發(fā)布時間：2021-11-06 06:56

　　柔性直流輸電以其高度可控、靈活高效的特點,成為解決風電等可再生能源并網(wǎng)問題的有效技術手段。未來的直流輸電網(wǎng)絡,不僅可以解決我國西部可再生能源高效開發(fā)利用和海上風電場并網(wǎng)問題,也是構建我國未來電網(wǎng)模式即主干輸電網(wǎng)與區(qū)域輸配電網(wǎng)、微網(wǎng)相結(jié)合模式的我國未來電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。高壓柔性多端直流輸配電系統(tǒng)及輸配電網(wǎng)的關鍵裝備之一就是高壓直流斷路器。而作為輸電線路中最重要的一個環(huán)節(jié)的斷路器的性能直接影響著電網(wǎng)的正常運行。其內(nèi)部主支路和轉(zhuǎn)移支路采用壓接式IGBT模塊進行多模塊串聯(lián),每個模塊由多個IGBT芯片壓接而成,因而單個模塊的電流分斷能力將影響直流斷路器的性能和上限。本文以國產(chǎn)3300V/1500A壓接模塊在電流分斷實驗中失效波形為研究對象,利用IGBT芯片幾種主要失效模式“熱擊穿”、“柵氧層擊穿”、“動態(tài)閉鎖”和“雪崩擊穿”的對外電學特性,對模塊失效類型進行分析判別。通過對失效芯片位置的檢測分析出造成失效原因是不均流導致;然后建立芯片故障等效電路來仿真重現(xiàn)故障波形,驗證對故障的分析判別;最后提出了一種基于柵極分壓的方法來改善均流的措施。 

【文章來源】：華北電力大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１?ＩＧＢＴ結(jié)構和導通時的載流子路徑??６??

定義：Ｇ為柵極，Ｅ為發(fā)射極，Ｃ為集電極。發(fā)射極和集電極命名來源于ＢＪＴ??管，正好與丨ＧＢＴ是ＭＯＳ與ＢｊＴ復合的器件相傳承。丨ＧＢＴ是復合器件，ＭＯＳＦＥＴ??的漏極與ＰＮＰ型晶體管的基極相連，等效屯路如圖２－２所不。其中ＮＰＮ型晶體管，??由于體電阻Ｒｓ非常小，在ＩＧＢＴ正常工作時，其基極與發(fā)射極相當于短接，不會與??ＰＮＰ晶體管形成正反饋導通。??Ｃｇｃ?＼ｃ??——＾????ＰｎＰ??飛Ｃｅｃ??ｎＭＯＳ????Ｉ?＾?Ｙ??？—－?ｒｒ??Ｇ?１—??丁?ｃ９ｅ??Ｆｅ?￣￣??閣２－２?ＩＧＢＴ的等效電路??２．１．２?ＩＧＢＴ的工作原理和輸出特性??以上圖力例來說明丨ＧＢＴ的原理：??對集電極Ｃ和發(fā)射極Ｅ之間施加正向母線電壓Ｕｂｒ，器件處于正向阻斷狀態(tài)，??由Ｊ２結(jié)反偏來承擔母線電壓Ｕｂｒ？??（１）

華北電力大學碩上論文??２．２．１壓接式ＩＧＢＴ模塊結(jié)構特點??最初的壓接式封裝來源于晶閘管等整晶圓的單器件如圖２－４所示。整塊晶圓??被上下兩塊金屬蓋所夾住，給整晶圓施加足夠的壓力并使得壓力分布均勻，保持足??夠熱接觸和電接觸，壓強需要達到１０－２０Ｎ／ｍｍ２［２７］。由于器件在工作時積聚產(chǎn)生的??熱量會使硅膨脹，所以要在晶關和上下兩塊金屬蓋板時間放置，鉬片的膨脹系數(shù)￣??硅十分相近，是作為晶圓與金屬蓋板之間的理想緩沖層。??幾壓力??陽極蓋板??鉬片．？整晶圓??壓力陰極鎌??圖２－４采用整晶圓壓接封裝的器件??壓接式ＩＧＢＴ器件并不是整晶圓，而是在腹面的金屬蓋板上有多個類矩形凸臺，??每個矩形凸臺的的直角都有一個弧形缺口用來接觸１ＧＢＴ的控制柵。并且每個ＩＧＢＴ??芯片也都配備了緩沖金屬層。如圖２－５所示為壓接式ＩＧＢＴ的內(nèi)部構造。??響??圖２－５?Ｅ：接ＩＧＢＴ模塊的全局視閣??９??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]換流閥用與直流斷路器用壓接型IGBT器件差異分析[J]. 趙志斌,鄧二平,張朋,張駿,黃永章.  電工技術學報. 2017(19)
[2]中國未來電網(wǎng)的發(fā)展模式和關鍵技術[J]. 徐恵三.  山東工業(yè)技術. 2016(16)
[3]IGBT極限功耗與熱失效機理分析[J]. 汪波,羅毅飛,張爍,劉賓禮.  電工技術學報. 2016(12)
[4]壓接式IGBT器件內(nèi)部并聯(lián)支路瞬態(tài)電流均衡特性的研究[J]. 唐新靈,崔翔,趙志斌,張朋,溫家良,張睿.  中國電機工程學報. 2017(01)
[5]大功率壓接式IGBT器件設計與關鍵技術[J]. 竇澤春,劉國友,陳俊,黎小林,彭勇殿,李繼魯.  大功率變流技術. 2016(02)
[6]基于IGBT串聯(lián)技術的混合式高壓直流斷路器方案[J]. 藥韜,溫家良,李金元,陳中圓.  電網(wǎng)技術. 2015(09)
[7]直流輸電工程換流閥控制系統(tǒng)對比分析[J]. 張俊,李躍婷.  電力系統(tǒng)保護與控制. 2014(20)
[8]壓接式IGBT模塊的熱學特性研究[J]. 竇澤春,忻蘭苑,劉國友,黃蓉,徐凝華,吳義伯.  機車電傳動. 2013(03)
[9]新型壓接式IGBT模塊的結(jié)構設計與特性分析[J]. 竇澤春,Rupert Stevens,忻蘭苑,劉國友,徐凝華.  機車電傳動. 2013(01)
[10]高壓IGBT的動態(tài)雪崩問題[J]. 李興魯,吳郁,查祎英,高一星.  電力電子. 2012(03)

碩士論文
[1]壓接式IGBT器件內(nèi)部電場分析與絕緣設計[D]. 孫俊達.華北電力大學(北京) 2017
[2]550V厚膜SOI-LIGBT熱載流子退化機理及壽命模型研究[D]. 張藝.東南大學 2016
[3]高壓IGBT的失效機理分析[D]. 薛鵬.電子科技大學 2016
[4]壓接型IGBT模塊內(nèi)部并聯(lián)芯片支路電流分布特性及其均流方法[D]. 張睿.華北電力大學(北京) 2016
[5]高壓IGBT短路關斷中芯片溫升仿真研究[D]. 李堯圣.華北電力大學(北京) 2016
[6]高壓IGBT模塊動態(tài)特性測試與建模[D]. 鄒凱凱.華北電力大學 2015
[7]高壓IGBT關斷狀態(tài)失效的機理研究[D]. 李巍.電子科技大學 2013
[8]功率IGBT的若干失效問題研究[D]. 李鋒.西安理工大學 2009



本文編號：3479392