1范圍
華科智源大功率IGBT測試系統，可測試IGBT模塊，壓接式IGBT，動態特性，開關特性，柵電荷，反向恢復特性等，華科智源大功率IGBT測試系統。
2應遵循的主要現行標準
華科智源大功率IGBT測試系統，IGBT動態參數測試儀，該功率半導體模塊測試系統的設計、制造、檢查、試驗等遵循如下國內標準，但不限于以下標準。
GB 13869-2008 用電安全導則
GB19517-2004 國家電器設備安全技術規范
GB/T 15153.1-1998 運動設備及系統
GB 4208-2008 外殼防護等級（IP代碼）（IEC 60529：2001，IDT）
GB/T 191-2008 包裝儲運圖示標志
GB/T 15139-1994 電工設備結構總技術條件
GB/T 2423 電工電子產品環境試驗
GB/T 3797-2005 電氣控制設備
GB/T 4588.3-2002 印制板的設計和使用
GB/T 9969-2008 工業產品使用說明書總則
GB/T 6988-2008 電氣技術用文件的編制
GB/T 3859.3 半導體變流器變壓器和電抗器
GB/T 311.1 絕緣配合第1部分：定義、原則和規則
IEC 60747-2/GB/T 4023-1997 半導體器件分立器件和集成電路第2部分:整流二極管
IEC 60747-9:2007/GB/T 29332-2012 半導體器件分立器件第9部分：絕緣柵雙極晶體管（IGBTs）
3技術要求
華科智源大功率IGBT測試系統
3.1整體技術指標
3.1.1 華科智源大功率IGBT測試系統功能與測試對象
*1）功能
測試單元具備測試IGBT模塊動態參數測試。具體測試參數及指標詳見表格。
*2）測試對象
被測器件主要IGBT模塊。
3.1.2 IGBT模塊動態測試參數及指標
華科智源大功率IGBT測試系統測試單元對IGBT模塊和FRD的動態參數及其他參數的定義滿足標準IEC60747-9以及IEC60747-2。如有其他需求，可自行定義。
以下參數的測試可以在不同的電壓等級、電流等級、溫度、機械壓力、回路寄生電感以及不同的驅動回路參數下進行。
1）華科智源大功率IGBT測試系統動態測試參數
IGBT的開通和關斷波形及其相關參數的定義如圖2、圖3所示。
圖2 IGBT開通過程及其參數定義
圖3 IGBT關斷過程及其參數定義
表格2 華科智源大功率IGBT測試系統可測量的IGBT動態參數
| 參數名稱 | 符號 | 參數名稱 | 符號 |
| 開通延遲時間 | td(on) | 關斷延遲時間 | td(off) |
| 上升時間 | tr | 下降時間 | tf |
| 開通時間 | ton | 關斷時間 | toff |
| 開通損耗 | Eon | 關斷損耗 | Eoff |
| 柵極電荷 | Qg | 拖尾時間 | tz |
| 短路電流 | ISC | / | / |
可測量的FRD動態參數
| 參數名稱 | 符號 | 參數名稱 | 符號 |
| 反向恢復電流 | IRM | 反向恢復電荷 | Qrr |
| 反向恢復時間 | trr | 反向恢復損耗 | Erec |
*2）動態測試參數指標
表格4華科智源大功率IGBT測試系統 IGBT動態測試參數指標
| 主要參數 | 測試范圍 | 精度要求 | 測試條件 |
| Vce 集射極電壓 | 50～1500V | 200～500V±3%±1V； 500～1000V±2%±2V； 2000～1500V±1%±5V； | 200～1500V |
| Ic 集射極電流 | 50～1000A | 200～500A±3%±1A； 500～1000A±3%±2A； 1000A～4000A±2%±5A； | 200～1000A |
| Vge 柵極電壓 | -30V～30V | -30～0V±1%±0.1V； 0～+30V±1%±0.1V | -30V～30V |
| Qg 柵極電荷 | 400~20000nC | Ig: 0～50A±3%±0.1mA; | 400~20000nC |
| tp 脈沖寬度 | 10μs～200μs | 10μs～200μs； 動態測試時需滿足在脈寬條件下可得到穩定可測的波形 | 10μs～200μs 可設定 |
| Rg 柵極電阻 | 2，3.3，4.7，6.8，10，15，20， 33，47，68 | 10個阻值，阻值可任意排列組合（便于更換） | 0～30Ω |
| L 負載電感值 | 20μH～2000μH（七檔） | 20μH、50μH、100μH、200μH、500μH、1000μH、2000μH可自動切換； 感值±5%±5uH； 相應感值檔需滿足對應測試電流能力 | 20μH～2000μH（七檔） |
| 測試回路雜散電感 | 小于150nH | 小于150nH | 小于150nH |
| td(on)、td(off) 開通/關斷延遲 | 10～1000ns | 10~200±2%±2ns；200~1000±2%±5ns | |
| tr、tf 上升/下降時間 | 10～1000ns | 10~200±2%±2ns；200~1000±2%±5ns； | |
| Eon、Eoff 開通/關斷能量 | 1～5000mJ | 1～50mJ±2%±0.1mJ； 50～200mJ±2%±1mJ； 200～1000mJ±2%±2mJ； 1000～5000mJ±1%±5mJ； | |
表格5 二極管反向恢復測試
| 主要參數 | 測試范圍 | 精度要求 | 測試條件 |
| IFM 正向電流 | 50～1000A | 50～200A±3%±1A； 200～1000A±3%±2A； | 50～1000A |
| Vcc 二極管電壓 | 50～1500V | 200～500V±3%±1V； 500～1500V±2%±2V； | 200～1500V |
| IRM 反向恢復電流 | 50～1000A | 50～200A±3%±1A； 200～1000A±2%±2A； | 50～1000A |
| Qrr 反向關斷電荷 | 1～20000μC | 1～50μC±3%±0.1 μC； 50～200μC±3%±1 μC； 200～1000μC±3%±2 μC； 1000～5000μC±2%±5 μC； 5000～20000μC±2%±10μC； | 1～20000μC |
| trr 反向恢復時間 | 20～2000ns | 20~100±3%±1ns；100~500±3%±2ns； 500~2000±2%±5ns； | 20～2000ns |
| Erec 反向關斷能量損失 | 1～5000mJ | 1～50mJ±3%±0.1mJ；50～200mJ±3%±1mJ； 200～1000mJ±2%±2mJ； 1000～5000mJ±1%±5mJ | 1～5000mJ |
| -di/dt 電流變化率 | 100～2000A/μs | 100～2000A/μs | 100～2000A/μs |
表格6 IGBT短路測試
| 主要參數 | 測試范圍 | 精度要求 | 測試條件 |
| Vce 集射極電壓 | 200～1500V | 200～1000V±2%±2V； 1000～1500V±1%±5V； | 200～1500V |
| 一次短路電流 | 200～1000A | 200～500A±3%±1A； 500～1000A±2%±2A； | 200～1000A |
| tp 脈沖寬度 | 5～50μs | 5～50μs 典型值10us | 5～50μs |
| Vge 柵極電壓 | 10～30V | 10～+30V±1%±0.1V | 10～25V |
3.1.3反偏安全工作區參數及指標
表格7 IGBT安全工作區測試
| 單脈沖安全工作區測試 | 集電極電壓VCE 50V-1500V | 50～100V±3%±1V；100～500V±3%±2V； 500～1500V±2%±5V； |
| 集電極電流Ic 20A-2000A | 20～100A±3%±1A；100～500A±3%±2A； 500A～2000A±2%±5A； | |
| 負載電感（Lload） | 1mH、10mH、50mH、100mH自動切換 | |
| 雙脈沖安全工作區測試 | 集電極電壓VCE 50V-1500V | 50～100V±3%±1V；100～500V±3%±2V； 500～1500V±2%±5V； |
| 集電極電流Ic 20A-2000A | 20～100A±3%±1A；100～500A±3%±2A； 500A～2000A±2%±5A； | |
| 負載電感（Lload） | 1mH、10mH、50mH、100mH自動切換 |
3.1.4保護安全功能
本測試單元應具備完善的保護功能，除可有效保護操作人員不受事故傷害外，還在發生故障時不會造成設備自身的較大損壞，通過采取更換小型部件的方式即可修復。保護功能包括但不限于如下功能：
- *高壓測試前可選低壓預測試驗證系統安全及連接良好
- *完備的人身安全防護
- 測試結束電容自動放電
- 測試過程中短路保護（非短路測試）
- *被測器件防爆保護
3.2測試單元組成
本測試單元包括動態參數測試部分，主要組成材料及其要求如下所示。
3.2.1 動態參數測試部分主要材料清單
表格12動態參數測試部分組成
| 序號 | 組成部分 | 單位 | 數量 |
| 1 | 可調充電電源 | 套 | 1 |
| 2 | 直流電容器 | 個 | 8 |
| 3 | 動態測試負載電感 | 套 | 1 |
| 4 | 安全工作區測試負載電感 | 套 | 1 |
| 5 | 補充充電回路限流電感L | 個 | 1 |
| 6 | 短路保護放電回路 | 套 | 1 |
| 7 | 正常放電回路 | 套 | 1 |
| 8 | 高壓大功率開關 | 個 | 5 |
| 9 | 尖峰抑制電容 | 個 | 1 |
| 10 | 主回路正向導通晶閘管 | 個 | 2 |
| 11 | 動態測試續流二極管 | 個 | 2 |
| 12 | 安全工作區測試續流二極管 | 個 | 3 |
| 13 | 被測器件旁路開關 | 個 | 1 |
| 14 | 工控機及操作系統 | 套 | 1 |
| 15 | 數據采集與處理單元 | 套 | 1 |
| 16 | 機柜及其面板 | 套 | 1 |
| 17 | 壓接夾具及其配套系統 | 套 | 1 |
| 18 | 加熱裝置 | 套 | 1 |
| 19 | 其他輔件 | 套 | 1 |
3.3主要技術要求
3.3.1 動態參數測試單元技術要求
3.3.1.1 環境條件
- 海拔高度：海拔不超過1000m；
- 溫度：儲存環境溫度 -20℃～60℃；
- 工作環境溫度： -5℃～40℃；
- 濕度：20%RH 至 90%RH (無凝露，濕球溫度計溫度: 40℃以下)；
- 震動：抗地震能力按7級設防，地面抗震動能力≤0.5g；
- 防護：無較大灰塵，腐蝕或爆炸性氣體，導電粉塵等空氣污染的損害；
3.3.1.2動態參數測試部分主要材料技術要求
1）可調充電電壓源
用來給電容器充電，實現連續可調的直流母線電壓，滿足動態測試、短路電流的測試需求。
- 輸入電壓 380V±10%
- 頻率 50HZ；
- 輸出電壓 500～1500V可調（可多個電源組成）
- 輸出電流 10A；
- 電壓控制精度 1%
- 電壓調整率 <0.1%；
- 紋波電壓 <1%；
- 工作溫度 室溫～40℃；
- 保護 有過壓、過流、短路保護功能。
2）直流電容器
分為支撐電容、儲能電容，分別用于補償充電和實驗時的大電流放電，滿足動態測試、短路電流、反偏安全工作區的測試需求。至少包含8mF的容量。
- 單體電容容量 1mF
- 額定電壓 1500V
- 脈沖電流 1kA
- 工作溫度室溫～40℃
- 工作濕度<70%
3）動態測試負載電感
- 電感量 20μH 、50μH 100μH 200μH 500μH 1000μH、2000μH
- 電流 通過選擇不同檔位電感，滿足0~1kA電流輸出需求（10ms）
- 瞬態電壓 大于1500V
- 負載電感 配備自動切換開關，可分別接通不同電感值，由計算機控制自動接通；自動切換開關參數性能需求與電感要求相匹配。
4）安全工作區測試負載電感
- 電感量 1mH 、10mH、50mH、100mH
- 電流 通過選擇不同檔位電感，滿足0~20kA電流輸出需求（10ms）
- 瞬態電壓 大于10kV
- 負載電感 配備自動切換開關，可分別接通不同電感值，由計算機控制自動接通；自動切換開關參數性能需求與電感要求相匹配。
5）大功率IGBT動態參數測試系統補充充電回路限流電感
限制充電回路中的di/dt。
- 電感量 100μH
- 電流能力 6000A （5ms）
- 瞬時耐壓 10kV
- 工作溫度室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
6）大功率IGBT動態參數測試系統短路保護放電回路
緊急情況下快速放電，保證緊急情況時快速使設備處于安全電位。
- 回路耐壓 DC10kV
- 放電電流 10kA（5ms）
- 工作溫度 室溫～40℃；
- 工作濕度 <70%
7）大功率IGBT動態參數測試系統正常放電回路
用于設備正常關機時放電，使設備處于安全電位。
- 回路耐壓 10kV
- 放電電流 50A
- 工作溫度 室溫～40℃；
- 工作濕度 <70%
8）大功率IGBT動態參數測試系統高壓大功率開關
- 電流能力 2000A
- 隔離耐壓 10kV
- 響應時間 150ms
- 脈沖電流 20kA（不小于10ms）
- 工作方式 氣動控制
- 工作氣壓 0.4MPa
- 工作溫度 室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
9）大功率IGBT動態參數測試系統尖峰抑制電容
用于防止關斷瞬態過程中的IGBT器件電壓過沖。
- 電容容量 200μF
- 分布電感 小于10nH
- 脈沖電流 2kA
- 工作溫度 室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
11）大功率IGBT動態參數測試系統動態測試續流二極管
用于防止測試過程中的過電壓。
- 反向電壓 8000V(2只串聯)
- -di/dt大于2000A/μs
- 通態電流 1200A
- 壓降小于1V
- 浪涌電流大于20kA
- 反向恢復時間小于2μs
- 工作溫度 室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
12）大功率IGBT動態參數測試系統安全工作區測試續流二極管
- 反向電壓 12kV(3只串聯)
- -di/dt 大于2000A/μS
- 通態電流 1200A
- 壓降 小于1V
- 浪涌電流 大于20kA
- 反向恢復時間 小于2μS
- 工作溫度 室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
13）大功率IGBT動態參數測試系統被測器件旁路開關
被測安全接地開關，設備不運行時，被測接地。
- 電流能力 DC 50A
- 隔離耐壓 15kV
- 響應時間 150ms
- 工作方式 氣動控制
- 工作氣壓 0.4MPa
- 工作溫度 室溫～40℃
- 工作濕度 <70%
14）大功率IGBT動態參數測試系統工控機及操作系統
用于控制及數據處理，采用定制化系統，主要技術參數要求如下：
- 機箱：4Μ 15槽上架式機箱；
- 支持ATX母板；
- CPΜ：INTEL雙核；
- 主板：研華SIMB；
- 硬盤：1TB；內存4G；
- 3個5.25”和1個3.5”外部驅動器；
- 集成VGA顯示接口、4個PCI接口、6個串口、6個ΜSB接口等。
- 西門子PLC邏輯控制
15）大功率IGBT動態參數測試系統數據采集與處理單元
用于數據采集及數據處理，主要技術參數要求如下：
- 示波器：LeCroy或者泰克
- 高壓探頭：滿足表格4-11動態參數、短路電流、安全工作區測試需求
- 電流探頭：滿足表格4-11動態參數、短路電流、安全工作區測試需求
- 狀態監測：NI數據采集卡
- 上位機：基于Labview人機界面
- 數據提取：測試數據可存儲為Excel文件及其他用戶需要的任何數據格式，特別是動態測試波形可存儲為數據格式；所檢測數據可傳遞至上位機處理；從檢測部分傳輸的數據經上位機處理后可自動列表顯示相應測試數據； 數據處理和狀態檢測部分內容可擴展
16）大功率IGBT動態參數測試系統機柜及其面板
用于安裝固定試驗回路及單元；主要技術參數要求如下；
- 風冷系統；
- 可顯示主要電氣回路參數及傳感器測量值；
- 可直觀監視試驗過程，并可兼容高溫攝像頭；
- 防護等級：IP40。
- 面板按鈕可以進行緊急操作
- 機柜顏色：RAL7035
17）大功率IGBT動態參數測試系統壓接夾具及其配套系統
- 工作壓力范圍：5～200kN；分辨率0.1kN
- 上下極板不平行度小于20μm
- 極板平整度小于10μm
- 壓力可連續調節，施加壓力平穩，不可出現加壓時壓力過沖
- 安全技術要求：滿足GB 19517—2009國家電氣設備安全技術規范；
- 大測試工作電壓：10kV（整體設備滿足GB 19517—2009標準外，局部絕緣電壓應滿足測試需求）
18）其他輔件
除上述主要部件以外，動態測試部分還包括：高壓開關及其放電回路、電壓反饋電路、電容接地限流電阻、限制電流變化率電感、功率回路限流電阻、主回路保護電流取樣電流互感器、Qg測試電路等。
華科智源大功率IGBT測試系統，可測試IGBT模塊，壓接式IGBT，動態特性，開關特性，柵電荷，反向恢復特性等，華科智源大功率IGBT測試系統。
