基于飽和壓降測量的IGBT功率模塊狀態(tài)評估方法研究.pdf

1、基于飽和壓降測量的IGBT功率模塊狀態(tài)評估方法研究④重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)學(xué)位)學(xué)生姓名：楊旭指導(dǎo)教師：周雒維教授專業(yè)：電氣工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院二。一二年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要摘要在能源危機日益嚴重的今天，風(fēng)能作為一種清潔可再生能源正受到越來越大的關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電對于解決當(dāng)下的能源危機來說至關(guān)重要，以絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistorIGBT)功率模塊為開關(guān)器件

2、的風(fēng)電變流器在整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中擔(dān)負輸送能量的重任。然而由于風(fēng)能隨機波動性大，IGBT模塊的結(jié)溫會出現(xiàn)劇烈波動，引起常見的鍵合線脫落和焊料層老化失效等可靠性問題，甚至導(dǎo)致風(fēng)電大面積脫網(wǎng)造成嚴重的電網(wǎng)事故，所以IGBT功率模塊的可靠性關(guān)乎整個風(fēng)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。出于提高IGBT模塊可靠性和節(jié)約風(fēng)電變流器設(shè)備運行及檢修費用的目的，基于狀態(tài)評估的狀態(tài)檢修概念得以推廣，即要對IGBT模塊或系統(tǒng)進行當(dāng)前狀態(tài)的評估，判斷其健康狀況，并根據(jù)判斷結(jié)

3、果來決定是否對設(shè)備進行檢修維護，而不像以往采取定期維護的策略，本來設(shè)備狀態(tài)良好，如果到定期維護時間仍對設(shè)備進行維護，不僅浪費資金，而且還可能在拆裝維護的過程中造成對設(shè)備的潛在傷害?；诖爽F(xiàn)狀，論文圍繞IGBT模塊的狀態(tài)評估開展了以下工作并得出相應(yīng)結(jié)論：①詳細分析了IGBT模塊的老化失效機理，并重點分析了模塊的鍵合線和焊料層老化。闡述了以往文獻對各種狀態(tài)特征量隨老化進程變化的研究，對比分析了各種狀態(tài)參量用于狀態(tài)評估的優(yōu)缺點，得出飽和壓降圪

4、。。越比較適合作為狀態(tài)特征參量用來對模塊進行狀態(tài)評估的結(jié)論，并且說明了結(jié)溫對飽和壓降測量的影響。②闡明了結(jié)溫對于IGBT模塊狀態(tài)評估的意義，在介紹以往結(jié)溫測量方法的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計單脈沖溫箱實驗平臺，嘗試直接用IGBT模塊運行的飽和壓降圪。。砒來直接反映結(jié)溫，最后通過Saber仿真驗證結(jié)合實驗測量證明了此方法的正確性，同時對以往一些測量方法進行了實驗驗證。③為了加速IGBT模塊狀態(tài)的變化，設(shè)計了加速老化實驗平臺，此實驗平臺可對器件通以大

5、電流，產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗引起IGBT自加熱而使結(jié)溫迅速上升到最大值，斷電后再對模塊進行強制散熱讓結(jié)溫迅速下降，從而形成結(jié)溫的快速劇烈波動，對模塊造成很大的熱機應(yīng)力，由此實現(xiàn)加速模塊鍵合線和焊料層老化的效果，此平臺為后續(xù)狀態(tài)評估實驗研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。④因為老化實驗平臺國內(nèi)尚無定標(biāo)產(chǎn)品，需要定制加工，加工時間非常長，所以論文采取另一種模擬加速老化狀態(tài)變化的辦法，將模塊開封后剪掉IGBT芯片上部分并聯(lián)鍵合線來近似等效模塊因加速老化而產(chǎn)生的狀態(tài)