Лаборатория силовых полупроводников Infineon добилась двойного успеха - более высокой производительности и сверхвысокой точности с B

Введение: Дорогостоящий узкое место, мучающее лаборатории по силовым полупроводникам

Тестирование на циклическую нагрузку является обязательным для инверторов электромобилей, ветряных преобразователей, железнодорожных приводов и солнечных энергетических модулей. Но вот жесткая правда: стенды для тестирования на циклическую нагрузку являются самой большой капиталовложенной затратой в инновационном центре Infineon в Варштейне, Германии.

Каждый силовой модуль (с током от нескольких ампер до 3 000 А) сначала требует калибровки температурных характеристик TC. Эта кривая определяет температуру перехода — основную метрику для всех тестов на надежность. Годы назад Infineon полагалась на полностью ручные калибровочные установки, и проблемы накапливались быстро:

• Более 1 часа ручной настройки на каждую партию тестов

• Риск человеческих ошибок при регистрации напряжения/тока

• Невозможность бесперерывной работы ночью без присмотра

• Медленное охлаждение печи, задерживающее последующие тесты

Команда лаборатории знала, что им нужен полный переход на автоматизацию, и открытая стек технологий управления на базе ПК Beckhoff стала их революционной решением.

Автоматизированный стенд для тестирования: как TwinCAT + EtherCAT преодолели пределы точности

1. Ядро высокоразрешительного измерения: терминалы EtherCAT ELM3xxx

Звездным оборудованием здесь является терминал измерения EtherCAT ELM3102-0100, обладающий 24-разрядным разрешением и точностью измерения 0,01%. Во время калибровки до 32 мощных модуля помещаются в термостатированные печи, регулируемые по протоколу TCP/IP + TwinCAT. Как только устанавливается термическое равновесие, терминал фиксирует контактные напряжения модулей с несравнимой стабильностью — данные эталона калибровки совпадают со значениями эталонного стандарта с точностью до шести знаков после запятой.

2. Гибкий контроль тока для всех типов модулей

Терминалы привода LED Beckhoff EL2596 обеспечивают регулируемый ток измерения от 10 мА до 500 мА, а терминалы питания EL9560 обеспечивают изоляцию каналов.

• Точность тонкой настройки: ±0,1 мА с помощью шунтирующих резисторов

• Естественная совместимость с специальными модулями с низким током, требующими только 1 мА входного тока

• Без труда работает с диодами, IGBT и SiC MOSFET без длительной пере настройки

3. Плавное взаимодействие TwinCAT ↔ LabVIEW

Вся система работает на встроенных контроллерах CX5140 с двумя параллельными средами выполнения:

1. TwinCAT 3 управляет реального времени работой печи, вводом/выводом и контролем тока

2. LabVIEW Runtime используется для визуализации данных, расчета кривых и лабораторных операций

Интерфейс TF3710 TwinCAT 3 для LabVIEW действует как двунаправленный мост данных. Инженеры сохраняют привычный рабочий процесс в LabVIEW, имея доступ ко всем высокоскоростным сигналам реального времени EtherCAT из TwinCAT — не жертвуя ни удобством лабораторного программного обеспечения, ни производительностью промышленного управления.

Реальные преимущества лаборатории: цифры, которые сами за себя говорят

После полного внедрения тестовая лаборатория в Варштейне компании Infineon достигла значительных улучшений в работе:✅ Сэкономлено 1 час на ручную настройку в каждом тестовом цикле✅ Удвоено дневное количество тестов: 2 полных партии вместо 1✅ Непрерывные ночные тесты существенно сокращают время простоя оборудования✅ Управление дверью печи с помощью TwinCAT ускоряет охлаждение, повышает скорость смены партий✅ Резкое увеличение OEE (Общая эффективность оборудования) для дорогостоящего тестового оборудования

Для лаборатории, которая выступает в роли внутреннего поставщика услуг для исследовательско-разработческих команд, более быстрый пропускной способ означает соблюдение жестких сроков поставки прототипов без потери точности тестирования.

Совместная настройка и будущие расширения

Этот проект не был просто внедрением готового оборудования — тесное совместное развитие между Infineon и Beckhoff позволило получить индивидуальные улучшения производительности. Даже десятикратный прирост точности управления был внедрен с помощью стандартных обновлений прошивки, избавившись от дорогостоящей перепроектировки специального оборудования. Полный шкаф управления прошел обязательную сертификацию CE, что является важным требованием для поставщиков автомобильных полупроводников.

План обновлений уже определен:

1. Автоматическое извлечение данных кривой ТС из центральной базы данных по идентификатору модуля, исключая ручное извлечение данных с рабочих мест по циклическому питанию

2. Развертывание еще двух идентичных автоматизированных стендов для тестирования (каждый поддерживает 24 модуля одновременно), причем один будет установлен на производственном предприятии Infineon в Венгрии

Обобщение: почему контроллеры на базе ПК доминируют в лабораториях по тестированию полупроводников

Тестирование надежности полупроводников требует выполнения двух противоречивых задач: обеспечить гибкость программного обеспечения лаборатории и обеспечить сверхстабильный высокоточный реального времени контроль. Традиционные закрытые системы ПЛК с трудом балансируют между этими двумя аспектами.

Открытая архитектура ПК от Beckhoff, высокоразрешающее вводо-выводное оборудование EtherCAT и интеграция TwinCAT-LabVIEW устраняют эту компромиссную ситуацию. Для Infineon этот переход обеспечил как значительное повышение производительности лаборатории, так и калибровочную точность, соответствующую золотому стандарту — это пример, который можно использовать в лабораториях по тестированию мощных полупроводников по всему миру при валидации компонентов для электромобилей и возобновляемых источников энергии.