基于温敏参数的IGBT可靠性评估方法研究

发布时间：2020-07-21 18:26

【摘要】：中国是风力发电规模最大、增长速度最快的国家,风能在能源结构中比重逐年上升。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为风电变流器的核心部件,负责风力发电机和电网侧输出功率的调节。由于风能在时间和空间的分布具有很大的随机性,引起风机输出功率频繁地波动,导致IGBT的结温出现剧烈的波动,加剧了器件的老化失效,给电力电子变换系统的可靠运行带来了巨大的挑战,因此开展IGBT的可靠性评估方法的研究具有重要的意义。结温与IGBT工作特性密切相关,是反映器件老化状态的重要参数之一,因此准确有效地获取IGBT的结温,就可以在器件老化失效之前采取保护措施将损失降到最低。为了加快热量散失,IGBT需依赖装配质量良好的散热器,IGBT与散热器之间的装配质量的好坏直接影响了整个散热组件的散热效果,因此对散热组件性能评估有重要的现实意义。基于以上考虑因素,本文确立了基于温敏参数的IGBT可靠性评估方法的研究课题,主要内容包括:设计了一种偏流动态不变的IGBT结温标定及散热组件性能评估的装置及方法,详细阐述了标定和测量两种工作模式的实验装置及方法步骤。在标定模式下,控制伴随负载两端压降与被测器件相同,采集被测器件在不同栅极电压、不同结温下的饱和导通压降,并拟合出结温、饱和导通压降、栅极电压三者之间的关系;在测量模式下,将被测器件安装散热器,控制被测器件的发热功率在特定的范围之内,测量被测器件的栅极电压和饱和导通压降,再根据标定模式下得到结温、饱和导通压降、栅极电压的关系反推被测器件的结温,并绘制被测器件在不同发热功率下的结温特性,最后根据该特性曲线对散热组件的散热性能进行评估。设计了一套IGBT加速老化的试验方案,采用恒定的结温波动量的老化控制策略,通过监测加热阶段和冷却阶段的饱和导通压降实现IGBT导通和关断时间的控制,详细给出了老化试验方案的试验过程和方法步骤。测量了IGBT模块在老化前后的饱和导通压降与结温关系。试验结果表明:在相同集电极电流和栅极电压条件下,随着老化进程的进行,IGBT的饱和导通压降呈逐渐增大的变化趋势。最后提出测量饱和导通压降与结温的关系的变化趋势来评估IGBT的老化状态的方法。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315;TN322.8
【图文】：

究背景及意义石能源消费会带来温室效应等严重的环境污染问题，各国政府开能源发电。我国作为全球最大的能源消费大国，长期以来依赖以应，给环境带来了巨大的污染[1]。为了平衡经济发展、能源消费、的关系，我国自上世纪 80 年代开始发展新能源技术，经过 30 多新能源领域取得了举世瞩目的发展。其中传统化石能源在能源结降，风能在能源结构的比重中正逐年上升，如图 1.1 所示。风力发完善，风力发电逐渐走向规模化和产业化，陆地大型并网风电场雨后春笋，相继兴建。全球风能理事会发布的《2017 年全球风电》[2]中指出，截止 2017 年底，中国风力发电累积装机容量达 18831.7%。2017 年中国风力发电新增装机容量达 19660MW，较 201然占据了全球 37%的市场。报告表明：尽管最近中国风力发电建国仍是目前全球风力发电规模最大的、增速最快的国家。

基于温敏参数的 IGBT 可靠性评估方法研究和电网之间连接功率变流器来负责调节电压幅值和频率。由引起风机输出功率大幅波动，对风电系统中的机械和电气结率变流器发生故障越来越频繁，给整个系统的可靠运行带来功率变流器是风力发电系统的重要组成部分[8]，是连接风力发因此提高功率变流器的可靠性对于保障风电系统的平稳和安件作为功率变流器中的核心部件，其可靠运行关乎着整个电运行。图 1.2 为功率电流器部件失效概率分布图。由图 1.2 可流器系统中失效概率最高的器件，失效概率约为 34%，其次连接器件、储能电感、电阻和其他部件等。

图 1.3 功率器件失效因素饼状图耗累积导致结温急剧上升，风电变流系统散发。为了填补接触面之间的空隙，减小热器之间需要涂抹一层导热硅脂，如图薄会导致接触面之间留有空隙，不利用散于散热。因此 IGBT 与散热器的安装工艺关重要的作用，直接影响了 IGBT 的可靠性能的评估成为了 IGBT 可靠性研究的重热器热硅脂GBT图 1.4 IGBT 散热组件

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本文编号：2764632