大功率IGBT模块健康状态信息提取方法研究及加速老化试验平台研制

发布时间：2020-03-29 02:27

【摘要】：近年来,大功率电力电子变流理论和方法作为国家科技重点领域的基础性技术,支撑着新能源汽车、海上风力发电、工业变频驱动和柔性直流输电等战略性新兴产业的快速发展。与此同时,随着应用系统向更高电压等级、更大功率容量的方向发展,电力电子装置尤其是内部的大功率IGBT模块已成为制约系统整体可靠性提升的瓶颈。大功率IGBT模块结温和老化等健康状态信息的实时提取研究对于实现模块生命周期健康状态优化管理,进而提升整个系统的可靠性具有重大意义,因此正日益成为电力电子领域研究的热点。然而,纵观近年来模块健康状态提取研究成果,尚存在驱动集成能力不足、作用机理分析不够明晰和采样校正难度较高等瓶颈,在实时应用方面难以取得突破性进展。基于上述背景,本论文从应用需求和主要挑战出发,对大功率IGBT模块老化和结温信息提取开展深入研究。首先,在老化信息提取方面,本文在优化模块集总电路参数模型的基础上,提出了计及老化工况的大功率IGBT模块分布式电路参数模型。基于该模型,本论文通过理论分析、软件仿真和剪线试验等方式量化分析了键合线老化不同部位、形式和程度对于模块开通过程暂态特性的影响规律和作用机理,并提出了若干动态老化敏感电参数,为模块老化信息实时提取研究提供了理论依据;其次,在结温信息提取方面,本文建立了大功率IGBT模块开通阶段集电极电流上升过程的量化数学模型,证明了当负载电流满足一定条件时,开通过程(dic/dt)max仅受结温影响而与负载电流无关的结论,进而提出了一种适用于各型号IGBT模块的电压型无电流传感器的结温提取方案,为模块结温提取的驱动集成和在线应用提供了新的思路。最后,论文研制了能够同时容纳多个大功率IGBT模块独立进行功率循环测试的直流加速老化试验平台,为后续结温和老化对模块复合影响轨迹和作用机理的研究以及模块全生命周期内结温和老化信息解耦提取的实现提供平台基础。
【图文】：

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ＩＧＢＴ正用体可靠逡逑性的提升。本章基于这一可靠性匹配矛盾，阐述了大功率ＩＧＢＴ模块在全生命周逡逑期内的故障机理及主要诱因，得出了功率模块健康状态在线提取在学术研究和工逡逑程应用领域的重大意义。最后在总结ＩＧＢＴ模块健康状态在线提取领域的研究现逡逑状以及存在的主要挑战后，概述了本硕士学位论文的主要研究内容。逡逑１．１目的与意义逡逑近年来，随着世界范围内人工智能和物联网等高新技术的迅速发展，，以绿色逡逑环保、共享经济和柔性制造为核心特征的新一代技术革命已经席卷而来，如何抢逡逑占先发优势，加快布局战略性新兴产业，已成为我国在未来十年中科技战略的重逡逑要环节。根据《中国制造２０２５》和《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指逡逑示，我国已将新能源汽车、海上风力发电和高端电力装备制造等产业提升至国家逡逑战略高度［１－２］。近年来，在国家政策、科研机构和资本市场的大力推动下，新能逡逑源汽车、海风发电和以工业变频器为代表的高端装备制造等行业已获得爆发式增逡逑长，如图１．１－１．２所示３－５。逡逑

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战略高度［１－２］。近年来，在国家政策、科研机构和资本市场的大力推动下，新能逡逑源汽车、海风发电和以工业变频器为代表的高端装备制造等行业已获得爆发式增逡逑长，如图１．１－１．２所示［３－５］。逡逑５００００逦８０００逡逑４００００逦Ｈ逡逑■邋６０００逡逑３００００逦５逡逑４０００逡逑２００００逡逑１００００邋：邋｜邋＾邋｜邋；邋４邋＾邋２０００逡逑Ｉ邋４邋kw；＿邋Ｉ逦Ｉ逡逑Ａ逦ｍｉ邋＾ｎｎ邋１ｉ邋１１邋ｎ逦■－邋＿邋■邋－■逦■邋邋邋．逦．．．．逡逑ｑ邋ｗｉ—，，一逦ｉｉ＂川邋＿ｉ“ｄｌ逦－ｍｍａｍｍ逦ｍｍｍｍ逦Ｊｍｍｍｋ逦，ｍｅｍｍ逦＼ＪＭｍｍ逦ｔＪＫｔＳｍｉ逦ｊＭｔｍｍ逦ｊｔＳＳＭｉｌｍ逦ｒ．逡逑２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逦２０１８逦２０１９逦２０２０逡逑世界海上风电累计装机容量（ＭＷ）邋＿中国海上风电累计装机容量（ＭＷ）逡逑图１．１全球和中国海上风电装机总量趋势图逡逑１逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN322.8

【参考文献】