IGBT模块封装及车用变流器设计与验证讲解.ppt

IGBT模块封装及车用变流器设计与验证 中国科学院电工研究所 电动汽车技术研究发展中心 孔亮 中科院电动汽车研究中心成立于1997年，从“九五”以来，承担了20余项国家、院、北京市和企业委托的电动汽车车用电机驱动系统等科技攻关课题，是国内重要电动汽车电气系统研发团队。中心拥有国内一流的电动汽车车用电气系统研发条件，包括电子电路实验室、环境试验室和动/静态功率试验台等 。 电工所电动汽车驱动技术研究发展中心 高功率密度的驱动控制器技术 掌握电力电子与温度场设计关键技术 三维CAD设计技术 功率循环和冷却实验 电机温度场分析与设计 机械强度分析 3D CAD 车用永磁电机设计技术 电机电磁场分析与设计 电 机: digital vector controlled IM 最高车速: 114km/h 里 程: 260km （50km/h cruise） 电机功率: 18kw/50kw 车 重: 1575kg（No-load） 1850kg（full load） 国家攻关项目 (2000年) “九五” 电机驱动主要工作 中国第一台燃料电池轻型客车 (2001年) 能源: PEMFC+LA With 30KW DC/DC converter 电机: 27kW IM drive system 最高车速: 60.2km/h 尺寸 :7025mm 2225mm 2750mm 重量 : 5420kg（No load） 5928kg（Full load） “九五” 电机驱动主要工作 将全数字交流异步电机系统技术应用于奥运示范公交车运行 121线纯电动大客车公交示范运营(2005.6-至今) 满载重量- 约17吨最高车速- 80Km/h；续驶能力-150/200Km “十五”以来电机驱动的主要进展 北汽合作 “EVT深度混合动力陆霸SUV汽车” 具有原始创新性 基于双机械端口电机的电力无级调速系统利用双机械端口电机的两个机械自由度和两个电端口的控制，实现无级调速，实现内燃机工况的最优化，是具有原始创新的技术，打破国外技术垄断。 攻克了电机设计与控制、内转子冷却、内外电机解耦等核心问题。 整车动力性测试 实验结果 100km/h加速时间 28.99s 最高车速 122.5km/h 爬坡实验 30%标准坡道 EVT混合动力汽车动力性能测试结果 基于双机械端口电机的深度混合动力 “十五”以来电机驱动的主要进展 研究需求 建立IGBT综合测试平台 为客户提供权威的IGBT模块第三方测评服务 基于此测试平台进行关键工艺技术的研究 开展针对特定行业的IGBT测试技术、测试标准研究 IGBT第三方检测中心 中科院电工所申请电驱动系统大功率电力电子器件封装技术北京市工程实验室得到批复，将以关键工艺研发、可靠性检测和封装设计为研究目标，建立： 国家级高压大功率IGBT模块产品检测中心 、高压大功率电力电子器件封装技术平台和高压大功率电力电子模块应用技术平台。 国家重大科技专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”（“02专项”）“高压IGBT模块产品测试与考核公共平台建设”。 平台： 电气性能测试实验室； 可靠性测试实验室。 科研工作： 高压大功率电力电子模块产 品质量检测与服务 高压大功率电力电子模块产品检测中心 全面建成后的电气性能测试实验室将基本具备覆盖全电压范围、全电流范围的IGBT全参数测试能力。 静态参数（最高电压7000V/最大电流4000A） 动态参数（最高电压4500V/最大电流4000A） 杂散参数 雪崩耐量 稳态热阻 绝缘测试 电磁辐射 全面建成后的可靠性测试实验室将全面满足GB/T、GJB以及MIL STD、IEC、DIN 等国际标准中对半导体器件可靠性测试的要求。 气候环境测试 寿命老化测试 机械环境测试 IGBT模块封装 IGBT模块封装设计仿真需求 IGBT模块封装设计 1.电气特性设计 多芯片均流设计 杂散电感计算 EMI/EMC设计 2.热特性设计 温度分布和最高结温 3.机械特性设计 热应力 耐冲击 电磁力 基于simplorer FF1200R17KE3模块的行为模型建模及实验验证 转移特性仿真电路 伏安特性仿真电路，Vge=15V Vge Datasheet 仿真模型 Value（Vce=2V） Value（Vce=3V） Error（%） 20 1000A 980A 0.2% 15 800A 800A 0.0% 12 700A 680A 0.28% 10 580A 520A 10.3% 基于si