压接式IGBT失效短路特性研究

发布时间：2020-05-18 14:49

【摘要】：压接式IGBT器件是一种新型的大功率电力电子器件。压接式IGBT器件采用全压接的封装形式,通过压力实现内部组件的电气连接和热传导,具有结构紧凑,双面散热,功率密度高和易于串联等优点,在柔性直流输电和牵引系统等场合得到广泛的应用。同时,压接式IGBT器件还具有失效短路(Short Circuit Failure Mode,SCFM)的特性,即失效后的器件表现出短路的特性。这一特性在大量器件串联使用的场合中发挥着重要作用,能够显著地提高高电压大容量电力电子装备的可靠性。目前,国内外学者少有针对这一特性进行研究。失效短路特性能否实现,关系到装备的可靠性和使用寿命,因此该特性成为了压接式IGBT器件设计中的重要一步。本文通过实验和仿真计算的方法,研究了压接式IGBT器件失效短路的相关特性。首先,介绍了压接式IGBT器件的封装技术和应用时的优缺点,详细介绍了一种特定的压接式子模组结构。其次,根据压接式IGBT器件实际工况中的条件,设计了过电流实验方案和电流老化实验方案,搭建了一套完整失效短路实验平台,并进行了实验研究;再次,对过电流实验和电流老化实验后的压接式子模组特性进行对比分析,得到不同封装材料的压接式IGBT子模组失效短路特性,证明添加铝或者银材料后能有效提高压接式IGBT器件的失效短路性能;最后,通过暂态热仿真,计算了过电流实验中压接式子模组内部温度的变化和材料熔化、汽化的区域,对比了两种热源条件下四种压接式子模组的温度变化和材料熔化、汽化特点,计算结果与实验相吻合,说明仿真计算可以作为后续研究的一种有效方法。
【图文】：

钼片以及驱动回路等若干部分。其中，钥片的热膨胀系数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋ｏｆ逡逑ＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎ，ＣＴＥ）与娃最接近而且钼的硬度大，溶点高，适合作为金属逡逑端盖与ＩＧＢＴ芯片之间的理想过渡材料［１４］。图１－１为一种常见的压接式ＩＧＢＴ器逡逑件外观图。逡逑图１－丨一种常见的压接式丨ＧＢＴ器件逡逑与传统的焊接式ＩＧＢＴ（Ｓｏｌｄｅｒｅｄ邋ＩＧＢＴ邋Ｍｏｄｕｌｅ）器件相比，压接式ＩＧＢＴ（Ｐｒｅｓｓ－逡逑ｐａｃｋ邋ＩＧＢＴ）器件利用压力实现热力学和电气的连接，有以下优点１｜５＿：逡逑一、

２．１．１实验条件的设定逡逑为了研究ＩＧＢＴ器件在实际工况下发生失效短路的情况，考虑在实际运行中逡逑典型的ＩＧＢＴ器件应用场合——ＤＣ－ＤＣ逆变器。图２－１所示为多电平模块化ＤＣ－逡逑ＤＣ变换器中的半桥电路。在该电路中，由电容给ＩＧＢＴ器件供电，，在一个１３００Ｖ逡逑的变换器电路中，电容的典型数值为Ｃ邋＝邋２４ｍＦ。根据式（２－１），电容储存的总能逡逑量＾Ｖｏｔａｉ。２０．３ｋＪ。逡逑ｃ邋—逡逑ＩＧＢＴ１邋Ｊ逡逑ＺｉＤｌ邋Ｉｃ逡逑：逦１逦邋ｃ＾Ｆｕｃ逡逑＋邋Ｉｗ邋ｃ邋逦邋－逡逑Ｇ－Ｔ邋Ｄ２逡逑Ｕａ邋ＩＧＢＴ２邋Ｅ＿Ｊ逡逑图２－１邋ＤＣ－ＤＣ变换器半桥电路逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN322.8;TM1

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本文编号：2669887