IGBT功率模塊作為新能源領(lǐng)域里面電力電子變流裝置的核心器件,其在工況運(yùn)行下的長期安全可靠工作對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定健康至關(guān)重要。因此,通過實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地對(duì)IGBT功率模塊工作時(shí)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)。在模塊健康狀況下降或使用壽命即將到期時(shí)及時(shí)反饋并采取措施,能夠避免一些不必要的安全事故和財(cái)產(chǎn)損失。本文介紹了IGBT功率模塊的失效機(jī)理和壽命預(yù)測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展動(dòng)態(tài),在對(duì)IGBT在線監(jiān)測(cè)參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行功率損耗、電熱模型、壽命預(yù)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)等方面的研究。首先,闡述和分析IGBT的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性以及模塊的封裝設(shè)計(jì),對(duì)器件的失效因素和失效模式進(jìn)行分析總結(jié),得出器件的可靠性與其工作中的結(jié)溫密切相關(guān);其次,由于器件工作時(shí)的結(jié)溫難以直接精確測(cè)量,因此通過分析模塊的功率損耗和熱模型,在Simulink中搭建電熱模型對(duì)結(jié)溫參數(shù)進(jìn)行仿真,同時(shí)借助器件制造商提供的工具進(jìn)行仿真,二者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證;再次,針對(duì)器件工作中的溫度參量與其壽命的關(guān)系,通過幾種壽命預(yù)測(cè)模型的結(jié)果分析比較,實(shí)現(xiàn)對(duì)器件失效時(shí)的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行初步的預(yù)測(cè);最后,在前文對(duì)IGBT模塊工作中的電壓、電流、溫度、功耗、壽命等監(jiān)測(cè)參量分析的基礎(chǔ)上,通過Matlab GUI圖形用戶界面設(shè)計(jì)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理。圍繞這幾部分的分析研究實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊在工作中健康狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè),對(duì)其可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行了初步的研究。
【學(xué)位單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP274;TN322.8
【部分圖文】：

2 3 合線直徑一般為 300~500 μm ，通常是在純鋁硅鎳合金，這樣會(huì)大大提升鋁的硬度和抗腐沖器相連，承受的溫度變化比較大，而 IGB會(huì)有不同程度的熱疲勞。隨著工況運(yùn)行時(shí)間性的擠壓和拉升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出材料本身的伸縮、顆粒滑行、錯(cuò)位等不同方式釋放出去。而，導(dǎo)致方塊電阻增加，這也能說明ceV 隨著用下會(huì)導(dǎo)致鍵合線在根部產(chǎn)生裂痕，如圖

ce用下會(huì)導(dǎo)致鍵合線在根部產(chǎn)生裂痕，如圖 2圖 2-9 鍵合線脫落的焊料層也會(huì)因熱膨脹系數(shù)的不同產(chǎn)生裂痕增加，進(jìn)一步增強(qiáng)歐姆效應(yīng)，這種情況下溫導(dǎo)致模塊的失效。焊料層的空洞也不容忽視的散熱性能降低，進(jìn)一步加快模塊的老化損

模塊的開關(guān)損耗與其芯片結(jié)溫密切相關(guān)，特別是 IGBT 大多數(shù)情況都是用的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)于散熱的處理要求比較高。基于長期安全可靠運(yùn)行的考慮，必考慮 IGBT 模塊的各項(xiàng)安全系數(shù)。實(shí)際工程應(yīng)用中的 IGBT 模塊選擇，不僅要明確所設(shè)計(jì)的電源容量、體積重格尺寸、開關(guān)頻率等，還要綜合考慮復(fù)雜的外部運(yùn)行工況，但是通常情況下，幾方面是 IGBT 選擇時(shí)均需要考慮的因素。(1)控制電壓IGBT 柵極控制電壓的選擇在前文有所提及，這里再作詳細(xì)分析。由于 IGB的存在，集電極電流cI 和柵射極電壓geV 存在函數(shù)關(guān)系，飽和壓降ge(sat)V 也受控的影響[43]。如圖 3-1 所示為 IGBT 不同控制電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線，從圖中對(duì)比出，柵射極電壓越高，集電極電流則越大，同時(shí)飽和壓降也越低。此外，模塊損耗和飽和壓降有關(guān)，想要降低通態(tài)損耗則需要較高的控制電壓，但是在短路，過高的柵射極電壓會(huì)導(dǎo)致大的短路電流，在圖 3-2 所示的 IGBT 短路特性曲以明顯看出這一點(diǎn)。
【參考文獻(xiàn)】

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