电动汽车用绝缘栅双极晶体管IGBT模块环境.pdf
行分解可分解为扫频振动和随机振动，本项目是在规定试验条件下，检验模块的抗振性中的
随机振动。
条件设置：
由于本标准规定的 IGBT 模块应用于电动汽车，因此振动条件应按照汽车振动条件进行，
所以随机振动条件按照 GB/T 28046.3-2011 的规定，根据 IGBT 模块的安装位置确定其试验条
件。
试验条件：
条件设置：
由于本标准规定的 IGBT 模块应用于电动汽车，车辆运动过程中会受到前后、左右、上
下等各个方向的冲击，本试验按照车辆部件所受冲击的情况进行模拟设定，并根据车辆的冲
击强度按照 GB/T 28046.3-2011 的规定进行试验条件的设定。
试验条件：
模块应经受±X,±Y,±Z 六个方向的机械冲击试验，若无特殊规定，根据安装部位，IGBT
绝缘栅双极晶体管模块环境试验标准可以参考半导体器件和电工电子产品相关的标准， 为此调研了半导体器件标准 GB/T 29332-2012《半导体器件 分立器件 第 9 部分：绝缘栅双 极晶体管（IGBT）》和电工电子产品环境试验系列标准 GB/T 2423.1《电工电子产品环境试 验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温》、GB/T 2423.2《电工电子产品环境试验 第 2 部分： 试验方法 试验 B：高温》、GB/T 2423.5《电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试 验 Ea 和导则：冲击》、GB/T 2423.10《电工电子产品环境试验第 2 部分：试验方法 试验 Fc：
（1）扫频振动试验
试验目的：
车辆运行工况较为复杂，需要经历较为严酷的振动环境和机械冲击环境，将振动环境进
行分解可分解为扫频振动和随机振动，本项目是在规定试验条件下，检验模块的抗振性中的
扫频振动。
条件设置：
由于本标准规定的 IGBT 模块应用于电动汽车，因此振动条件应按照汽车振动条件进行，
所以扫频振动条件按照 GB/T 28046.3-2011 的规定，根据 IGBT 模块的安装位置确定其试验条
模块的机械冲击严酷程度和冲击次数应参照 GB/T 28046.3—2011 的规定。
为推动国内汽车行业以及国内功率模块行业统一汽车级 IGBT 功率模块认识，建立行业 统一认证标准，工信部下达了 QC/T《电动汽车用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块环境试验 要求及试验方法》（计划号 2015-0227T-QC）制定计划。 1.2 前期研究及任务来源
根据行业发展以及电机系统标准体系需要，起草组申报并着手开展《电动汽车用绝缘栅 双极晶体管（IGBT）模块环境试验要求及试验方法》（计划号 2015-0227T-QC）标准制定工 作。主要包括：
IGBT 模块应经受 X，Y，Z 三个方向的随机振动试验，若无特殊规定，根据安装部位，
IGBT 模块的随机振动严酷度和试验持续时间应参照 GB/T 28046.3-2011 的规定。
（3）机械冲击试验
试验目的：
车辆运行工况较为复杂，需要经历较为严酷的振动环境和随机振动，本项目是在规定试
验条件下，检验模块的抗振性中的机械冲击。
1）认真分析欧洲、日本等国际主流模块厂家汽车级 IGBT 模块环境试验相关标准，同时 与相关负责的技术工程师针对标准细节进行了细致交流，深入了解和理解了汽车级 IGBT 模 块环境试验的项目和试验方法；
2）积极与国内汽车行业和 IGBT 模块相关行业交流汽车电子和 IGBT 模块传统工业环境 试验相关标准，进一步理解汽车环境试验的特殊性和 IGBT 模块与汽车电子测试的差异性。 1.3 主要工作过程
（二）标准编制原则和主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、 检验规则等）的论据，解决的主要问题，修订标准时应列出与原标准的主要差异和水平对 比
1） 编制原则 本标准的编制是为我国电动汽车企业提供能够评价汽车级 IGBT 模块试验环境要求的统 一标准，从而推动国内行业汽车级产品推广和技术升级，保证国内行业与国际厂家同平台竞 争，同时为汽车厂家和汽车零部件厂家筛选高可靠汽车级 IGBT 模块器件判断提供了参考。 2） 适用范围 本标准规定了电动汽车用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块环境试验要求和试验方法。 本标准适用于电动汽车用 IGBT 模块。 3） 总体思路 不同领域用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块的一个突出区别是环境试验，在汽车应用领 域，国际主流模块厂家都制定了自身的环境试验标准，但这些厂家标准也不统一。这些主流 厂家针对功率模块环境试验标准的测试项目是统一的，差别在于试验条件制定的不同，基于 此，本标准在充分调研国际主流功率模块环境试验标准基础上，同时结合搭载模块电机控制 器环境试验要求和电工电子产品环境试验标准制定电动汽车用绝缘栅双极晶体管模块环境 试验要求和试验方法。 3）试验规程 标准总体按照试验准备、试验项目实施，以及试验后接受评价顺序进行试验，其中每项 试验项目都按设定试验条件、依照试验方法和试验程序进行试验实施。标准主要试验项目包 括扫频振动试验、随机振动试验、机械冲击试验、高温阻断试验、高温栅极偏置试验、高温 高湿阻断试验、功率循环试验、温度循环试验、温度冲击试验、低温贮存、高温贮存、焊接 温度试验和可焊性试验，本标准中的试验项目设置主要是根据国内外 IGBT 模块生产商和国 内主机厂对 IGBT 模块的要求，同时参考了 GB/T 29332 的试验项目进行规定。 试验条件： 本标准中规定了扫频振动、随机振动和机械冲击三个项目，考虑到 IGBT 模块的应用环 境主要在车辆（电动车辆）上，而目前尚没有电动车辆振动和冲击环境要求的标准，并且电 动汽车电气及电子系统或部件标准多采用 GB/T 28046.3，该标准考虑了搭载整车不同位置 的振动要求，可以支撑搭载整车不同位置 IGBT 模块的振动考虑，因此对于以上三个项目本 标准引用 GB/T 28046.3 的相关条件要求进行规定。
振动（正弦）》、GB/T 2423.22《环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 N：温度变化》、GB/T 2423.28 《电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 T：锡焊》和 GB/T 2423.50 《环境试 验 第 2 部分：试验方法 试验 Cy：恒定湿热 主要用于元件的加速试验》。
件。
试验条件：
IGBT 模块应经受 X，Y，Z 三个方向的扫频振动试验，若无特殊规定，根据安装部位，
IGBT 模块扫频振动的严酷度和试验持续时间应参照 GB/T 28046.3-2011 的规定。
（2）随机振动试验
试验目的：
车辆运行工况较为复杂，需要经历较为严酷的振动环境和机械冲击环境，将振动环境进
其他项目的试验条件充分对标国际主流汽车级 IGBT 模块厂家，结合国内汽车厂和模2 中的特性参数按照 GB/T 29332 的规定进行测量并记录，具
体试验方法根据试验项目不同，按照 GB/T 2423 系列部分标准、GB/T 29332 和 IEC 60749-34
序号
特 性参数
接受判据
1
外观
达到外观检查要求
2
ICES
3
IGES
4
VGE(th)
＜USL ＜USL ＞LSL ＜USL
5
VCEsat
＜USL
6
Rth
＜USL
注：USL——数据手册上限值；LSL——数据手册下限值。
b）环境试验条件
测量条件
规定的VCE 规定的VGE 规定的VCE和IC 规定的IC 规定的IC
的规定进行，试验完成后再次对特性参数进行测试，并进行记录。
试验结束后按照 5.1 和 5.2 的要求对试验结果进行判定。
试验项目：
4）试验条件和评价准则 a）评价准则 外观要求： 试验装配前与试验拆卸后的主要检查项目和要求包括： —— IGBT 模块壳体无破损； —— IGBT 模块连接端子无变形、无氧化； —— IGBT 模块的连接可靠； —— IGBT 模块紧固件无松脱现象。 特性参数要求：
按工作部署部署，QC/T《电动汽车用绝缘栅双极晶体管模块环境试验要求及试验方法》 标准制定工作于 2017 年正式启动，以下是主要工作过程：
2017 年 3 月，在天津市召开了电动汽车用驱动电机标准研究工作组会议，会上对 标准的标准原则、编制方案和标准框架做了首次介绍，会议要求：
（1）以满足行业管理需求为出发点，力求简洁实用，达到筛选电动汽车用绝缘栅双极 晶体管（IGBT）模块的目的； （2）尽快启动标准草案研究和起草工作。 2017 年 6 月，在成都市召开了电动汽车用驱动电机标准研究工作组会议，会上就 标准框架、标准内容中的试验项目、试验条件和试验方法展开了交流和讨论，会议最终 要求：针对会议提出问题进行确认、修改和完善； 2018 年 1 月，在天津市召开了电动汽车用驱动电机标准研究工作组会议，会上就 标准试验项目、试验条件和试验方法进行了交流讨论，会议最终要求：针对会议提出问 题进行确认、修改和完善； 2018 年 7 月，在昆明市召开了电动汽车驱动电机标注研究工作组会议，会上就标
《电动汽车用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块环境
试验要求及试验方法》编制说明
（一）工作简况（包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和工作组成员及其所 做的工作等 1.1 背景
随着国家能源战略导向、油耗政策的影响，电动汽车将在未来占据更大市场，驱动电机 系统的地位和传统发动机持平甚至可能取而代之。据发改委的调查数据，2015 年国内主要 的 12 家电机和控制器企业，其产能已经达到 70 万套/年，而 2016 年的电动汽车产销量已达 50 万辆。中国不但是传统汽车产销量第一，而且也是世界上最大的电动汽车市场。
国标委发布的《半导体器件 分立器件 第 9 部分：绝缘栅双极晶体管（IGBT）》标准是 使用翻译法等同采用 IEC 60747-9 的标准，该标准定位为一般通用标准，适用于绝缘栅双极 晶体管（IGBT）分立器件，标准给出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）的术语、文字符号、基本 额定值和特性以及测定方法、部分可靠性试验项目和试验条件等产品特定要求，但未对绝缘 栅双极晶体管（IGBT）模块、模块不同应用（工业、汽车等）下的可靠性试验项目和试验条 件给出定义，为此，针对电动车用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块环境试验要求和试验方法 就尤为重要。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 1.7 绝缘栅双极型晶体管
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
3、IGBT的主要参数
（1）最大集射极间电压UCEM： IGBT在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最高
电压。 （2）通态压降：
是指IGBT在导通状态时集电极和发射极之间的管压降。 （3）集电极电流最大值ICM：
IGBT的 IC增大，可至器件发生擎住效应，此时为防 止 发生擎住效应，规定的集电极电流最大值ICM。 （4）最大集电极功耗PCM：
IGBT于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快而且 很有前途的一种混合型器件。
目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电 压等级达4500V，工作频率达50kHZ。
在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它高速低
损耗的中小功率领域，IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市场。
图1.7.4 IGBT的开关特性
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
2、IGBT的开关特性
（2）IGBT的关断过程
❖ 关断延迟时间td(off) ：从UGE后沿下 降到其幅值90%的时刻起，到ic下降 至90%ICM 所需的时间。
❖ 电流下降时间：if从90%ICM下降至 10%ICM 所需的时间。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
2、IGBT的开关特 （1）IGBT的开通过程：从正
向阻断状态转换到正向导通 的过程。 10开%U通C延EM迟到时10间%tIdC(Mon所) ：需IC时从间。 10%电IC流M上上升升至时9间0%tr I：CMI所C从需时 间。 开通时间ton ：
ton = td(on) + tr
IGBT也属场控器件，其驱动原理与电 力MOSFET基本相同，是一种由栅极电压UGE 控制集电极电流的栅控自关断器件。
IGBT在新能源电动汽车中的应用全面解析
IGBT在新能源电动汽车中的应用全面解析
1、IGBT定义
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品
2、IGBT的用途
IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，应用于直流电压为600V及以上的变流系统如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。
封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上
3、IGBT模块的特点
IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点
当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块
4、用最简单的语言概括IGBT的功能和作用
控制能源的变换和传输
5、为什么电动汽车需要IGBT?
IGBT的作用是交流电和直流电的转换，同时IGBT还承担电压的高低转换的功能。
外界充电的时候是交流电，需要通过IGBT转变成直流电然后给电池，同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。
电池放电的时候，把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。
IGBT是功率半导体器件，可以说是电动车的的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(五)
为 低 电 平 时 ，Ａ点 为高 电平 ，晶 体 管Ｖ 向偏 置 Ｔ正 导通 ，晶体管 Ｖ ２ 止 ，负偏 置 电压通 过 晶体 管Ｖ Ｔ截 Ｔ 和驱 动 电阻Ｒ 加到 Ｉ Ｂ 上 驱 动栅 极 ，使Ｉ Ｂ 关 断 。 Ｇ ＧＴ ＧＴ 同时 ，为 了 消除 可 能 出现 的栅 极 电压 的振荡 现 象 ． 在Ｉ Ｂ 的栅 极 和发 射 极 之 间 并 联 了一个 冗 阻尼 电 ＧＴ 路。
检 测 。对 Ｉ Ｂ 而 言 ，常用 的过 电流 检测 方 法有 两 ＧＴ
６２ Ｉ Ｂ 的保 护 电路和 缓冲 电路 ． Ｇ Ｔ
种 ：电流 传感 器检测 法 与Ｉ Ｂ 的饱 和压降 检测法 。 ＧＴ
电力 电 子 电 路 工作 时 ，由 于外 部 原 因或 操 作
① 电流传感器检测法 通过在 电路中加入 电流
体 管 Ｖ 关 断 ，在 正 电源 的作 用 下 ，经 过 电 阻 ， Ｆ
晶体 管Ｖ ２ Ｔ 的基极 一 发射 极 有 了偏 置 电流 ，Ｖｒ 速 ｒ迅 ２ 导 通 ，经过 栅 极 驱 动 电 阻Ｒ ，Ｉ Ｂ 得 到正 偏 置 电 。 ＧＴ 压 而 导 通 。 当 为低 电平 时 ，发 光 二极 管 上 没 有 电流 流过 。作 用 过程 相 反 ，Ｖ Ｔ导通 使 得Ｖｒ 通 ， ｒ导 ３
传 感 器 ，通 过 检 测 电路 中 的 电流 ，判 断Ｉ Ｂ 是 否 ＧＴ 过 电 流 。通过 此 方 法 可 以对 电路 的 各 种 短 路 状态 进 行 检 测 和 区分 ，从 而 根 据 不 同 的短 路 状 态 采 取 不 同 的保 护 策 略 。减 小 由 于 电路 异 常 所 造 成 的损
一
一 一
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作原理、基本特性、主要参数
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的工作原理、基本特性、主要参数绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种复合型电力电子器件。
它结合了MOSFET和电力晶体管GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低、耐压高和承受电流大的优点，因而具有良好的特性。
自1986年IGBT开始投入市场以来，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR和一部分MOSFET的市场，成为中、小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。
IGBT的结构与工作原理IGBT是三端器件。
具有栅极G、集电极C和发射极E。
图1（a）给出了一种由N 沟道MOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT的基本结构。
与MOSFET对照可以看出，IGBT比MOSFET多一层P+注入区，因而形成了一个大面积的PN结J1。
这样使得IGBT导通时由P+注入区向N基区发射载流子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。
图1 IGBT的结构、等效电路和电气符号从图1可以看出，这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的PNP晶体管，RN为晶体管基区内的调制电阻。
因此，IGBT 的驱动原理与MOSFET基本相同，它是一种场控器件，其开通和关断是由栅射电压uGE决定的，当uGE为正且大于开启电压UGE（th）时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。
上述PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT，其电气图形符号如图1（c）所示。
IGBT在新能源汽车中的应用(上)
◆文/山东 刘春晖IGBT 在新能源汽车中的应用(上)近年来，新型功率开关器件IGBT(图1)已逐渐被人们所认识，IGBT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(图2)，IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写形式，是绝缘栅双极型晶体管。
与以前的各种电力电子器件相比，IGBT具有以下特点：①高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；②高速开关特性，导通状态低损耗。
IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看作导线，断开时当作开路。
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，是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，IGBT在综合性能方面占有明显优势，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。
图1 IGBT外形一、IGBT的应用领域及现状1.IGBT的应用领域IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看作导线，断开时当作开路。
三大特点就是高压、大电流、高速。
它是电力电子领域非常理想的开关器件，不同公司的IGBT如图3所示。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT的应用领域很广，如工业领域中的变频器，家用电器领域的变频空调、洗衣机、冰箱，轨道交通领域的高铁、地铁、轻轨，军工航天领域的飞机、舰艇以及新能源领域的新能源汽车、风力发电等都有非常广泛的应用。
电力电子器件知识讲座(八)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(二)
电压
与集 电极 电流， 积 的积分 为Ｉ Ｂ 每 开通 一次 所损 ｃ 乘 ＧＴ 耗 的 能 量 。开通 损 耗 随 电流 增 加 而 增 加 ，如 图 １ ５
所示。
３６ Ｇ Ｔ ． Ｉ Ｂ 的损耗 特性
ｌ Ｂ 在 开 关过 程 并 不 是 瞬 间完 成 的 ，而 是 需 ＧＴ
收 稿 Ｅ 期 ：０ １ ０ － ６ ｔ ２ １ — ６ ０
撇 艏 增
在 Ｉ Ｂ 芯 片 中 ，各个 不 同 电极 之 间都 有 一 定 ＧＴ
可 以看 出 ，随 着 驱动 电阻 的增加 ，Ｉ Ｂ 的 等效 寄 ＧＴ
驱 动 电阻尺 ／ 。Ｑ
一
生 电容 有减小 的趋 势 。
图 １ Ｉ Ｔ￣ 电 容 示 意 图 ４ ＧＢ
汗 扯
一
（ｃ ０ ｆ ｌ Ｕ ￣ Ｖ， ＝ ＭＨｚ ＝ ５ ＝ ， ２ ℃）
利 用 电导 调 制 效 应 ， 因此 Ｉ Ｂ 的饱 和 压 降 较 小 ， ＧＴ 约 为 １ ￣ Ｖ。Ｉ Ｂ 的饱 和压 降 ＵＥｆ ．３ ５ ＧＴ Ｃｓ ａ ｌ １与集 电极 电
Ｉ Ｂ 每关 断 一 次 所 损 耗 的 能量 。关 断损 耗 取 决 于 ＧＴ Ｉ Ｂ 的 关 断 特 性 设 计 ， 与饱 和 压 降有 折 中关 系 。 ＧＴ 由 于Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ的关 断 与 内部 寄 生 晶 体 管 的关 断 有 关 ， 因此 与功率 ＭＯ Ｆ Ｔ 比 ，关 断 时 间较 长 ，Ｉ Ｂ 的 ＳＥ 相 ＧＴ
咆 咆 画静细砜国磨 （ 八ｌ
一绝
缘 栅 双 极 型 晶 体 管 （ Ｂ ）二 Ｉ Ｔ （） Ｇ
供 乔 恩 明 薛玉 均 刘 敏 （ 稿 ）
及 一 童
（ 上接 第１ 期 第５ 页） ０ ６
汽车应用中的IGBT功率模块
汽车应用中的IGBT功率模块诸如高环境温度、暴露于机械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，要求对IGBTIGBT 功率模块功率模块的机械和电气特性给予特别的关注，以便在整个使用寿命期间能确保其性能得到充分发挥，并保持很高的可靠性。
本文对IGBT的功率和热循环、材料选型以及电气特性等问题和故障模式进行了探讨。
各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管（IGBT），设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。
图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。
商用电动车（EV）和混合动力电动车（HEVHEV）的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。
EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。
根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件（振动和冲击）的考验。
为向汽车设计人员提供高可靠性的标准工业IGBT模块，IGBT设计人员必须特别小心地选择材料和设计电气特性，以得到相似甚至更好的结果。
热循环和热冲击试验在热循环（TC）期间，待测器件（DUT）交替地暴露于被精确设定的最低和最高温度下，使其管壳的温差（ΔTC）达到80K到100K。
DUT处于最低和最高温度的存储时间必须足以使其达到热平衡（即2到6分钟）。
此项试验的重点是检测焊接处的疲劳特性。
通过更严格的试验，还可以研究其它部分（如模块的框架）所存在的弱点。
热冲击试验（TST），也被称作二箱试验，是在经过扩展的ΔTC的条件下进行的，例如从-40-C 到+150+C，其典型的存储时间为1小时。
图1：包括基板在内的IGBT模块构架示意图。
功率循环在热循环/热冲击试验过程中，从外部加热DUT，而在功率循环（PC）期间，DUT被流经模块内部的负载电流主动地加热。
IT绝缘栅双极晶体管
❖ 开通延迟时间td(on) ： 10%IICC从M所10需%U时C间EM。到
❖ 电流上升时间tr ： 90%ICI从CM1所0%需I时CM间上。升至
❖ 开通时间ton ：
•
ton = td(on) + tr
图3.7.3 IGBT的开关特性
25.06.2020
✓ IGBT的伏安特性分为:截止区、有源放大区、饱和 区和击穿区。
图3.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性
25.06.2020
32
当MOSFET的导电沟道充分 开启，IGBT的集电极电流主 要由钉二极管部份决定，其
通态伏安特性为指数函数， 而VMOS和GTR皆为线性关 系。因此，在同样的耐压下， 使用IGBT比使用VMOS和 GTR更容易通过较大电流， 获得更大的功率输出。如对 于600V等级的器件，IGBT能 够承受的最大电流密度一般 是VMOS的20倍，是GTR的5 倍左右。
1、基本结构
IGBT每个器 件单元实际 上就是 MOSFET和 双极晶体管 BJT的组合
集电极 C
铝栅结构IGBT
硅栅结构IGBT
MOSFET
• IGBT的构造和功率MOSFET的对比 如左图所示。IGBT是通过在功率 MOSFET的漏极上追加p+层而构成 的，从而具有以下特征。
• 1电压控制型元件
IGBT的伏安特性与GTR 类似，不同之处是，控 制参数是门源电压VGS， 而不是基极电流，伏安 特性分饱和区（Ⅰ）、 放大区（Ⅱ）和击穿区 （Ⅲ）。如果无N+缓冲 区，正反向阻断电压可 以做到同样水平，但加 入缓冲区，反向阻断电 压只有几十伏。
31
IGBT的伏安特性
IGBT
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。
图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT 的工作特性包括静态和动态两类：1 ．静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
IGBT模块
IGBT模块工作原理及使用中的注意事项来源： | 发表于：2009年04月13日1 IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
实物图图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。
其相互关系见下表。
使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。
同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。
特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。
3 使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。
由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。
因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。
因此使用中要注意以下几点：1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸；2.在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；3.尽量在底板良好接地的情况下操作。