【摘要】：壓接式IGBT器件是一種新型的大功率電力電子器件。壓接式IGBT器件采用全壓接的封裝形式,通過壓力實現(xiàn)內(nèi)部組件的電氣連接和熱傳導(dǎo),具有結(jié)構(gòu)緊湊,雙面散熱,功率密度高和易于串聯(lián)等優(yōu)點,在柔性直流輸電和牽引系統(tǒng)等場合得到廣泛的應(yīng)用。同時,壓接式IGBT器件還具有失效短路(Short Circuit Failure Mode,SCFM)的特性,即失效后的器件表現(xiàn)出短路的特性。這一特性在大量器件串聯(lián)使用的場合中發(fā)揮著重要作用,能夠顯著地提高高電壓大容量電力電子裝備的可靠性。目前,國內(nèi)外學(xué)者少有針對這一特性進行研究。失效短路特性能否實現(xiàn),關(guān)系到裝備的可靠性和使用壽命,因此該特性成為了壓接式IGBT器件設(shè)計中的重要一步。本文通過實驗和仿真計算的方法,研究了壓接式IGBT器件失效短路的相關(guān)特性。首先,介紹了壓接式IGBT器件的封裝技術(shù)和應(yīng)用時的優(yōu)缺點,詳細介紹了一種特定的壓接式子模組結(jié)構(gòu)。其次,根據(jù)壓接式IGBT器件實際工況中的條件,設(shè)計了過電流實驗方案和電流老化實驗方案,搭建了一套完整失效短路實驗平臺,并進行了實驗研究;再次,對過電流實驗和電流老化實驗后的壓接式子模組特性進行對比分析,得到不同封裝材料的壓接式IGBT子模組失效短路特性,證明添加鋁或者銀材料后能有效提高壓接式IGBT器件的失效短路性能;最后,通過暫態(tài)熱仿真,計算了過電流實驗中壓接式子模組內(nèi)部溫度的變化和材料熔化、汽化的區(qū)域,對比了兩種熱源條件下四種壓接式子模組的溫度變化和材料熔化、汽化特點,計算結(jié)果與實驗相吻合,說明仿真計算可以作為后續(xù)研究的一種有效方法。
【圖文】：

鉬片以及驅(qū)動回路等若干部分。其中，鑰片的熱膨脹系數(shù)（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋ｏｆ逡逑ＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎ，ＣＴＥ）與娃最接近而且鉬的硬度大，溶點高，適合作為金屬逡逑端蓋與ＩＧＢＴ芯片之間的理想過渡材料［１４］。圖１－１為一種常見的壓接式ＩＧＢＴ器逡逑件外觀圖。逡逑圖１－丨一種常見的壓接式丨ＧＢＴ器件逡逑與傳統(tǒng)的焊接式ＩＧＢＴ（Ｓｏｌｄｅｒｅｄ邋ＩＧＢＴ邋Ｍｏｄｕｌｅ）器件相比，壓接式ＩＧＢＴ（Ｐｒｅｓｓ－逡逑ｐａｃｋ邋ＩＧＢＴ）器件利用壓力實現(xiàn)熱力學(xué)和電氣的連接，有以下優(yōu)點１｜５＿：逡逑一、

２．１．１實驗條件的設(shè)定逡逑為了研究ＩＧＢＴ器件在實際工況下發(fā)生失效短路的情況，考慮在實際運行中逡逑典型的ＩＧＢＴ器件應(yīng)用場合——ＤＣ－ＤＣ逆變器。圖２－１所示為多電平模塊化ＤＣ－逡逑ＤＣ變換器中的半橋電路。在該電路中，由電容給ＩＧＢＴ器件供電，，在一個１３００Ｖ逡逑的變換器電路中，電容的典型數(shù)值為Ｃ邋＝邋２４ｍＦ。根據(jù)式（２－１），電容儲存的總能逡逑量＾Ｖｏｔａｉ。２０．３ｋＪ。逡逑ｃ邋—逡逑ＩＧＢＴ１邋Ｊ逡逑ＺｉＤｌ邋Ｉｃ逡逑：邐１邐邋ｃ＾Ｆｕｃ逡逑＋邋Ｉｗ邋ｃ邋邐邋－逡逑Ｇ－Ｔ邋Ｄ２逡逑Ｕａ邋ＩＧＢＴ２邋Ｅ＿Ｊ逡逑圖２－１邋ＤＣ－ＤＣ變換器半橋電路逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN322.8;TM1

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本文編號：2669887