功率器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、隨著電力電子系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用，其對(duì)提高能源利用率、開(kāi)發(fā)和利用新能源具有重要的推動(dòng)作用，故其對(duì)整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要性日益增大。然而，電力電子系統(tǒng)的在各領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用也帶來(lái)了相應(yīng)的問(wèn)題和后果，如果電力電子系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，產(chǎn)生的損失將會(huì)難以估量。相關(guān)研究表明，功率器件是影響電力電子系統(tǒng)可靠性的最主要部分之一，故為了改善電力電子系統(tǒng)的整體可靠性，開(kāi)展功率器件可靠性的研究是必然的趨勢(shì)。目前，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是提高功率器件可靠性的

2、最有效的手段和方法。針對(duì)電力電子系統(tǒng)中功率器件的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，本論文主要從功率器件的熱性能監(jiān)測(cè)、功率器件的半導(dǎo)體物理建模、功率器件內(nèi)部鍵接線(xiàn)脫落失效三個(gè)大方面開(kāi)展研究，其具體內(nèi)容如下：
　　1.隨著電力電子系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高，系統(tǒng)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件的散熱問(wèn)題成為了限制其可靠性的重要因素。本論文以IGBT模塊為例，在掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、材料特性、熱參數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于集總參數(shù)的IGBT模塊熱網(wǎng)絡(luò)模型。針對(duì)該模型提出了兩

3、種模型參數(shù)的提取策略：第一種是基于IGBT模塊的數(shù)值模型的參數(shù)提取方法。第二種是基于導(dǎo)熱反問(wèn)題方法的IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算的參數(shù)提取策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明上述建模方法和參數(shù)提取策略具有較高的精度。
　　2.針對(duì)IGBT模塊的緩變型故障，本論文提出了基于ARMA的IGBT模塊溫度預(yù)測(cè)方法。通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了此方法的正確性和可行性。該預(yù)測(cè)方法可以與已經(jīng)建立集總參數(shù)的熱網(wǎng)絡(luò)溫度計(jì)算模型相結(jié)合，預(yù)測(cè)IGBT模塊各層

4、的溫度值。
　　3.在功率器件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案中，為了獲取IGBT模塊實(shí)時(shí)的健康工作性能參數(shù)，本論文構(gòu)建IGBT芯片的半導(dǎo)體物理模型，該模型考慮了IGBT芯片寬基區(qū)載流子的不同注入條件。此外，本論文還給出了物理模型參數(shù)的提取方法。通過(guò)與Hefner模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，證明了本論文所構(gòu)建的IGBT芯片的物理模型的正確性。
　　4.在IGBT模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，鍵接線(xiàn)是其最為脆弱的部分之一?？紤]到電力電子系統(tǒng)的快速性，系統(tǒng)