【摘要】：大功率IGBT模塊是大容量電力電子裝備最為核心的部件之一。在大容量變流器的運(yùn)行當(dāng)中,對(duì)IGBT模塊的內(nèi)部結(jié)溫進(jìn)行在線檢測(cè),是快速過(guò)溫保護(hù)與瞬時(shí)極限運(yùn)行的先決條件,也是提升變流器輸出容量與增強(qiáng)變流器可靠性的重要途徑。因此,如何實(shí)現(xiàn)高精度、快響應(yīng)和易集成的芯片結(jié)溫在線提取,成為近年來(lái)學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的研究熱點(diǎn)之一。本論文從大功率IGBT模塊的應(yīng)用特性需求出發(fā),開展了功率器件結(jié)溫和動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)之間的交互原理以及在線提取方法研究。通過(guò)研究大功率IGBT模塊的結(jié)構(gòu)和封裝特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了IGBT模塊內(nèi)部寄生電感LeE與動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換媒介作用。基于此發(fā)現(xiàn),提出了動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)的概念,實(shí)現(xiàn)了IGBT模塊的結(jié)溫實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)捕獲,并將該方法拓展至大功率P-i-N二極管的結(jié)溫在線提取。論文還總結(jié)了基于寄生電感的動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)分類規(guī)則與性能綜合評(píng)估。大容量動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)是研究大功率IGBT模塊在不同結(jié)溫情況下瞬態(tài)開關(guān)特性的基礎(chǔ)。首先,本文歸納了大容量動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)的綜合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,在該設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下,搭建了一套3600A電流等級(jí)的IGBT動(dòng)態(tài)開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)獨(dú)立雙加熱的結(jié)溫控制方法,可以準(zhǔn)確地模擬模塊內(nèi)部IGBT和二極管芯片由于工況不同導(dǎo)致的結(jié)溫差異現(xiàn)象。論文還討論了結(jié)溫變化對(duì)大功率IGBT模塊的瞬態(tài)電氣應(yīng)力、開關(guān)損耗和運(yùn)行軌跡三類指標(biāo)的影響規(guī)律。最后,根據(jù)大功率多芯片IGBT模塊在額定電氣參數(shù)下發(fā)生的開通瞬態(tài)失效現(xiàn)象,提出了一種IGBT模塊的綜合失效機(jī)理,為IGBT模塊的動(dòng)態(tài)失效分析提供了新思路。大功率IGBT模塊的芯片結(jié)溫狀態(tài)與動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)存在緊密的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文通過(guò)建立載流子抽取模型,揭示關(guān)斷動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)與關(guān)斷過(guò)程中載流子運(yùn)動(dòng)方程的內(nèi)在聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)母線電壓、負(fù)載電流與芯片結(jié)溫三者對(duì)關(guān)斷動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)具有獨(dú)立、單調(diào)的變化規(guī)律。因此,提出了基于關(guān)斷延遲時(shí)間和關(guān)斷電流最大變化率等動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)方法。然后,利用大功率IGBT模塊內(nèi)部寄生電感LeE的媒介作用,把關(guān)斷延遲時(shí)間和關(guān)斷電流最大變化率兩個(gè)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)寄生電感LeE上感應(yīng)電壓觸發(fā)時(shí)機(jī)與感應(yīng)電壓負(fù)峰值的檢測(cè)�；陉P(guān)斷延遲時(shí)間的熱敏感電參數(shù)法僅通過(guò)采樣感應(yīng)電壓即可完成對(duì)IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間的檢測(cè),避免了對(duì)集電極電流變化率的直接測(cè)量�；陉P(guān)斷電流最大變化率的熱敏感電參數(shù)法僅需對(duì)感應(yīng)電壓負(fù)峰值采樣即可完成IGBT芯片結(jié)溫的提取,大大簡(jiǎn)化了校正環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了關(guān)斷延遲時(shí)間和關(guān)斷電流最大變化率這兩個(gè)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)的有效性,且運(yùn)行工況適應(yīng)性強(qiáng)、在線實(shí)施集成性高,為IGBT芯片結(jié)溫的在線檢測(cè)提供了理論依據(jù)。其次,針對(duì)P-i-N二極管中廣為應(yīng)用的大電流注入法存在的結(jié)溫提取盲區(qū)問(wèn)題,本文通過(guò)建立芯片結(jié)溫-反向恢復(fù)電荷模型,闡明了二極管結(jié)溫與換流IGBT及運(yùn)行環(huán)境參數(shù)之間的單調(diào)變化規(guī)律。因此,提出了基于恢復(fù)電流最大變化率和電流下降時(shí)期恢復(fù)電荷的動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)方法,并巧妙地借助與之換流大功率IGBT模塊內(nèi)部寄生電感LeF上的感應(yīng)電壓對(duì)反向恢復(fù)電流的捕獲功能,把恢復(fù)電流最大變化率的測(cè)量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電壓負(fù)峰值的檢測(cè),同時(shí)把電流下降時(shí)期恢復(fù)電荷的測(cè)量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電壓在恢復(fù)階段所包圍的面積與持續(xù)時(shí)間之積的運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,恢復(fù)電流最大變化率和電流下降時(shí)期恢復(fù)電荷這兩個(gè)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)的的靈敏度高,且適合高溫運(yùn)行工況,為P-i-N二極管的在線結(jié)溫提取提供了新方法。再次,論文揭示了IGBT模塊在開通與關(guān)斷瞬態(tài)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)與IGBT模塊寄生電感LeE上感應(yīng)電壓VeE之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,并深入分析相關(guān)動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)與芯片結(jié)溫的相互作用機(jī)理,通過(guò)分析動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)在感應(yīng)電壓橫向時(shí)間軸與縱向電壓軸的分布特征,把動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)分為時(shí)變型參數(shù)、壓變型參數(shù)和荷變型參數(shù)等三大類型。該分類方法為尋找和研究新型動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)提供了新思路。此外,針對(duì)不同類型的動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù),分別從線性度、靈敏度、校正程序、和在線實(shí)施等方面進(jìn)行了綜合評(píng)估和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)的工程應(yīng)用提供了理論與數(shù)據(jù)支持。最后,本論文提出的基于IGBT模塊內(nèi)部寄生電感的動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)法,由于利用了動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)與結(jié)溫之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而間接地獲取了模塊內(nèi)部芯片結(jié)溫信息。同時(shí)借助IGBT模塊內(nèi)部寄生電感LeE的媒介作用,實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)進(jìn)行直接測(cè)量。該方法無(wú)需打開模塊封裝即可獲取結(jié)溫信息,而且又避免了對(duì)高電壓大電流電氣量的直接測(cè)量；具有響應(yīng)快、靈敏度高、成本低、集成性好的特點(diǎn),為大功率IGBT模塊芯片結(jié)溫的檢測(cè)提供了新思路。該類方法不僅適用于大功率IGBT模塊內(nèi)部IGBT芯片與二極管芯片的結(jié)溫提取,還可以拓展至諸如IGCT、IGET等大功率器件模塊的應(yīng)用中。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN322.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉濤;李婧靚;李明;黎小林;;南方電網(wǎng)魯西背靠背直流異步聯(lián)網(wǎng)工程控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J];南方電網(wǎng)技術(shù);2014年06期

2 趙爭(zhēng)鳴;賀凡波;袁立強(qiáng);魯挺;;大容量電力電子系統(tǒng)電磁瞬態(tài)分析技術(shù)及應(yīng)用[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年18期

3 董少華;朱陽(yáng)軍;丁現(xiàn)朋;;基于ANSYS的IGBT模塊的失效模式[J];半導(dǎo)體技術(shù);2014年02期

4 夏明華;張軍明;;一種IGBT靜態(tài)輸出特性的新型測(cè)試方法[J];電力電子技術(shù);2013年10期

5 湯廣福;賀之淵;龐輝;;柔性直流輸電工程技術(shù)研究、應(yīng)用及發(fā)展[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2013年15期

6 王彥剛;Chamund Dinesh;李世平;Jones Steve;竇澤春;忻蘭苑;劉國(guó)友;;功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)[J];機(jī)車電傳動(dòng);2013年02期

7 陳娜;李鵬;江劍;鄧焰;何湘寧;;中高壓IGBT開關(guān)特性的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2013年02期

8 何湘寧;吳巖松;楊兵建;汪捚;鄧焰;;大功率三電平逆變器的開關(guān)模態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年30期

9 盛況;郭清;張軍明;錢照明;;碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用展望[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年30期

10 王雪松;趙爭(zhēng)鳴;袁立強(qiáng);魯挺;;應(yīng)用于大容量變換器的IGBT并聯(lián)技術(shù)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2012年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 白利兵;電渦流脈沖熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

2 陳娜;中高壓功率IGBT模塊開關(guān)特性測(cè)試及建模[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李鵬;高壓大功率IGBT測(cè)試平臺(tái)的研制及相關(guān)問(wèn)題研究[D];浙江大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：2364873