重復過流沖擊下IGBT退化的在線監(jiān)測.pdf

1、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(yīng)用中占據(jù)主導地位。因此，研究IG

2、BT的性能退化并提出相應(yīng)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?；谝陨喜蛔?/p>

3、，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1GBT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。
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4、.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(yīng)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(shè)計了重復過流沖擊實驗并搭建了相應(yīng)的