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.pdf

1、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(zhuān)業(yè)：電氣工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：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(jī)日益嚴(yán)重的今天，風(fēng)能作為一種清潔可再生能源正受到越來(lái)越大的關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電對(duì)于解決當(dāng)下的能源危機(jī)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，以絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistorIGBT)功率模塊為開(kāi)關(guān)器件

2、的風(fēng)電變流器在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)輸送能量的重任。然而由于風(fēng)能隨機(jī)波動(dòng)性大，IGBT模塊的結(jié)溫會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，引起常見(jiàn)的鍵合線(xiàn)脫落和焊料層老化失效等可靠性問(wèn)題，甚至導(dǎo)致風(fēng)電大面積脫網(wǎng)造成嚴(yán)重的電網(wǎng)事故，所以IGBT功率模塊的可靠性關(guān)乎整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行及檢修費(fèi)用的目的，基于狀態(tài)評(píng)估的狀態(tài)檢修概念得以推廣，即要對(duì)IGBT模塊或系統(tǒng)進(jìn)行當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估，判斷其健康狀況，并根據(jù)判斷結(jié)

3、果來(lái)決定是否對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，而不像以往采取定期維護(hù)的策略，本來(lái)設(shè)備狀態(tài)良好，如果到定期維護(hù)時(shí)間仍對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，不僅浪費(fèi)資金，而且還可能在拆裝維護(hù)的過(guò)程中造成對(duì)設(shè)備的潛在傷害。基于此現(xiàn)狀，論文圍繞IGBT模塊的狀態(tài)評(píng)估開(kāi)展了以下工作并得出相應(yīng)結(jié)論：①詳細(xì)分析了IGBT模塊的老化失效機(jī)理，并重點(diǎn)分析了模塊的鍵合線(xiàn)和焊料層老化。闡述了以往文獻(xiàn)對(duì)各種狀態(tài)特征量隨老化進(jìn)程變化的研究，對(duì)比分析了各種狀態(tài)參量用于狀態(tài)評(píng)估的優(yōu)缺點(diǎn)，得出飽和壓降圪

4、。。越比較適合作為狀態(tài)特征參量用來(lái)對(duì)模塊進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的結(jié)論，并且說(shuō)明了結(jié)溫對(duì)飽和壓降測(cè)量的影響。②闡明了結(jié)溫對(duì)于IGBT模塊狀態(tài)評(píng)估的意義，在介紹以往結(jié)溫測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)單脈沖溫箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，嘗試直接用IGBT模塊運(yùn)行的飽和壓降圪。。砒來(lái)直接反映結(jié)溫，最后通過(guò)Saber仿真驗(yàn)證結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量證明了此方法的正確性，同時(shí)對(duì)以往一些測(cè)量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。③為了加速I(mǎi)GBT模塊狀態(tài)的變化，設(shè)計(jì)了加速老化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可對(duì)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(duì)模塊進(jìn)行強(qiáng)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(dòng)，對(duì)模塊造成很大的熱機(jī)應(yīng)力，由此實(shí)現(xiàn)加速模塊鍵合線(xiàn)和焊料層老化的效果，此平臺(tái)為后續(xù)狀態(tài)評(píng)估實(shí)驗(yàn)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。④因?yàn)槔匣瘜?shí)驗(yàn)平臺(tái)國(guó)內(nèi)尚無(wú)定標(biāo)產(chǎn)品，需要定制加工，加工時(shí)間非常長(zhǎng)，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(kāi)封后剪掉IGBT芯片上部分并聯(lián)鍵合線(xiàn)來(lái)近似等效模塊因加速老化而產(chǎn)生的狀態(tài)