EV/HEV用IGBT将增长3倍，IGBT仿真与测试引关注

摘要：EV/HEV用IGBT在5年内将增长3倍。由于EV/HEV的电力系统更加复杂，IGBT的热设计与可靠性分析与测试十分重要，需要借助软硬件结合的方式进行仿真与测试。

　　据欧洲市场调查公司Yole Development于2015年7月发布的预测报告显示，从2014年到2020年IGBT的使用量将持续增长。其中EV/HEV(电动汽车/混动汽车)的IGBT/电力电子器件会达到3倍的增长。

IGBT可靠性引人关注

　　相比传统汽车，EV/HEV会产生更多的热量，因此分析和测试更复杂。热量产生主要包括六部分：1.HVAC(暖通空调)，坐在汽车中，冷/热风吹在身上可产生舒适的感觉;2.引擎冷却与循环系统;3.润滑油系统，通过油的交换把热量带到不同的系统;4.电力马达;5.电力电子器件的散热;6.电池组。

　　因为热问题，也引发了汽车召回事件。例如《汽车新闻》2014年9月20日报道，福特因为热失效召回7.4万较老的混合动力汽车。Autoblog website于2014年1月14日报道，特斯拉召回了2.9万个Model S 墙上充电器来防止过热。

　　“相对来说，电力电子器件的可靠性和寿命更重要，而且分析起来更为复杂。”Mentor Graphics 机械分析部的市场营销和产品策略总监Keith Hanna 博士称。这是因为IGBT是开关器件，作用是把电池的电送到马达中，因此在使用过程中需要经历长时间周期性的功率循环，即不停地进行开/关(导通/关断)动作，会对IGBT器件施加热-机械应力，从而对器件产生破坏性的影响。热损害可能是由于热学应力性能的降低，例如引线键合失效，合金层脱落，焊接层疲劳、失效等引起。

　　IGBT的实际工作状态会随着路况产生区别。在图2的路谱图中，可见汽车加速/减速的运转过程对IGBT的开关寿命的影响。在市区开车时，开关动作频繁;在高速公路时，车基本是匀速状态。所以在做IGBT测试时，需要了解不同国家的汽车使用习惯，通常会根据各个城市/国家的道路路谱进行分析。然后进行3D软件仿真模拟，得出IGBT器件结温变化和时间的关系图，结合人工IGBT功率循环测试的实验结果，可以估计出IGBT现场寿命。

　　在中国，通常有三类客户会对IGBT测试感兴趣：1.中国OEM厂商自己在做IGBT;2.外购IGBT后需要检查IGBT的质量;3.一些严谨对质量要求严格的公司买进IGBT后，甚至会参考产品datasheet(数据表)的测试方法进行产品检验。

　　Mentor公司机械分析部近日推出了用于功率循环测试的可扩展产品——MicReD Power Tester 600A功率循环测试设备，可以帮助客户通过功率循环测试的方法和3D软件模型对IGBT进行仿真和测试。例如通过结温的变化可以知道EV/HEV加速时结温上升了多少及频率，并进而了解对IGBT器件产生了多大的破坏。它可以进行热学分析，例如一共循环了多少次，上升幅度和频率，以对IGBT的寿命进行预估。

　　MicReD Power Tester 600A可进行热可靠性的综合诊断;借助MicReD T3Ster产品中特有的 Mentor校准技术，提高相关的三维CFD(计算流体动力学)的仿真精度。仿真错误能从通常的20%降至0.5%;并且此设备的可扩展性更强，最多可测试128个串联IGBT器件。

参考文献：

　　[1]王莹. 传统IGBT可靠性测试急需变革.电子产品世界,2014(6):64

　　[2]王莹.IGBT等功率器件：芯片更薄，封装散热更好，集成度更高.电子产品世界,2014(8):67

　　[3]黄小娟,王豹子,叶娜,等.IGBT模块封装底板的氧化程度对焊接空洞率的影响分析.电子产品世界,2016(5):62-64

　　[4]樊明龙,郑桂标 一种基于HCPL-316J的IGBT驱动电路设计.电子产品世界,2015(8):50-52

　　[5]荣睿.基于高速IGBT的100kHz高压-低压DC/DC转换器.电子产品世界,2015(9):58-61

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第5期第6页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。