降额。最坏情况下允许的降额系数为：

应力考核点产品工作区域B级产品A级产品

最高稳态结温Tj产品额定工作点<80%最高允许结温<70%最高允许结温

参考材料

I工作区最坏情况<85%最高允许结温<乃％最高允许结温

最高瞬态结温TjI、口工作区最坏情况<95%最高允许结温

注：过载工作时的温度应力按I工作区最坏情况要求进行考核。

5.324电压上了|率dv/dt和电流上升率di/dt

晶闸管在阻断状态下承受的电压上升率dv/d怵口开通过程中承受的电流上升率di/dt均应针对额

定值降额使用（雷击或浪涌条件下di/dt可全额使用）。最坏情况下允许的dv/dt和di/dt降额系数

为：