面向电驱动的IGBT模块可靠性研究
发布时间：2021-04-16 07:12
影响电力电子装置或系统可靠性的主要原因是器件失效,随着电力电子装置在生产和生活中的大范围应用,IGBT模块可靠性研究也应当有所更新,从原有的研发阶段延伸到运行时的在线状态监测、诊断与预测领域。本文以电驱动应用背景下的IGBT功率模块可靠性方案为研究对象,对模块失效机理及引发老化失效的主要原因进行讨论,按照时间尺度将失效机理划分为与芯片相关的瞬态失效以及与封装相关的老化失效。合理的功率模块可靠性方案需要能够同时应对瞬态与老化失效。相较瞬态失效的偶然性,老化失效存在于模块全生命周期中,是影响模块甚至变换器系统可靠性的关键因素。老化失效的发生是由于模块热管理失衡。本文将模块内部成分按照热源与散热路径划分,探讨引发热源产热改变和散热性能退化的原因。键合线老化失效是导致模块损耗功率增加、产热增多的主要原因。通过IGBT等效电路分析其导通特性,揭示键合线老化后断裂、脱落对导通饱和压降的影响。但键合线状态并不是唯一影响导通饱和压降的原因,故提出基于瞬时通态电阻的IGBT正向特性建模方法,给出综合考虑集电极电流、结温影响的导通饱和压降完整数学模型;该模型可用于判断运行时导通饱和压降是否偏移其对应工况下...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接式IGBT模块多层封装结构
图 2.3 电气过应力失效模块损坏情况示意模块老化失效机理 模块来说，其构成中与外在电气特性相关的部性能部分或整体退化、损耗功率上升，即模块内部各点温度值在波动过程中从初始值到稳态热量传导相关部分由于疲劳累积而发生形变或物热路径性能退化，表现为特定热激励下模块温常数变化。以模块外壳温度随时间变化趋势为T产热异常正常散热异常模块壳温/TC过温区
图 2.3 电气过应力失效模块损坏情况示意老化失效机理来说，其构成中与外在电气特性相关的部分发部分或整体退化、损耗功率上升，即模块内部各点温度值在波动过程中从初始值到稳态值的传导相关部分由于疲劳累积而发生形变或物理径性能退化，表现为特定热激励下模块温度响变化。以模块外壳温度随时间变化趋势为例，产热异常正常散热异常块温/TC过温区
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特定集电极电流下饱和压降的IGBT模块老化失效状态监测方法[J]. 李亚萍,周雒维,孙鹏菊,彭英舟,蔡杰. 电工技术学报. 2018(14)
[2]IGBT模块通态电阻与键合线故障关系研究[J]. 孔梅娟,李志刚. 电力电子技术. 2017(11)
[3]基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷监测研究[J]. 龚灿,孙鹏菊,杜雄,王海波,彭英舟,周雒维. 电源学报. 2016(06)
[4]焊接式IGBT模块与压接型IGBT器件可靠性差异分析[J]. 邓二平,张经纬,李尧圣,金锐,赵志斌,黄永章. 半导体技术. 2016(11)
[5]基于开通密勒平台电压的IGBT模块结温估计研究[J]. 彭英舟,周雒维,孙鹏菊,龚灿,杜雄. 中国电机工程学报. 2017(11)
[6]大容量电力电子器件结温提取原理综述及展望[J]. 李武华,陈玉香,罗皓泽,周宇,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2016(13)
[7]风电变流器IGBT模块的多时间尺度寿命评估[J]. 杜雄,李高显,李腾飞,孙鹏菊,周雒维. 中国电机工程学报. 2015(23)
[8]IGBT在轨道交通牵引应用中的可靠性研究[J]. 忻力,荣智林,窦泽春,忻兰苑,傅航杰. 机车电传动. 2015(05)
[9]一种用于风电变流器可靠性评估的结温数值计算方法[J]. 杜雄,李高显,吴军科,孙鹏菊,周雒维. 中国电机工程学报. 2015(11)
[10]基于关断延迟时间的大功率IGBT模块结温提取方法研究[J]. 孙鹏飞,罗皓泽,董玉斐,李武华,何湘宁. 中国电机工程学报. 2015(13)
博士论文
[1]非平稳工况变流器IGBT模块结温平滑控制研究[D]. 吴军科.重庆大学 2015
[2]功率模块IGBT状态监测及可靠性评估方法研究[D]. 徐盛友.重庆大学 2013
[3]中高压功率IGBT模块开关特性测试及建模[D]. 陈娜.浙江大学 2012
硕士论文
[1]基于端口电特性的IGBT模块可靠性研究[D]. 彭英舟.重庆大学 2017
[2]IGBT热网络参数准在线辨识方法的研究[D]. 李腾飞.重庆大学 2016
[3]电动汽车用IGBT模块液冷散热及封装可靠性研究[D]. 陈清.重庆大学 2016
[4]CRH3型动车组电气系统可靠性研究[D]. 崔秀国.北京交通大学 2013
[5]绝缘栅双极型晶体管结温仿真模型及其应用研究[D]. 徐铭伟.重庆大学 2012
[6]基于饱和压降测量的IGBT功率模块状态评估方法研究[D]. 杨旭.重庆大学 2012
[7]基于近似熵分析和小波变换的IGBT模块键合线故障特征分析[D]. 沈刚.重庆大学 2012
[8]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
本文编号：3140984
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接式IGBT模块多层封装结构
图 2.3 电气过应力失效模块损坏情况示意模块老化失效机理 模块来说，其构成中与外在电气特性相关的部性能部分或整体退化、损耗功率上升，即模块内部各点温度值在波动过程中从初始值到稳态热量传导相关部分由于疲劳累积而发生形变或物热路径性能退化，表现为特定热激励下模块温常数变化。以模块外壳温度随时间变化趋势为T产热异常正常散热异常模块壳温/TC过温区
图 2.3 电气过应力失效模块损坏情况示意老化失效机理来说，其构成中与外在电气特性相关的部分发部分或整体退化、损耗功率上升，即模块内部各点温度值在波动过程中从初始值到稳态值的传导相关部分由于疲劳累积而发生形变或物理径性能退化，表现为特定热激励下模块温度响变化。以模块外壳温度随时间变化趋势为例，产热异常正常散热异常块温/TC过温区
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特定集电极电流下饱和压降的IGBT模块老化失效状态监测方法[J]. 李亚萍,周雒维,孙鹏菊,彭英舟,蔡杰. 电工技术学报. 2018(14)
[2]IGBT模块通态电阻与键合线故障关系研究[J]. 孔梅娟,李志刚. 电力电子技术. 2017(11)
[3]基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷监测研究[J]. 龚灿,孙鹏菊,杜雄,王海波,彭英舟,周雒维. 电源学报. 2016(06)
[4]焊接式IGBT模块与压接型IGBT器件可靠性差异分析[J]. 邓二平,张经纬,李尧圣,金锐,赵志斌,黄永章. 半导体技术. 2016(11)
[5]基于开通密勒平台电压的IGBT模块结温估计研究[J]. 彭英舟,周雒维,孙鹏菊,龚灿,杜雄. 中国电机工程学报. 2017(11)
[6]大容量电力电子器件结温提取原理综述及展望[J]. 李武华,陈玉香,罗皓泽,周宇,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2016(13)
[7]风电变流器IGBT模块的多时间尺度寿命评估[J]. 杜雄,李高显,李腾飞,孙鹏菊,周雒维. 中国电机工程学报. 2015(23)
[8]IGBT在轨道交通牵引应用中的可靠性研究[J]. 忻力,荣智林,窦泽春,忻兰苑,傅航杰. 机车电传动. 2015(05)
[9]一种用于风电变流器可靠性评估的结温数值计算方法[J]. 杜雄,李高显,吴军科,孙鹏菊,周雒维. 中国电机工程学报. 2015(11)
[10]基于关断延迟时间的大功率IGBT模块结温提取方法研究[J]. 孙鹏飞,罗皓泽,董玉斐,李武华,何湘宁. 中国电机工程学报. 2015(13)
博士论文
[1]非平稳工况变流器IGBT模块结温平滑控制研究[D]. 吴军科.重庆大学 2015
[2]功率模块IGBT状态监测及可靠性评估方法研究[D]. 徐盛友.重庆大学 2013
[3]中高压功率IGBT模块开关特性测试及建模[D]. 陈娜.浙江大学 2012
硕士论文
[1]基于端口电特性的IGBT模块可靠性研究[D]. 彭英舟.重庆大学 2017
[2]IGBT热网络参数准在线辨识方法的研究[D]. 李腾飞.重庆大学 2016
[3]电动汽车用IGBT模块液冷散热及封装可靠性研究[D]. 陈清.重庆大学 2016
[4]CRH3型动车组电气系统可靠性研究[D]. 崔秀国.北京交通大学 2013
[5]绝缘栅双极型晶体管结温仿真模型及其应用研究[D]. 徐铭伟.重庆大学 2012
[6]基于饱和压降测量的IGBT功率模块状态评估方法研究[D]. 杨旭.重庆大学 2012
[7]基于近似熵分析和小波变换的IGBT模块键合线故障特征分析[D]. 沈刚.重庆大学 2012
[8]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
本文编号：3140984
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