IPM原理及测试方法.ppt

1.IPM的定义及基本结构框图 IPM即智能功率模块（Intelligent Power Module），是一种把功率开关器件和门极驱动电路集成在一起的电力集成电路，其在电力电子领域的应用非常广泛。在IPM中不仅集成了高效的功率开关器件（MOSFET，IGBT）和优化过的门极驱动电路，往往还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路。 * 3.2高压漏电流（IDSS）测试 高压漏电流（IDSS）的测试也包括两部分，即IPM内置功率开关器件处于关闭状态下的CE漏电流测试和IPM内置HVIC的高压端（VS）漏电流测试，测试时的外围线路连接与击穿电压测试时完全相同，也就是在功率开关器件的CE之间和VS对COM之间加上额定的高电压，测试此时高电压流出的漏电流。 3.3正向导通电压（VDSON）测试 正向导通电压是指IPM内置功率开关器件（IGBT）处于开启状态时，当CE之间流过一定值电流后，C极与E极之间的电压差。 以FSB20CH60为例，正向导通电压测试图如下： 上图为FSB20CH60上桥臂IGBT的导通电压测试图，其中IGBT的C极接高压，E极接地，IN脚接入高电平，使IGBT处于导通状态，然后使用电子恒流源给IGBT灌入额定值的电流，然后测试IGBT C极与E极之间的电压差值。 3.4反向导通电压（VSD）测试 反向导通电压是指IPM内置功率开关器件（IGBT）处于关闭状态时，当从续流管流过一定值电流后，续流管两极之间的电压差。 以FSB20CH60为例，反向导通电压测试图如下： 上图为FSB20CH60S上桥臂反向导通电压测试图，其中IGBT处于关闭状态，然后从IGBT的E极灌入额定的电流值，C极接地，此时IGBT E极与C极之间的电压差值即为反向导通电压。 3.5 HVIC高侧静态电流(IBS)测试 HVIC高侧静态电流是指HVIC在正常工作时，VB和VS之间流入的电流，需要在IN脚输入电平在高低两种电平条件下分别进行测试。测试图如下： 高压侧静态电流（IBS）是一项非常关键的参数，由于IPM在正常工作时，上桥臂IGBT的开启必须通过电荷泵自举的方式进行供电，因此给HVIC的高压侧供电的实际上是VB-VS之间的电容。由于客户从成本角度考虑，往往使用容值很低的电容作为VB-VS之间的电容，这样就对IBS提出了要求，如果IBS很大，那VB-VS电容将无法提供足够的电流，从而导致上桥臂的IGBT无法开启。 自举时系统工作图如下： 3.6 热阻(R?JC)测试 热阻是表征IPM电路散热性的重要参数，由于IPM往往内置多个功率器件，因此对于散热的要求非常高，如果电路的热阻不佳，将导致功率器件产生的热量无法及时散发，使IPM内部的电路处于高温的工作状态，这将使IPM的使用寿命和性能都受到影响。 热阻的精确测试需要购置专用的仪器，这里将介绍一种简易的测试方法，虽然无法很精确的定量测试出热阻值，但可以定性地表征出IPM的热阻特性，尤其是可以用于不同产品之间的对比。 以FSB20CH60为例，热阻测试图如下： 如上图所示，首先使所有的6路输入为高，将6个IGBT全部打开。然后使用恒流源向IPM灌入额定的电流，电流通过IPM直接流入GND，这样将使所有的耗散功率都在加在IPM之上，通过调节恒流源的输出电流I，将可以得到不同的耗散功率P，然后测试不同P下面的IPM表面温度T，这样就可以得到P-T曲线，用于表征IPM热阻特性。 3.7 上升沿时间（Tr）和下降沿时间(Tf)测试 上升沿时间和下降沿时间是指IPM在工作状态时，输出口电压波形从0V上升到最高点所需的时间和从最高点下降到0V所需的时间，是表征功率开关器件开关特性的重要参数。 以SD05M50为例，测试图如下： 如上图，主要测试SD05M50下桥臂MOSFET的上升沿时间和下降沿时间，对于IPM而言，MOSFET的上升沿时间和下降沿时间可以通过内置HVIC的输出口阻抗来进行调整，不同的沿时间可以形成不同规格的IPM，对于上升沿时间和下降沿时间的调整必须十分慎重，时间过短将造成对功率器件较强的电流冲击，使功率器件容易损坏，同时也会对系统中的其他部件产生较强的干扰；而时间过长则会造成功率器件开关损耗变大，导致功率器件发热量变大。 3.8 上升延迟时间（Ton）和下降延迟时间(Toff)和 (Trr)测试 上升延迟时间和下降延迟时间是指IPM的输出口的上升沿和下降沿对于输入信号的延迟时间。 反向恢复时间主要是指与功率开关器件并联的二极管的反向恢复时间。简