中國(guó)電源學(xué)會(huì)發(fā)布I 1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14符號(hào)和縮略語(yǔ) 25總體要求 26測(cè)試平臺(tái)要求 26.1試驗(yàn)環(huán)境 26.2測(cè)試電源 26.3測(cè)量?jī)x器 36.4溫控裝置 46.5母線電容 46.6負(fù)載電感 56.7驅(qū)動(dòng)電阻 57測(cè)試要求 67.1雙脈沖測(cè)試 67.2短路測(cè)試要求 附錄A(資料性)功率模塊動(dòng)態(tài)特性車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用評(píng)估 附錄B(資料性)車(chē)規(guī)級(jí)功率模塊動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格模板 附錄C(資料性)車(chē)規(guī)級(jí)功率模塊動(dòng)態(tài)測(cè)試測(cè)量精度和工況精度依據(jù) 參考文獻(xiàn) 21本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)則請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)電源學(xué)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：上海臨港電力電子研究有限公司、臻驅(qū)科技(上海)有限公司、同濟(jì)大學(xué)、重慶大學(xué)、江蘇宏微科技股份有限公司、紹興中芯集成電路制造股份有限公司、英飛凌科技(中國(guó))有限公司、嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、蘇州匯川技術(shù)有限公司、上海電驅(qū)動(dòng)股份有限公司、上汽大眾汽車(chē)有限公司、上海蔚來(lái)汽車(chē)有限公司、蕪湖?？铺┛藙?dòng)力總成有限公司、重慶長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司、千黎(蘇州)電源科技有限公司、上海臨港車(chē)規(guī)半導(dǎo)體研究有限公司。本文件主要起草人：朱駿、湯天浩、強(qiáng)進(jìn)、王明陽(yáng)、夏雨昕、劉典勇、康勁松、曾正、王曉寶、高夫強(qiáng)、鄭科科、姜貫軍、陸玨、耿旭旭、趙振波、戴志展、牟超、溫小偉、馬玉巖、陶均炳、周之光、劉鈞、胡俊、韓金剛、尤偉松。本文件首次發(fā)布。本文件規(guī)定了檢測(cè)車(chē)規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體模塊動(dòng)態(tài)特性的雙脈沖測(cè)試和短路測(cè)試的平臺(tái)、方法和數(shù)據(jù)凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T18386.1電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第1部分：輕型汽車(chē)GB/T18386.2電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第2部分：重型商用車(chē)輛GB/T18488.2—2015電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)第2部GB/T29332半導(dǎo)體器件分立器件第9部分：絕緣柵雙極晶體管(IGBT)GB/T29332界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。工2ASC:主動(dòng)短路電路(ActiveShortCircuit)EMC:電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility)EMI:電磁干擾(ElectromagneticInterferencIGBT:絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolaSCSOA:短路安全工作區(qū)(ShortCircuitSafeOperatingArea)NTC:負(fù)溫度系數(shù)(NegativeTemperatureCoefficient)本文件規(guī)范了車(chē)規(guī)級(jí)功率模塊動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的獲取方式，用來(lái)準(zhǔn)確評(píng)估功率模塊在不同電控汽車(chē)a)統(tǒng)一測(cè)試條件和要求：測(cè)試條件和要求須結(jié)a)試驗(yàn)溫度應(yīng)設(shè)置為23℃,允許偏差為±5℃;b)相對(duì)濕度：25%～55%。36.3.1測(cè)量?jī)x器精度測(cè)量?jī)x器包括示波器及相應(yīng)的電壓探頭與電流探頭等動(dòng)態(tài)特性的電氣參數(shù)檢測(cè)的設(shè)備，其要求如BWm-U——電壓探頭與示波器的組合帶寬，單位為MHz;度應(yīng)不低于1%;BWigbt-I——IGBT電流波形振蕩頻率，單位為M精度應(yīng)不低于2%;f)測(cè)量?jī)x器連接入測(cè)試回路后的噪聲，電流應(yīng)不高于500mA,電壓應(yīng)不高于500mV。表1測(cè)量裝置探頭連接檢測(cè)點(diǎn)要求符號(hào)檢測(cè)點(diǎn)電容與實(shí)際母線連接處的正負(fù)端子對(duì)橋功率模塊與實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)板檢測(cè)的負(fù)載電感位置數(shù)據(jù)處理前應(yīng)對(duì)電壓與電流的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間一致性的校正以獲取準(zhǔn)確的開(kāi)關(guān)特性。要求電流4a)開(kāi)通時(shí)刻電壓：當(dāng)Ug上升到達(dá)0V時(shí)，被測(cè)功率模塊上的電壓Udut為開(kāi)通時(shí)刻電壓；b)開(kāi)通時(shí)刻電流：當(dāng)Ug上升到達(dá)100%時(shí)，被測(cè)DUT上的電流Idut為開(kāi)通時(shí)刻電流。6.3.5關(guān)斷時(shí)刻測(cè)試工況的電壓電流a)關(guān)斷時(shí)刻電壓：當(dāng)Ug下降到達(dá)設(shè)定最小負(fù)壓時(shí)，被測(cè)功率模塊上的Udut為關(guān)斷時(shí)刻電壓；b)關(guān)斷時(shí)刻電流：當(dāng)Ug下降到達(dá)90%時(shí)，被測(cè)DUT上的電流Idut為關(guān)斷時(shí)刻電流。6.4溫控裝置c)對(duì)于內(nèi)部安裝了NTC電阻或其他類型溫度傳感器的模塊，應(yīng)利用其內(nèi)部接近DUT的溫度傳6.5母線電容a)實(shí)際應(yīng)用待定類測(cè)試：母線電容除滿足測(cè)試工況電壓外，其容值的選取Cmin——可用最小電容，單位為F;L——對(duì)應(yīng)負(fù)載電感，單位為H;Umin——對(duì)應(yīng)測(cè)試工況的最小設(shè)定電壓，單位為5a)負(fù)載電感值上限受到電容上轉(zhuǎn)移能量上限的限制，電流誤差值計(jì)算公式如下公式(5):△I——對(duì)應(yīng)測(cè)試工況下的電流允許最大誤差百分比，單位為%;Lmin——對(duì)應(yīng)最小負(fù)載電感，單位為H。6.6.2負(fù)載電感的誤差6.7驅(qū)動(dòng)電阻6.7.1雙脈沖測(cè)試驅(qū)動(dòng)電阻選取a)實(shí)際應(yīng)用待定類測(cè)試：開(kāi)通/關(guān)斷電阻最小值應(yīng)確保驅(qū)動(dòng)電路峰值電流不會(huì)超過(guò)驅(qū)動(dòng)電路最大6a——考慮驅(qū)動(dòng)回路電感降額系數(shù)，取0.8;Uon——正驅(qū)動(dòng)電壓，單位為V;Uoff——負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，單位為V;Ig_max——驅(qū)動(dòng)電路最大峰值電流，單位為A。驅(qū)動(dòng)電阻最小值應(yīng)抑制門(mén)極驅(qū)動(dòng)回路雜感和功率模塊輸入電容形成的諧振，基于限制驅(qū)動(dòng)回路諧振的最小門(mén)極電阻按公式(7)進(jìn)行評(píng)估：Lg——門(mén)極驅(qū)動(dòng)回路雜散電感，單位為H;Cies——模塊輸入電容，單位為F。b)實(shí)際應(yīng)用已確定類測(cè)試：在實(shí)際應(yīng)用條件已經(jīng)確定時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)選用實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的驅(qū)動(dòng)芯片以模擬器件在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電阻應(yīng)選用實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中的電阻以貼近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。6.7.2短路測(cè)試驅(qū)動(dòng)電阻的選取短路測(cè)試應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)關(guān)斷電阻Rgof的選值或采用其他保護(hù)方式，以防止電壓過(guò)沖擊穿被測(cè)功率模塊。7測(cè)試要求7.1雙脈沖測(cè)試7.1.1測(cè)試拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)測(cè)試電路用半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。圖中上半橋臂IGBT為被測(cè)器件，負(fù)載連接中性點(diǎn)(B點(diǎn))與DC負(fù)端(C點(diǎn));當(dāng)下半橋臂IGBT為被測(cè)器件，則負(fù)載連接中性點(diǎn)與DC正端(A點(diǎn)),電感L,dp為雙脈沖測(cè)試回路中的總雜散電感。圖1雙脈沖測(cè)試電路7如圖2所示，雙脈沖測(cè)試通過(guò)第一個(gè)脈沖的關(guān)斷和第二個(gè)脈沖的開(kāi)通瞬態(tài)過(guò)程獲取被測(cè)器件的動(dòng)態(tài)子等維度，參考附錄A。此類分析測(cè)試的工況要求見(jiàn)表2;參數(shù)/特征母線電壓(Uae)宜涵蓋被測(cè)功率模塊80%到20%的額定電壓作為母線電壓，中間擋位具體由負(fù)載電流(load)于10個(gè)測(cè)試溫度(Tj)中間插值涵蓋25℃,65℃及125℃常規(guī)測(cè)試點(diǎn)8評(píng)估，系統(tǒng)效率分析等，參考附錄A。此類分析測(cè)試的工況要求見(jiàn)表3。母線電壓(Uae)系統(tǒng)應(yīng)用最低、最高非降額母線電壓(Uac_min&Uac_max)值(Udc_inter,Udc_inter2...),具體工況由客戶、供應(yīng)商共同定負(fù)載電流(load)系統(tǒng)應(yīng)用最高輸出峰值電流(load_max)×1.414且需涵(loadinter,load_inter2.),宜測(cè)試工況數(shù)量不少于10個(gè)。驅(qū)動(dòng)電阻(Rgon/of)系統(tǒng)應(yīng)用中實(shí)際驅(qū)動(dòng)電阻(Rgonvof)測(cè)試溫度(Tj)況由客戶、供應(yīng)商共同定義，宜中間插值涵蓋25℃,65℃及125℃常雙脈沖測(cè)試中，通過(guò)脈沖寬度來(lái)控制電流的設(shè)定，設(shè)定應(yīng)符合公式(8),通過(guò)對(duì)電源電壓設(shè)定值和Uset——電源設(shè)定電壓，單位為V;C——母線電容，單位為F;Itarget——目標(biāo)電流，單位為A;L——負(fù)載電感，單位為H;R——負(fù)載電阻，單位為Ω;9Uac——母線電壓，單位為V;dildt——IGBT第二段脈沖關(guān)斷過(guò)程的電流變化率，單位為A/s;測(cè)試完成后應(yīng)對(duì)于以下動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行計(jì)算，下表4所示：開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算起點(diǎn)計(jì)算終點(diǎn)Idut上升到90%的時(shí)刻U?下降到90%的時(shí)刻laut下降到10%的時(shí)刻Idut上升到10%的時(shí)刻Ilaut上升到90%的時(shí)刻下降時(shí)間fallIdu下降到90%的時(shí)刻Iaut下降到10%的時(shí)刻Idut上升到10%的時(shí)刻Idut下降到90%的時(shí)刻b)開(kāi)關(guān)能量：開(kāi)通能量、關(guān)斷能量、反向恢復(fù)能量。能量的計(jì)算公式如下式(10),能量的積分上下限如下表5:Udut——被測(cè)IGBT電壓，單位為V;Ur——被測(cè)FWD反向恢復(fù)電壓，單位為V;T——時(shí)間，單位為s。計(jì)算起點(diǎn)計(jì)算終點(diǎn)Iπ為零的時(shí)刻Im到2%的時(shí)刻算邊界如下表6:計(jì)算起點(diǎn)計(jì)算終點(diǎn)ldu上升到10%的時(shí)刻laut上升到90%的時(shí)刻Idut下降到90%的時(shí)刻Idu下降到10%的時(shí)刻tt2U7.2短路測(cè)試要求一類短路測(cè)試方法見(jiàn)圖5,由于短路回路中的寄生電感Lo,se,在電流急劇上升期間IGBT電壓的降低Udut——被測(cè)IGBT電壓，單位為V;didu/dt——被測(cè)IGBT電流變化率，單位為A/s;十圖5功率半導(dǎo)體模塊一類短路原理圖kt圖6功率半導(dǎo)體模塊一類短路波形圖進(jìn)入關(guān)斷階段，快速下降的電流同樣由于短路回路中的寄生電感，會(huì)導(dǎo)致公式(12)中電流急劇下Uce,peak——被測(cè)IGBT上的過(guò)沖電壓，單位為V;Udut——被測(cè)IGBT電壓，單位為V;Lo,sc——回路寄生電感，單位為H;didut/dt——被測(cè)IGBT電流變化率，單位為A/s;Uac——母線電壓，單位為V。7.2.2二類短路對(duì)于二類短路，被測(cè)IGBT承載負(fù)載電流LIoad,如圖7所示。被測(cè)IGBT處于正常導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，IGBT上的電壓降對(duì)應(yīng)Ue,sat。當(dāng)導(dǎo)通被測(cè)IGBT的對(duì)管后，短路發(fā)生，集電極電流Idut急劇上升，而電流斜率受短路回路寄生電感L,sc的影響見(jiàn)公式(13),進(jìn)入關(guān)斷階段，快速下降的電流Idu同樣由于短路回路中的寄生Lo,sc——回路寄生電感，單位為H;Uac——母線電壓，單位為V。圖7功率半導(dǎo)體模塊二類短路原理圖Ug.peaktsc圖8功率半導(dǎo)體模塊二類短路波形圖7.2.3三類短路三類短路測(cè)試電路要求見(jiàn)圖9,電流Ioaa將會(huì)突然以高dildt從被測(cè)橋臂二極管向被測(cè)橋臂IGBT換流。由于被測(cè)橋臂二極管處于導(dǎo)通模式，在短路開(kāi)始時(shí)，通過(guò)被測(cè)橋臂IGBT的電流為負(fù)。發(fā)生短路后，電流Idu從負(fù)值急劇上升到正值，由于已經(jīng)施加的高柵極電壓Ug,被測(cè)IGBT會(huì)存在被動(dòng)導(dǎo)通過(guò)程，此時(shí)可以將被測(cè)IGBT視為一個(gè)雙極型二極管，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正向恢復(fù)過(guò)沖電壓。Lose圖9功率半導(dǎo)體模塊三類短路原理圖tk圖10功率半導(dǎo)體模塊三類短路波形圖短路測(cè)試要求從母線電壓，短路時(shí)間和測(cè)試溫度影響，具體工況由客戶、供應(yīng)商共同定義，對(duì)于破IGBT的短路時(shí)間在10us左右短路測(cè)試需涵蓋模塊最高結(jié)溫(Tvj_max),具體工義，宜中間插值涵蓋25℃,65℃及125℃等常規(guī)測(cè)試點(diǎn)商共同定義參數(shù)/特征母線電壓(Uae)短路時(shí)間(tsc)測(cè)試溫度(Tvj)短路電流值為退飽和狀態(tài)下電壓穩(wěn)定時(shí)段對(duì)應(yīng)負(fù)短路類型計(jì)算起點(diǎn)計(jì)算終點(diǎn)Idut上升到10%Isc時(shí)刻Idu下降到10%Isc時(shí)刻Idut下降到10%Isc時(shí)刻Idut下降到10%Isc時(shí)刻(資料性)功率模塊動(dòng)態(tài)特性車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用評(píng)估A.1模塊類評(píng)估A.1.1安全工作區(qū)A.1.1.1正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)t圖A.1功率半導(dǎo)體模塊FBSOA范圍劃分圖如圖A.1所示，對(duì)于功率半導(dǎo)體模塊FBSOA范圍主要受四個(gè)因素制約，分別為：a)模塊輸出特性限制：根據(jù)模塊飽和導(dǎo)通狀態(tài)下最大工作電流和相應(yīng)的導(dǎo)通電壓間的輸出特性來(lái)限定該段區(qū)間，該部分參數(shù)一般通過(guò)靜態(tài)特性測(cè)試獲得；b)芯片最大脈沖電流限制：根據(jù)功率模塊的最大可重復(fù)電流值來(lái)給出該段區(qū)間的限定；c)芯片最高工作結(jié)溫限制：根據(jù)功率模塊的導(dǎo)通關(guān)斷靜態(tài)特性結(jié)合功率模塊的瞬態(tài)熱阻給出該區(qū)域的限定；d)模塊耐壓限制：該端區(qū)域通過(guò)功率模塊的擊穿電壓來(lái)限定的，應(yīng)注意的是，功率模塊的擊穿電壓一般是和結(jié)溫正相關(guān)的，結(jié)溫越低，擊穿電壓也越低。A.1.1.2反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)圖A.2中可以看出，定義了模塊和芯片兩條SOA曲線(ModuleSOA,ChipSOA),這是因?yàn)楣β誓K內(nèi)部的雜散電感造成實(shí)際使用情況下，芯片端的真實(shí)電壓一般要高于模塊端的電壓。應(yīng)注意的是數(shù)據(jù)手冊(cè)中該圖是在規(guī)定門(mén)極電阻的條件下測(cè)得，在應(yīng)用過(guò)程中，門(mén)極電阻如果不同于規(guī)格書(shū)推薦值，應(yīng)通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果重新進(jìn)行該反向偏置安全工作區(qū)的繪制工作。0圖A.2功率半導(dǎo)體模塊RBSOA范圍劃分圖在橋式電路中，含有兩個(gè)串聯(lián)互補(bǔ)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)器件，開(kāi)關(guān)管在高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)存在串?dāng)_問(wèn)題。通過(guò)功率模塊的動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)可以進(jìn)行串?dāng)_問(wèn)題的分析，以保障器件在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)由于串?dāng)_問(wèn)題帶來(lái)的故障和隱患。A.1.2.1開(kāi)通過(guò)程串?dāng)_分析當(dāng)DUT進(jìn)行開(kāi)通時(shí)，對(duì)管保持關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)對(duì)管的二極管進(jìn)行反向恢復(fù)，其兩側(cè)的電壓由二極管的導(dǎo)通壓降上升至母線電壓。在此過(guò)程中，變化的電壓將通過(guò)該對(duì)管的寄生電容產(chǎn)生位移電流，且該位移電流會(huì)通過(guò)柵極寄生電感進(jìn)一步影響該管的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。此時(shí)，該柵極電壓將會(huì)被抬升，出現(xiàn)一個(gè)向上的尖峰，如圖A.3所示。6000二A3t(μs)t(μs)3圖A.3開(kāi)通過(guò)程串?dāng)_分析對(duì)于SiCMOSFET器件一般閾值電壓僅為IGBT器件的一半，且隨著溫度的升高進(jìn)一步降低。由在動(dòng)態(tài)特性分析時(shí)應(yīng)著重考慮。A.1.2.2關(guān)斷過(guò)程串?dāng)_分析與開(kāi)通過(guò)程串?dāng)_原理相同，關(guān)斷過(guò)程產(chǎn)生的位移電流方向相反，最后會(huì)導(dǎo)致柵極電壓將會(huì)被下拉，出現(xiàn)一個(gè)向下的尖峰，如圖A.4所示。Vds(V)Vds(V)oo"t(μs)t圖A.4關(guān)斷過(guò)程串?dāng)_分析快，工作電壓高，在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于SiCMOSFET器件關(guān)斷時(shí)刻的串?dāng)_應(yīng)得到與開(kāi)通時(shí)串?dāng)_同等的重視。A.1.3模塊軟度(softness)對(duì)于功率器件的FWD反向恢復(fù)過(guò)程，除了反向恢復(fù)損耗以外，還有其他考察因素。其中，反向恢復(fù)特性中的軟度，即反向恢復(fù)電流衰減的平滑程度，就是至關(guān)重要的部分，要求不會(huì)出現(xiàn)突然的快速跌落，以避免在FWD上產(chǎn)生電壓尖峰。(V)川/(A)JA(V)川/(A)JA0圖A.5模塊軟度對(duì)比分析如圖A.5,五個(gè)不同廠家同功率等級(jí)的功率模塊產(chǎn)品在低溫情況下的FWD軟度對(duì)比情況。為了對(duì)比的公平性，試驗(yàn)的工況和電流關(guān)斷速度均保持一致，可以看到由于塊寄生參數(shù)以及芯片制造工藝的差異，其反向恢復(fù)過(guò)程中的電壓過(guò)沖和振蕩情現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致芯片過(guò)壓擊穿和電磁干擾等問(wèn)題的發(fā)生，因此在進(jìn)行模塊分析時(shí)，F(xiàn)W