重复过流冲击下IGBT退化的在线监测

发布时间：2017-08-18 23:02

  本文关键词：重复过流冲击下IGBT退化的在线监测

  更多相关文章： 绝缘栅型双极性晶体管(IGBT) 在线监测 过流 退化指标 结温

【摘要】：近年来,功率变流器越来越广泛地应用于各种需要高可靠性的工业场合中,因此对功率变流器的可靠性也提出了更高的要求。经工业统计数据表明,在功率变流器中,功率器件由于承受着主要的电热冲击而易退化失效,因而故障率最高；而功率器件绝缘栅型双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT),因具有电压控制、输入阻抗高、开关速度快、导通功耗小、电流容量大等诸多优点,在功率器件的应用中占据主导地位。因此,研究IGBT的性能退化并提出相应的退化指标,可以实现在线监测IGBT退化的程度,从而提前制定维修计划或进行在线调整,避免突然的失效带来的经济损失和安全问题,可有效提高功率变流器的可靠性。由于IGBT封装严密,内部的退化程度无法直接监测到,只能通过外部端子的电气量提取退化指标来间接实现退化程度的监测。经过充分的调研发现,现有的退化指标有着或不能在线测得,或受负载电流变化影响,或受结温变化影响等诸多的限制,尚待进一步地改进。基于以上不足,本文提出一种可以在线测得且不受负载电流变化或结温变化影响的新的退化指标——导通电阻。具体工作分为以下三部分：1.基于IGBT的实际工况,分析说明了IGBT一般情况下的退化机理、退化现象和电气特征,为退化指标的提出提供理论依据。然后,结合IGBT导通时的电气模型,经过一系列解耦简化过程,从简化后的模型中提取出退化指标——导通电阻,该退化指标可表征铝金属层和键合线的退化程度,可在线测得,且不受负载电流变化的影响。2.由于提出的退化指标——导通电阻的变化会受到结温变化的影响,因此需要对退化指标进行去结温影响的优化。通过基于电气模型的进一步的仿真分析,得到结温与退化指标的定性关系,同时从模型中提取可在线测得的表征结温变化的结温指标。结合结温指标和结温与退化指标之间的关系,对退化指标进行去结温影响的优化,使其不受结温变化的影响,并提出相应的完整的在线监测方案。3.根据上述理论分析结果和提出的在线监测方案,设计了重复过流冲击实验并搭建了相应的实验平台装置来模拟IGBT的加速的功率循环退化过程。采集到的实验数据,经过一系列数据处理过程得到退化指标和结温指标,然后对退化指标进行去结温影响的优化,用实验结果验证了优化后退化指标及在线监测方法的有效性和可操作性。
【关键词】：绝缘栅型双极性晶体管(IGBT) 在线监测 过流 退化指标 结温
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 IGBT在线监测的研究现状14-19
• 1.2.1 IGBT常见的失效机制14-15
• 1.2.2 IGBT故障诊断的研究现状15-16
• 1.2.3 IGBT退化监测的研究现状16-18
• 1.2.4 几个常见的IGBT退化实验简介18-19
• 1.3 本文主要内容和章节安排19-20
• 1.4 本章小结20-22
• 第二章 机理模型的分析和退化指标的提出22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 IGBT的芯片结构和工作原理22-24
• 2.2.1 IGBT的芯片结构22-23
• 2.2.2 IGBT的工作原理23-24
• 2.3 IGBT的封装结构和退化机理24-27
• 2.3.1 IGBT的封装结构24-25
• 2.3.2 IGBT的退化机理25-27
• 2.4 IGBT电气模型的建立27-30
• 2.4.1 集射极饱和压降V_(ce,sat)的机理模型27
• 2.4.2 通态压降V_(on)的准数值模型27-29
• 2.4.3 IGBT的电气模型29-30
• 2.5 IGBT电气模型中的参数解耦30-37
• 2.5.1 基于公式变换的初步解耦30-32
• 2.5.2 基于仿真分析的进阶解耦32-36
• 2.5.3 参数解耦后的IGBT电气模型36-37
• 2.6 基于电气模型的退化指标的提出37
• 2.7 本章小结37-38
• 第三章 结温指标的提出和退化指标的优化38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 IGBT的温度效应38-40
• 3.2.1 IGBT的热平衡效应38-39
• 3.2.2 IGBT的正负温度效应39-40
• 3.3 仿真分析40-45
• 3.3.1 结温对退化指标的影响41-43
• 3.3.2 结温指标的提出43-45
• 3.4 基于在线监测模型的退化指标的优化45-46
• 3.5 IGBT退化在线监测方案的提出46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 过流冲击实验平台的搭建及实验结果分析48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 过流冲击实验平台的搭建48-52
• 4.2.1 硬件部分48-50
• 4.2.2 软件部分50
• 4.2.3 LabVIEW采集画面50-51
• 4.2.4 MATLAB中波形图51-52
• 4.3 指标提取的数据处理过程52-54
• 4.4 电压实验54-55
• 4.4.1 实验目的54
• 4.4.2 实验条件54
• 4.4.3 实验结果及分析54-55
• 4.5 温度实验55-57
• 4.5.1 实验目的55
• 4.5.2 实验条件55
• 4.5.3 实验结果及分析55-57
• 4.6 退化实验57-59
• 4.6.1 实验目的57
• 4.6.2 实验条件57-58
• 4.6.3 实验结果及分析58-59
• 4.7 本章小结59-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 全文工作总结62-63
• 5.2 研究工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 刘丹;徐正国;;重复过流冲击下IGBT的性能退化研究[J];上海应用技术学院学报(自然科学版);2015年03期

2 周雒维;吴军科;杜雄;杨珍贵;毛娅婕;;功率变流器的可靠性研究现状及展望[J];电源学报;2013年01期

3 周生奇;周雒维;孙鹏菊;李亚萍;;小波相关分析在IGBT模块缺陷诊断中的应用[J];电机与控制学报;2012年12期

4 汪波;胡安;唐勇;;基于电热模型的IGBT结温预测与失效分析[J];电机与控制学报;2012年08期

5 王千;王成;冯振元;叶金凤;;K-means聚类算法研究综述[J];电子设计工程;2012年07期

6 陈明;胡安;唐勇;汪波;;绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析[J];高电压技术;2011年02期

7 崔江;王友仁;;采用基于模糊推理的分类器融合方法诊断电力电子电路参数故障[J];中国电机工程学报;2009年18期

8 邹江锋,刘涤尘,谭子求,潘晓杰,曹飞;基于FFT算法的分次谐波测量与分析[J];高电压技术;2003年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨旭;基于饱和压降测量的IGBT功率模块状态评估方法研究[D];重庆大学;2012年

，

本文编号：697235