压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型研究
发布时间：2021-12-01 23:23
柔性直流输电技术的快速发展对其核心装备中电力电子器件的容量和可靠性提出了严苛的要求,尤其是模块化多电平换流阀和高压直流断路器。压接型IGBT器件相比于传统焊接式IGBT模块具有双面散热、易于串联、功率密度大和失效短路工作模式等优点,非常适用于电力系统等高压大功率应用场合。而压接型IGBT器件封装内部是一个集电磁场、温度场和结构场相互耦合的复杂多物理场环境,目前对其内部各物理量的变化规律把握不清成为限制器件功率等级和可靠性提高的瓶颈之一。本文针对压接型IGBT器件封装过程中存在的科学问题和关键技术难点,深入研究压接型IGBT器件封装内部电流场、温度场和结构场间的多物理直接双向耦合关系、耦合计算方法和实验测量手段,建立能够真实反映器件内部各物理量分布规律的电-热-力多物理场直接双向耦合模型,探究器件内部各物理量间的耦合机理。结合压接型IGBT器件内部物理场的特点,先从单个物理场以及物理间的耦合关系入手,建立准确的单个物理场有限元分析模型,并通过相应的实验手段进行验证和优化。同时,对物理场间的耦合变量进行了全面深入研究,根据具体的应用需求,提出不同的耦合计算方法,分别建立了电-热-力多物理场...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
WESTCODE公司的硬压接型IGBT封装形式
－，分析、失效分析和可靠性分析方面做了一定的研宄。国内的研宄机构主是华北电??力大学，从２０１２年开始从事压接型ＩＧＢＴ器件封装及可靠性方面研宄，同时目??前也有其他高校慢慢加入压接型ＩＧＢＴ器件的研宄当中。??为了充分体现压接型ＩＧＢＴ器件的在高压大功率领域的优势以及满足市场的??应用需求，未来压接型ＩＧＢＴ器件的总体发展方向是高压大电流，需要并联的??ＩＧＢＴ芯片数目也越来越多。最新推出主要产品的电压电流等级分别是：ＡＢＢ于??２０１５年上半年推出ＳｔａｋＰａｋ为４５００Ｖ／３０００Ａ［１８１、ＴＯＳＨＩＢＡ于２０１５年下半年推??出电子注入增强栅晶体管（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?Ｅｎｈａｎｃｅｄ?Ｇａｔｅ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，?ｆｆｉＧＴ?）??ＳＴ３０００ＧＸＨ２４Ａ?为?４５００Ｖ／３０００Ａ、ＷＥＳＴＣＯＤＥ?于?２０１５?年上半年推出??４５００Ｖ／２４００Ａ［１９］、ＦＵＪＩ虽然于２００１年就推出了?４５００Ｖ／２０００Ａ［２Ｇ】，但后续没有相??关的产品。这些压接型ＩＧＢＴ器件从外部封装结构来看分为方形和圆形；从内部??布局来看，也只有两种形式，以ＷＥＳＴＣＯＤＥ为代表的硬压接和以ＡＢＢ为代表??的弹性压接封装形式［２１１，分别如下图１－４和图１－５所示。其他不同公司推出的硬??压接封装形式的ＩＧＢＴ器件只是在细节上有个别差异或者内部布局上有差异，总??体结构一样，所以这里主要以ＷＥＳＴＣＯＤＥ的硬压接封装形式和ＡＢＢ的弹性压??接封装形式来介绍。??
这些压接型ＩＧＢＴ器件从外部封装结构来看分为方形和圆形；从内部??布局来看，也只有两种形式，以ＷＥＳＴＣＯＤＥ为代表的硬压接和以ＡＢＢ为代表??的弹性压接封装形式［２１１，分别如下图１－４和图１－５所示。其他不同公司推出的硬??压接封装形式的ＩＧＢＴ器件只是在细节上有个别差异或者内部布局上有差异，总??体结构一样，所以这里主要以ＷＥＳＴＣＯＤＥ的硬压接封装形式和ＡＢＢ的弹性压??接封装形式来介绍。??拿：ｆ：＿＿??图１－４?ＷＥＳＴＣＯＤＥ公司的硬压接型丨ＧＢＴ封装形式??Ｆｉｇ．?１－４?Ｄｉｒｅｃｔ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｓｔｙｌｅ?ｐｒｅｓｓ?ｐａｃｋ?ＩＧＢＴｓ?ｆｒｏｍ?ＷＥＳＴＣＯＤＥ??■办參也４冒??鍾霞?？???Ｓ，??图］－５?ＡＢＢ公司的弹性压接型丨ＧＢＴ封装形式??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｐｒｉｎｇ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｓｔｙｌｅ?ｐｒｅｓｓ?ｐａｃｋ?ＩＧＢＴｓ?ｆｒｏｍ?ＡＢＢ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率压接式IGBT模块的热学设计与仿真[J]. 肖红秀,窦泽春,彭勇殿. 大功率变流技术. 2016(06)
[2]全球能源互联网跨国跨洲互联研究及展望[J]. 刘振亚. 中国电机工程学报. 2016(19)
[3]大功率压接式IGBT器件设计与关键技术[J]. 窦泽春,刘国友,陈俊,黎小林,彭勇殿,李继鲁. 大功率变流技术. 2016(02)
[4]IGBT模块功率损耗的产生机理、计算及模拟[J]. 王彦刚,戴小平,吴义伯,Jones Steve,刘国友. 大功率变流技术. 2015(02)
[5]IGBT器件的发展现状以及在智能电网中的应用[J]. 金锐,于坤山,张朋,刘先正,何维国,刘隽. 智能电网. 2013(02)
[6]柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案[J]. 魏晓光,高冲,罗湘,周万迪,吴亚楠. 电力系统自动化. 2013(15)
[7]柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J]. 汤广福,贺之渊,庞辉. 电力系统自动化. 2013(15)
[8]HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型[J]. 杨俊,汤广福,曹均正,查鲲鹏,魏晓光,高冲. 中国电机工程学报. 2013(15)
[9]压接式IGBT模块的热学特性研究[J]. 窦泽春,忻兰苑,刘国友,黄蓉,徐凝华,吴义伯. 机车电传动. 2013(03)
[10]新型压接式IGBT模块的结构设计与特性分析[J]. 窦泽春,Rupert Stevens,忻兰苑,刘国友,徐凝华. 机车电传动. 2013(01)
硕士论文
[1]基于半桥子模块结构的模块化多电平换流阀损耗特性分析[D]. 周莹坤.华北电力大学 2015
本文编号：3527253
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
WESTCODE公司的硬压接型IGBT封装形式
－，分析、失效分析和可靠性分析方面做了一定的研宄。国内的研宄机构主是华北电??力大学，从２０１２年开始从事压接型ＩＧＢＴ器件封装及可靠性方面研宄，同时目??前也有其他高校慢慢加入压接型ＩＧＢＴ器件的研宄当中。??为了充分体现压接型ＩＧＢＴ器件的在高压大功率领域的优势以及满足市场的??应用需求，未来压接型ＩＧＢＴ器件的总体发展方向是高压大电流，需要并联的??ＩＧＢＴ芯片数目也越来越多。最新推出主要产品的电压电流等级分别是：ＡＢＢ于??２０１５年上半年推出ＳｔａｋＰａｋ为４５００Ｖ／３０００Ａ［１８１、ＴＯＳＨＩＢＡ于２０１５年下半年推??出电子注入增强栅晶体管（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?Ｅｎｈａｎｃｅｄ?Ｇａｔｅ?Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，?ｆｆｉＧＴ?）??ＳＴ３０００ＧＸＨ２４Ａ?为?４５００Ｖ／３０００Ａ、ＷＥＳＴＣＯＤＥ?于?２０１５?年上半年推出??４５００Ｖ／２４００Ａ［１９］、ＦＵＪＩ虽然于２００１年就推出了?４５００Ｖ／２０００Ａ［２Ｇ】，但后续没有相??关的产品。这些压接型ＩＧＢＴ器件从外部封装结构来看分为方形和圆形；从内部??布局来看，也只有两种形式，以ＷＥＳＴＣＯＤＥ为代表的硬压接和以ＡＢＢ为代表??的弹性压接封装形式［２１１，分别如下图１－４和图１－５所示。其他不同公司推出的硬??压接封装形式的ＩＧＢＴ器件只是在细节上有个别差异或者内部布局上有差异，总??体结构一样，所以这里主要以ＷＥＳＴＣＯＤＥ的硬压接封装形式和ＡＢＢ的弹性压??接封装形式来介绍。??
这些压接型ＩＧＢＴ器件从外部封装结构来看分为方形和圆形；从内部??布局来看，也只有两种形式，以ＷＥＳＴＣＯＤＥ为代表的硬压接和以ＡＢＢ为代表??的弹性压接封装形式［２１１，分别如下图１－４和图１－５所示。其他不同公司推出的硬??压接封装形式的ＩＧＢＴ器件只是在细节上有个别差异或者内部布局上有差异，总??体结构一样，所以这里主要以ＷＥＳＴＣＯＤＥ的硬压接封装形式和ＡＢＢ的弹性压??接封装形式来介绍。??拿：ｆ：＿＿??图１－４?ＷＥＳＴＣＯＤＥ公司的硬压接型丨ＧＢＴ封装形式??Ｆｉｇ．?１－４?Ｄｉｒｅｃｔ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｓｔｙｌｅ?ｐｒｅｓｓ?ｐａｃｋ?ＩＧＢＴｓ?ｆｒｏｍ?ＷＥＳＴＣＯＤＥ??■办參也４冒??鍾霞?？???Ｓ，??图］－５?ＡＢＢ公司的弹性压接型丨ＧＢＴ封装形式??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｐｒｉｎｇ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｓｔｙｌｅ?ｐｒｅｓｓ?ｐａｃｋ?ＩＧＢＴｓ?ｆｒｏｍ?ＡＢＢ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率压接式IGBT模块的热学设计与仿真[J]. 肖红秀,窦泽春,彭勇殿. 大功率变流技术. 2016(06)
[2]全球能源互联网跨国跨洲互联研究及展望[J]. 刘振亚. 中国电机工程学报. 2016(19)
[3]大功率压接式IGBT器件设计与关键技术[J]. 窦泽春,刘国友,陈俊,黎小林,彭勇殿,李继鲁. 大功率变流技术. 2016(02)
[4]IGBT模块功率损耗的产生机理、计算及模拟[J]. 王彦刚,戴小平,吴义伯,Jones Steve,刘国友. 大功率变流技术. 2015(02)
[5]IGBT器件的发展现状以及在智能电网中的应用[J]. 金锐,于坤山,张朋,刘先正,何维国,刘隽. 智能电网. 2013(02)
[6]柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案[J]. 魏晓光,高冲,罗湘,周万迪,吴亚楠. 电力系统自动化. 2013(15)
[7]柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J]. 汤广福,贺之渊,庞辉. 电力系统自动化. 2013(15)
[8]HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型[J]. 杨俊,汤广福,曹均正,查鲲鹏,魏晓光,高冲. 中国电机工程学报. 2013(15)
[9]压接式IGBT模块的热学特性研究[J]. 窦泽春,忻兰苑,刘国友,黄蓉,徐凝华,吴义伯. 机车电传动. 2013(03)
[10]新型压接式IGBT模块的结构设计与特性分析[J]. 窦泽春,Rupert Stevens,忻兰苑,刘国友,徐凝华. 机车电传动. 2013(01)
硕士论文
[1]基于半桥子模块结构的模块化多电平换流阀损耗特性分析[D]. 周莹坤.华北电力大学 2015
本文编号：3527253
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