Установка для определения электротепловых параметров и характеристик мощных транзисторов MOSFET и IGBT Автор проекта:А. Е. Лысенков

Актуальность 1. В настоящее время мощные транзисторы MOSFET и IGBT являются главными элементами силовой электроники. 2. Опыт их эксплуатации показывает, что MOSFET и IGBT одни из самых ненадёжных приборов в электронике. 3. Наиболее эффективный способ повышения надёжности силовых полупроводниковых приборов подбор по электротепловым параметрам. На данный момент в отечественной промышленности нет методик и оборудования, позволяющих осуществлять контроль качества транзисторов. 4. Создание и внедрение методов контроля качества и подбора мощных MOSFET и IGBT, а также технических средств позволит: увеличить надёжность транзисторов и преобразователей; сократить расходы на обслуживание преобразователей и эксплуатацию приборов, снизить материальный ущерб в результате уменьшения количества отказов.

Цель проекта Создание высокопроизводительного диагностического оборудования для контроля качества силовых транзисторов с полевым управлением MOSFET и IGBT по электротепловым параметрам и характеристикам.

Научная новизна 1. Разработаны математические модели силовых транзисторов с полевым управлением для исследования электротепловых процессов, протекающих в них при эксплуатации. 2. Разработан метод определения значений электротепловых параметров мощных транзисторов MOSFET и IGВТ.

Математическая модель ТПУ МЭП – модель электрических процессов (r DS(on) – сопротивление канала в открытом состоянии, ДТ – датчик тока, ДН – датчик напряжения, УМ – умножитель). ТМ – тепловая модель (R thd и C thd – тепловое сопротивление и теплоёмкость кристалла, R thh и C thh – корпуса, R ths и C ths – теплостока). где Tj – температура кристалла; a, b, с – коэффициенты.

Функциональная схема измерительного комплекса 1. Устройство реализовано с помощью средств, предлагаемых компанией National Instruments. 2. Программная часть выполнена в среде графического программирования LabVIEW. 3. Связь ПК с аппаратной частью осуществляется с помощью универсальной платы сбора данных NI PCI ПК персональный компьютер; ФИН формирователь импульса напряжения; УД управляющий драйвер; VT испытуемый прибор; ДТ датчик температуры; СБ согласующий блок; ФГТ формирователь греющего тока; Рис. 1 Функциональная схема комплекса

Макет разрабатываемого диагностического комплекса

Гистограммы распределений величин параметров и характеристик группы транзисторов Tj = 25 0 CTj = 75 0 CTj = C

1. Заводы изготовители: а) ОАО «Электровыпрямитель», б) группа предприятий «Ангстрем», в) ОАО «ОКБ Искра», г) ЗАО «Группа-Кремний» и др. 2. Большое количество предприятий, занимающихся разработкой и созданием электрических преобразователей и систем управления на основе MOSFET и IGBT. Потенциальные потребители

Использование программно-аппаратного измерительного устройства позволит: 1) при разработке и проектировании транзисторов уточнять величины основных электротепловых параметров и характеристик разрабатываемых приборов; 2) при серийном выпуске транзисторов осуществлять их сплошной контроль и вести отбраковку потенциально ненадёжных приборов, что позволит на порядок снизить интенсивность их отказов; 3) при изготовлении преобразователей контролировать и подбирать приборы по электротепловым параметрам и характеристикам; 4) при эксплуатации преобразователей на стадии входного контроля осуществлять дополнительный подбор приборов по электротепловым параметрам и характеристикам вместо отказавших приборов и отбраковывать потенциально ненадёжные. Все эти меры обеспечивают существенное снижение будущих затрат на последующее обслуживание и ремонт преобразователей. Заключение