IGBT功率模塊結(jié)溫探測和壽命預(yù)測.pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管作為功率開關(guān)器件，具有載流密度大、飽和壓降低等許多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電、高壓輸電等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域中。IGBT功率模塊工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)致器件疲勞老化。如電流強(qiáng)度大、電壓等級高、工作期間開關(guān)頻率很高，這些都給器件的可靠性帶來隱患。通過長期研究和工作的經(jīng)驗(yàn)，大約55％的失效原因是因?yàn)槠骷ぷ鲿r(shí)的電壓、電流、開關(guān)頻率較高，導(dǎo)致器件的結(jié)溫升高，而結(jié)溫升高間接加速模塊的老化程度，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到一定的高度時(shí)，器件的疲勞程度會呈現(xiàn)幾

2、何級數(shù)上升趨勢，從而加速失效。因此研究 IGBT功率模塊結(jié)溫與其壽命的關(guān)系，可以降低系統(tǒng)失效率，提高系統(tǒng)可靠性。本文以IGBT功率模塊為研究對象，在模塊電熱建模、結(jié)溫評估、壽命預(yù)測等方面展開研究。
　　首先，簡要介紹了IGBT功率模塊的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，詳細(xì)歸納和分析了IGBT功率模塊失效原因和失效形式，將失效原因歸為物理和電氣兩類原因。
　　其次，根據(jù)結(jié)溫測量原理，充分借鑒現(xiàn)有模型建立 IGBT功率模塊電熱模型，該模型能

3、夠反映器件功率損耗與結(jié)溫上升之間的關(guān)系，是一個電熱耦合過程，需要建立電熱聯(lián)合仿真模型。本文詳細(xì)討論了如何建立 IGBT功率模塊的電仿真模型和熱仿真模型。
　　再次，基于MATLAB/Simulink軟件，搭建起IGBT功率模塊的電仿真模型、熱仿真模型，仿真模塊實(shí)際工作時(shí)的電熱耦合過程，將電流、電壓作為仿真變量，仿真得到IGBT功率模塊的結(jié)溫和殼溫。
　　最后，通過分析研究表明，IGBT功率模塊的壽命與結(jié)溫有著密切的關(guān)系，預(yù)測