本文關(guān)鍵詞：重復過流沖擊下IGBT退化的在線監(jiān)測

  更多相關(guān)文章： 絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT) 在線監(jiān)測 過流 退化指標 結(jié)溫

【摘要】：近年來,功率變流器越來越廣泛地應用于各種需要高可靠性的工業(yè)場合中,因此對功率變流器的可靠性也提出了更高的要求。經(jīng)工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,在功率變流器中,功率器件由于承受著主要的電熱沖擊而易退化失效,因而故障率最高；而功率器件絕緣柵型雙極性晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT),因具有電壓控制、輸入阻抗高、開關(guān)速度快、導通功耗小、電流容量大等諸多優(yōu)點,在功率器件的應用中占據(jù)主導地位。因此,研究IGBT的性能退化并提出相應的退化指標,可以實現(xiàn)在線監(jiān)測IGBT退化的程度,從而提前制定維修計劃或進行在線調(diào)整,避免突然的失效帶來的經(jīng)濟損失和安全問題,可有效提高功率變流器的可靠性。由于IGBT封裝嚴密,內(nèi)部的退化程度無法直接監(jiān)測到,只能通過外部端子的電氣量提取退化指標來間接實現(xiàn)退化程度的監(jiān)測。經(jīng)過充分的調(diào)研發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的退化指標有著或不能在線測得,或受負載電流變化影響,或受結(jié)溫變化影響等諸多的限制,尚待進一步地改進。基于以上不足,本文提出一種可以在線測得且不受負載電流變化或結(jié)溫變化影響的新的退化指標——導通電阻。具體工作分為以下三部分：1.基于IGBT的實際工況,分析說明了IGBT一般情況下的退化機理、退化現(xiàn)象和電氣特征,為退化指標的提出提供理論依據(jù)。然后,結(jié)合IGBT導通時的電氣模型,經(jīng)過一系列解耦簡化過程,從簡化后的模型中提取出退化指標——導通電阻,該退化指標可表征鋁金屬層和鍵合線的退化程度,可在線測得,且不受負載電流變化的影響。2.由于提出的退化指標——導通電阻的變化會受到結(jié)溫變化的影響,因此需要對退化指標進行去結(jié)溫影響的優(yōu)化。通過基于電氣模型的進一步的仿真分析,得到結(jié)溫與退化指標的定性關(guān)系,同時從模型中提取可在線測得的表征結(jié)溫變化的結(jié)溫指標。結(jié)合結(jié)溫指標和結(jié)溫與退化指標之間的關(guān)系,對退化指標進行去結(jié)溫影響的優(yōu)化,使其不受結(jié)溫變化的影響,并提出相應的完整的在線監(jiān)測方案。3.根據(jù)上述理論分析結(jié)果和提出的在線監(jiān)測方案,設計了重復過流沖擊實驗并搭建了相應的實驗平臺裝置來模擬IGBT的加速的功率循環(huán)退化過程。采集到的實驗數(shù)據(jù),經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理過程得到退化指標和結(jié)溫指標,然后對退化指標進行去結(jié)溫影響的優(yōu)化,用實驗結(jié)果驗證了優(yōu)化后退化指標及在線監(jiān)測方法的有效性和可操作性。
【關(guān)鍵詞】：絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT) 在線監(jiān)測 過流 退化指標 結(jié)溫
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 IGBT在線監(jiān)測的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 IGBT常見的失效機制14-15
• 1.2.2 IGBT故障診斷的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 IGBT退化監(jiān)測的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.4 幾個常見的IGBT退化實驗簡介18-19
• 1.3 本文主要內(nèi)容和章節(jié)安排19-20
• 1.4 本章小結(jié)20-22
• 第二章 機理模型的分析和退化指標的提出22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 IGBT的芯片結(jié)構(gòu)和工作原理22-24
• 2.2.1 IGBT的芯片結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 IGBT的工作原理23-24
• 2.3 IGBT的封裝結(jié)構(gòu)和退化機理24-27
• 2.3.1 IGBT的封裝結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3.2 IGBT的退化機理25-27
• 2.4 IGBT電氣模型的建立27-30
• 2.4.1 集射極飽和壓降V_(ce,sat)的機理模型27
• 2.4.2 通態(tài)壓降V_(on)的準數(shù)值模型27-29
• 2.4.3 IGBT的電氣模型29-30
• 2.5 IGBT電氣模型中的參數(shù)解耦30-37
• 2.5.1 基于公式變換的初步解耦30-32
• 2.5.2 基于仿真分析的進階解耦32-36
• 2.5.3 參數(shù)解耦后的IGBT電氣模型36-37
• 2.6 基于電氣模型的退化指標的提出37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第三章 結(jié)溫指標的提出和退化指標的優(yōu)化38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 IGBT的溫度效應38-40
• 3.2.1 IGBT的熱平衡效應38-39
• 3.2.2 IGBT的正負溫度效應39-40
• 3.3 仿真分析40-45
• 3.3.1 結(jié)溫對退化指標的影響41-43
• 3.3.2 結(jié)溫指標的提出43-45
• 3.4 基于在線監(jiān)測模型的退化指標的優(yōu)化45-46
• 3.5 IGBT退化在線監(jiān)測方案的提出46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 過流沖擊實驗平臺的搭建及實驗結(jié)果分析48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 過流沖擊實驗平臺的搭建48-52
• 4.2.1 硬件部分48-50
• 4.2.2 軟件部分50
• 4.2.3 LabVIEW采集畫面50-51
• 4.2.4 MATLAB中波形圖51-52
• 4.3 指標提取的數(shù)據(jù)處理過程52-54
• 4.4 電壓實驗54-55
• 4.4.1 實驗目的54
• 4.4.2 實驗條件54
• 4.4.3 實驗結(jié)果及分析54-55
• 4.5 溫度實驗55-57
• 4.5.1 實驗目的55
• 4.5.2 實驗條件55
• 4.5.3 實驗結(jié)果及分析55-57
• 4.6 退化實驗57-59
• 4.6.1 實驗目的57
• 4.6.2 實驗條件57-58
• 4.6.3 實驗結(jié)果及分析58-59
• 4.7 本章小結(jié)59-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 全文工作總結(jié)62-63
• 5.2 研究工作展望63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學位期間主要的研究成果68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 劉丹;徐正國;;重復過流沖擊下IGBT的性能退化研究[J];上海應用技術(shù)學院學報(自然科學版);2015年03期

2 周雒維;吳軍科;杜雄;楊珍貴;毛婭婕;;功率變流器的可靠性研究現(xiàn)狀及展望[J];電源學報;2013年01期

3 周生奇;周雒維;孫鵬菊;李亞萍;;小波相關(guān)分析在IGBT模塊缺陷診斷中的應用[J];電機與控制學報;2012年12期

4 汪波;胡安;唐勇;;基于電熱模型的IGBT結(jié)溫預測與失效分析[J];電機與控制學報;2012年08期

5 王千;王成;馮振元;葉金鳳;;K-means聚類算法研究綜述[J];電子設計工程;2012年07期

6 陳明;胡安;唐勇;汪波;;絕緣柵雙極型晶體管傳熱模型建模分析[J];高電壓技術(shù);2011年02期

7 崔江;王友仁;;采用基于模糊推理的分類器融合方法診斷電力電子電路參數(shù)故障[J];中國電機工程學報;2009年18期

8 鄒江鋒,劉滌塵,譚子求,潘曉杰,曹飛;基于FFT算法的分次諧波測量與分析[J];高電壓技術(shù);2003年09期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊旭;基于飽和壓降測量的IGBT功率模塊狀態(tài)評估方法研究[D];重慶大學;2012年

，

本文編號：697235