發(fā)布時(shí)間：2017-08-18 23:02

  本文關(guān)鍵詞：重復(fù)過流沖擊下IGBT退化的在線監(jiān)測(cè)

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【摘要】：近年來,功率變流器越來越廣泛地應(yīng)用于各種需要高可靠性的工業(yè)場(chǎng)合中,因此對(duì)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(jì)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(dǎo)通功耗小、電流容量大等諸多優(yōu)點(diǎn),在功率器件的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。因此,研究IGBT的性能退化并提出相應(yīng)的退化指標(biāo),可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)IGBT退化的程度,從而提前制定維修計(jì)劃或進(jìn)行在線調(diào)整,避免突然的失效帶來的經(jīng)濟(jì)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(yán)密,內(nèi)部的退化程度無法直接監(jiān)測(cè)到,只能通過外部端子的電氣量提取退化指標(biāo)來間接實(shí)現(xiàn)退化程度的監(jiān)測(cè)。經(jīng)過充分的調(diào)研發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的退化指標(biāo)有著或不能在線測(cè)得,或受負(fù)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(jìn)一步地改進(jìn)�；谝陨喜蛔�,本文提出一種可以在線測(cè)得且不受負(fù)載電流變化或結(jié)溫變化影響的新的退化指標(biāo)——導(dǎo)通電阻。具體工作分為以下三部分：1.基于IGBT的實(shí)際工況,分析說明了IGBT一般情況下的退化機(jī)理、退化現(xiàn)象和電氣特征,為退化指標(biāo)的提出提供理論依據(jù)。然后,結(jié)合IGBT導(dǎo)通時(shí)的電氣模型,經(jīng)過一系列解耦簡(jiǎn)化過程,從簡(jiǎn)化后的模型中提取出退化指標(biāo)——導(dǎo)通電阻,該退化指標(biāo)可表征鋁金屬層和鍵合線的退化程度,可在線測(cè)得,且不受負(fù)載電流變化的影響。2.由于提出的退化指標(biāo)——導(dǎo)通電阻的變化會(huì)受到結(jié)溫變化的影響,因此需要對(duì)退化指標(biāo)進(jìn)行去結(jié)溫影響的優(yōu)化。通過基于電氣模型的進(jìn)一步的仿真分析,得到結(jié)溫與退化指標(biāo)的定性關(guān)系,同時(shí)從模型中提取可在線測(cè)得的表征結(jié)溫變化的結(jié)溫指標(biāo)。結(jié)合結(jié)溫指標(biāo)和結(jié)溫與退化指標(biāo)之間的關(guān)系,對(duì)退化指標(biāo)進(jìn)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(yīng)的完整的在線監(jiān)測(cè)方案。3.根據(jù)上述理論分析結(jié)果和提出的在線監(jiān)測(cè)方案,設(shè)計(jì)了重復(fù)過流沖擊實(shí)驗(yàn)并搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝置來模擬IGBT的加速的功率循環(huán)退化過程。采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理過程得到退化指標(biāo)和結(jié)溫指標(biāo),然后對(duì)退化指標(biāo)進(jìn)行去結(jié)溫影響的優(yōu)化,用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了優(yōu)化后退化指標(biāo)及在線監(jiān)測(cè)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(cè) 過流 退化指標(biāo) 結(jié)溫
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(cè)的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 IGBT常見的失效機(jī)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(cè)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.4 幾個(gè)常見的IGBT退化實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(jī)理模型的分析和退化指標(biāo)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(jī)理24-27
• 2.3.1 IGBT的封裝結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3.2 IGBT的退化機(jī)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(jī)理模型27
• 2.4.2 通態(tài)壓降V_(on)的準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)的提出37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第三章 結(jié)溫指標(biāo)的提出和退化指標(biāo)的優(yōu)化38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 IGBT的溫度效應(yīng)38-40
• 3.2.1 IGBT的熱平衡效應(yīng)38-39
• 3.2.2 IGBT的正負(fù)溫度效應(yīng)39-40
• 3.3 仿真分析40-45
• 3.3.1 結(jié)溫對(duì)退化指標(biāo)的影響41-43
• 3.3.2 結(jié)溫指標(biāo)的提出43-45
• 3.4 基于在線監(jiān)測(cè)模型的退化指標(biāo)的優(yōu)化45-46
• 3.5 IGBT退化在線監(jiān)測(cè)方案的提出46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 過流沖擊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 過流沖擊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(biāo)提取的數(shù)據(jù)處理過程52-54
• 4.4 電壓實(shí)驗(yàn)54-55
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>54
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)條件54
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析54-55
• 4.5 溫度實(shí)驗(yàn)55-57
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>55
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)條件55
• 4.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析55-57
• 4.6 退化實(shí)驗(yàn)57-59
• 4.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>57
• 4.6.2 實(shí)驗(yàn)條件57-58
• 4.6.3 實(shí)驗(yàn)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(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的研究成果68

【參考文獻(xiàn)】

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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(yīng)用[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2012年12期

4 汪波;胡安;唐勇;;基于電熱模型的IGBT結(jié)溫預(yù)測(cè)與失效分析[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);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(shè)計(jì)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

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

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本文編號(hào)：697235