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功率半导体器件静态参数分析
功率半导体器件静态参数分析
产品描述:


电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件,主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)。IGBT,VDMOS,IGCT等都是功率半导体器件。


IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。



IGBT 应用分类:

应用领域

产品规格

驱动因素

市场特征

 

家电节能

1700V以下

变频、定频家电价差已经缩短至新增成本

非国外企业主要市场

电机节能

1700V~4500V

 

IGBT主流应用

高铁、智能电网、

变频器与新能源等

3300V~9200V

中国在高铁、智能电网等拥有国际领先技术,需要解决IGBT国产化

毛利率高、技术难度最大


IGBT在中国的应用:

1、变频家电市场的爆发性增长推动IGBT的快速成长,低功率IGBT主要应用于变频家电。

2、无火烹饪电磁炉也有IGBT 的用武之地,电磁炉正逐渐演变为主要炊具,IGBT由于其高频、低损耗的特性成为电磁炉内的关键器件。

3、电机用电是用电主体,电机变频器节能地位的凸显,是IGBT产业成长的另一大助力。变频器是目前最理想的电机节能设备,有着极为广阔的应用空间。通过应用变频调速技术,变频器能过调节电机转速,使电动机在最节能的转速下运行,大大降低运行时的电能消耗。IGBT是变频器的关键零部件。IGBT3kV及以上高压变频器的重要零部件,单台高压变频器中IGBT占成本4%~15%

4、风力涡轮发电机要获得稳定的电能并网发电,必须依靠相应的变频、逆变系统,这些都需要能够自关断电流的IGBT器件才可能实现。目前兆瓦级风电逆变器用大功率IGBT的供应商主要有英飞凌、富士电气、三菱等,而主要的风电逆变器供应商如艾默生、ABB、西门子和阿尔斯通都选用了英飞凌的方案。

5、太阳能发电随着绿色电力运动势头不减,太阳能的应用即光伏发电、太阳能电池等方兴未艾。为了有效地满足这些产品的需求,电源设计师正通过最少数量的器件、高度可靠性和耐用性,以高效率把太阳能源转换成所需的交流或者直流电压。因此太阳能逆变器就需要控制、驱动器和输出功率器件的正确组合。要达到这个目标,IGBT是作为功率开关的必然之选。

6、高铁及轨道交通轨道车辆中广泛采用IGBT模块构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频(CVCF)逆变器。国外的地铁或轻轨车辆辅助系统都采用方案多样的IGBT器件。德国针对机车牵引需开发适用于750 V电网的1.7 kV IGBT和用于1500 V电网的3.3 kV IGBT模块,简化了牵引逆变器主电路的结构。本的700系电动车组的三点式主变流器.采用大功率平板型IGBT2500V/1800 A),整流器和逆变器的每个桥臂可用1IGBT元件从而使IGBT组件在得到简化的同时,功率单元总体结构也变得紧凑。我国引进法国Alstom公司的200 kmh动车组中,主变流器的开关使用耐压高达6500 V600 AIGBT器件,辅助变流器采用开关频率为1950 HzPWM技术,由3台双IGBT和相关反并联二极管组成,每台双IGBT组成三相中的一相;上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330 VIGBT构成2点式逆变器直接逆变;广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重直-直变换器带高频变压器实现电气隔离;深圳地铁一期采用6个用作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IGBT模块完成牵引逆变功能:天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相直一交逆变器,辅助电源的逆变器采用IGBT元件的逆变器,开关容量为3 300 V800 A

7、电动汽车最关键的瓶颈是电机驱动控制和充放电,这些更离不开由IGBT组成的逆变桥。北京理工大学、天津大学、中科院等机构都在研究电动车的样车、仿真车时都采用了英飞凌(InfenionHybdPACKIGBT功率模块,适用于最大电池电压为450V且功率高达20kW的轻度混合动力汽车。这种模块以英飞凌(Infenion)领先的IGBT沟槽栅场截止技术为基础,可实现较低的开关损耗.HybdPACK 1经过专门设计,长期工作结为150,采用六管三相桥结构,额定值高达400A/600V

8、智能电网广义上讲,风电、光伏发电等都是智能电网电源侧的重要组成部分。在电网部分的高压直流输电、FACTS柔性输电技术,负荷侧的电机变频控制、智能家电产品、LED照明驱动等方面也对IGBT等功率半导体形成了大量的需求。

IGBT/SIC-IGBT等硅基大功率半导体器件测试评价:

1、芯片级阶段--ON-WAFER 探针台与静态图示仪组成封装前电参数特性测试

   适用流程:VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件研究开发阶段的分析测试

          VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件预生产及生产、品质检查、FA不良性分析等工厂生产阶段的测试与分析


2、成品级(封装后工序)器件静态参数测试,输出曲线、耐压与漏电流等静态参数评价

   适用流程:VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件出厂品质检查、FA不良性分析、RMA返厂FA分析等工厂生产后工序阶段的测试与分析

            

3、器件应用层(用户)-- 变流器/变频器等电力电子集成方案研发层面

   适用流程:电力电子产品IQC品质工程师评估VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET 的差异性,评估器件性能。

             电力电子产品研发工程师评估VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET 的差异性,保证研发数据调整。

             电力电子产品研发工程师找出VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET的性能空间,如耐压值等,降低器件成本设计。



IWATSU CS-3000(CS-3100,CS-3200,CS-3300)

CS-3000产品的特点

1、  测试最高峰值电压:3000V

2、  测试最大峰值电流:1000A

3、  支持测试漏电流模式(Leakage),分辨率为1p A

4、  USB及LAN网格接口方便进行数据(图片与EXCEL格式文件)存储与调出。

5、  LAN接口支持设备远程控制

 Iwatsu的半导体特性图示仪CS3000系列是国际顶尖的功率半导体测试设备。它支持峰值电压高达3000V,峰值电流高达1000A的功率半导体测试,但大电流模式与高电压模式不能并行测试。CS3000系列可用于测量功率半导体如IGBT功率器件,也可以用于测试MOSFET功率器件,如晶体管,二极管和LED等相对更简单的器件。

CS-3300独特的WAVEFORM模式,提供了更方便有效的测试条件设定。操作人员可以实时的对当前被测IGBT各极间测试电压、电流波形进行观察,并可以根据测试结果调整相关参数(如:测试所需时间、电压、电流以及测量点),以确保测量结果的准确性与稳定性。

CS-3300系列主机包含有USB接口和LAN接口作为标准配置,方便客户快速、准确的保存测试数据、规档、报告等以往相当繁锁的工作。

 

CS-3000 测试模式与参数全面达到TEK 370/A/B,371/A/B及组件的性能,峰值电压达3000V,峰值电流达1000A

以下是CS-3300的测试样例图:

2075×992

 CS-3300标准配置规格

  测试系统组成:

1、 CS-3300主机

2、 CS-302M测试夹具

3、 CS-500 测试适配器

4、 标准测试连接线材

5、 AUX DC POWER +/-40V,+/-100m A。(包含在主机里)

CS-3300技术指标:

(1)    高电压模式:标准3000V (2500V at AC)/ 极限值3300V  (可订制5000V,10000V测试仪器)

(2)    大电流模式:1000A (脉冲)                            (可订制4000A测试仪器)

(3)    VG控制极电压: +/-40V                                 

(4)    整机基本精度:2%的读数精度+0.05%*DIV调整精度      (出厂新机保证达到或高于此精度)

(5)    支持测试漏电流模式,电流游标分辨率为1pA    

(6)    支持直流模式。测量漏电流条件下,CS-3300独特的DC(直流模式)可极大减小测试误差。             

(7)    可测试IGBT参数包括了ICES、BVCES、IGESF、IGESR、VGETH、VGEON、VCESAT、ICON、VF等直流参数。

(8)    脉冲宽度为50-400uS,并且支持10uS的调整分辨率。

(9)    曲线扫描点数可由20-1000点可选择,精简模式可减少单次测试时间,极大提高测试效率。

(10) WAVEFORM模式支持IGBT器的实际工作状态进行模拟测试。  (请参照本说明书P4第二段描述)

(11) 测试箱支持软件与硬件互锁设计,在高压大电流测试环境下保护操作人员安全。

(12) 含USB接口,支持屏幕信息硬拷贝,数据支持CSV格式,能用EXCEL编辑。

(13) LAN接口,支持设备远程控制。

 

CS-3300的测试器件类型及参数:

岩通计测能够测试诸如IGBT、MOSFET、TRANSISTOR、DIODE等等绝大多数半导体的静态I-V特性,这在保证用户测试元件器件多样性方面有所兼顾,但IGCT与GTO因其本身特别的电气特性决定了CS-3300无法对其V-I特性进行测试。 

可测试IGBT参数包括了ICES、BVCES、IGESF、IGESR、VGETH、VGEON、VCESAT、ICON、VF等直流参数

CS-10800

最大输出电压:10000V/12000V/15000V

最大输出电流:4000A/8000A

CASCADE-IWATSU ON-WAFER 测试方案:

应用范围:IGBT\SIC\DIODE\MOSFET等功率半导体分立器件的封装前性能测试





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