IGBT变电阻开通策略的研究

提出了一种新的驱动策略来改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开通特性。将短路检测与变电阻开通结合,根据实际情况选择两级变电阻或三级变电阻开通IGBT,同时研究了不同变电阻方式下门极电阻切换的时刻。实验结果验证了该策略既有三级变电阻开通的优势,又能保证在Ⅰ类短路的情况下集电极电流的变化率不至于过大而损坏IGBT。     

基于开通过程的IGBT模块栅氧层老化研究

新能源行业快速发展促进了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的广泛应用,作为电力电子变换器中的核心部件,IGBT模块的可靠性问题受到越来越多的关注。IGBT作为电压源型功率器件,其开关速度可达到20 kHz,而栅极端的栅氧层会受到栅极电压的持续冲击而发生老化现象。栅氧层老化会引起IGBT开关特性变化,造成输出特性下降,导致电能输出质量降低。此处通过研究IGBT开通过程参数受栅氧层老化影响产生的变化,分析对比了开通过程参数在栅氧层老化下的适应性和灵敏度,提出了以IGBT开通过程基于栅极电压变化的开通时间作为栅氧层老化诊断特征参数,并建立了能够反映IGBT栅氧老化程度的监测模型。     

IGBT失效机理与特征分析

简要介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的结构特点与寄生效应,分析了IGBT的过应力失效机理,并从失效现象与失效条件入手,描述了IGBT因过压、过流、过热及过机械应力等失效的典型特征,指出了失效机理与特征之间的对应关系,以便于使用者在实际应用中尽快找到IGBT的失效原因并合理地使用IGBT器件。     

IGBT动态过电压失效的研究

绝缘栅型双极晶体管（IGBT）过电压击穿是一种常见的失效形式。由于电路中存在杂散电感,关断时会产生瞬间的高电压而引起动态雪崩击穿。通常误认为发生雪崩击穿是造成IGBT过压失效的根本原因。针对此问题,基于IGBT基本结构和PN结雪崩击穿原理,利用SilvacO软件仿真IGBT正向阻断以及关断瞬态时的电流密度分布,并从能量的角度深入分析得出过电压击穿的本质是结温过高引起的热失效,并从理论上给出了几种改进措施,为IGBT的正确使用与工艺改进提供理论参考。     

混合IGBT模块开通振荡影响因素分析及抑制

首先就门极驱动对开通振荡的影响因素进行分析和研究,使用了不同的门极驱动电压和门极充电电流进行混合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的开关测试,发现仅改变门极驱动参数不能明显减小开通振荡的持续时间。在此基础上进一步提出了一种用阻尼电路抑制开通振荡的方法。通过理论分析和实验验证了阻尼电路可以有效地加快开通振荡的衰减,同时不会使开通电流过冲和损耗明显增加。结合阻尼电路和有源驱动方法可以令使用混合IGBT模块的系统获得更好的电磁兼容性能。     

IGBT极限功耗与热失效机理分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最大功耗是安全工作区的重要组成部分,与外部散热装置、内部热阻以及使用工况等有关,而器件手册给出的最大功耗是理想值,难以反映实际工况,若设计不当会造成IGBT热击穿失效。基于对IGBT功耗以及结-壳稳态热阻的温度特性分析,通过联立IGBT功耗的温度曲线和结-壳传热功耗的温度曲线进行热平衡分析,得到了结温的热稳定点、非稳定点以及临界点,由此得到了在临界点处的IGBT极限功耗,对在非稳定点时IGBT结温和功耗间的正反馈关系分析了IGBT热失效机理,最后进行了实验验证。     

IGBT关断瞬态过压击穿特性研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)过压击穿是一种常见的失效方式,由于线路和器件内部分布杂散电感,关断瞬态时会产生过大的电压尖峰从而引起过压击穿,通常误认为一旦发生过压击穿IGBT就会发生破坏性失效.针对此问题,基于IGBT结构和PN结雪崩电压击穿特性,从理论和实验出发研究了IGBT发生过压击穿时的工作特性和失效机理,说明了...     

IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。     

直流断路器用压接型IGBT器件电流分布研究

针对直流断路器用压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片电流分布的问题,基于内快恢复二极管(FRD)外IGBT的对称布局方式建立3.3 kV/3 kA压接型IGBT模块的等效电磁场模型,首先通过仿真1 kHz和1 MHz频率下芯片和铜台的电流密度,分析了IGBT器件内部的集肤效应现象和涡流分布情况,对比了芯片和铜台的电流密度分布,提出了集肤效应下芯片、铜台内部和芯片、铜台之间电流分布规律,并且指出芯片上的电流与铜台上的电流密度模分布差异巨大;其次,在施加直流断路器典型电流波形条件下,仿真得出了IGBT各芯片之间和芯片内部的电流分布。结果表明,在当前直流断路器电流波形下,IGBT芯片之间的电流分布基本均匀;芯片边沿存在电流集中现象,边沿电流密度比中心高9.56%。     

基于电热模型的IGBT结温预测与失效分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作过程中结温难以测量的问题,提出一种基于IGBT电热模型的结温预测方法,并对由结温过高引起的失效进行实验分析.根据IGBT结构特点建立通态压降模型,考虑到器件内部参数和半导体物理常数与温度的关系,建立IGBT导通功耗与结温关系的电热模型.通过联立IGBT结-壳传热方程和电热模型进行热平衡分析,从而得到稳态时的结温.实验结果表明,通过仿真得到的结温基本与实际测量得到的结温值相吻合,结温过大会导致电极根部焊料熔化和表面连接键丝断裂.所提方法通过监测壳温可实时预测IGBT结温,具有方便快捷的优点.     

采用第6代IGBT硅片的IGBT模块

从2007年开始上市的最新NX系列绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)模块,采用统一的封装和功率硅片.其端子和电路结构具有前所未有的灵活性.在NX系列开发的第1阶段,采用的第5代载流子存储式沟槽型双极型晶体管(Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor,简称CSTBTTM)硅片技术实现了高效性能.介绍在NX系列开发的第2阶段所采用的1.2 kv第6代IGBT硅片技术.新的第6代IGBT模块进一步提高了效率并降低了噪声,从而拓宽了客户的应用范围.     

IGBT逆变电源的抗负荷冲击研究

介绍了ＩＧＢＴ逆变电源的工作原理，分析了冲击性负荷对逆变电源造成的不利影响。提出一种简单，可靠的抗冲击控制电路。并用实验得到了证实。     

IGBT模块封装工艺的研究

随着能源技术的发展,电力电子器件日益受到人们的关注,绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为功率半导体的主流器件在能源领域得到了广泛应用。目前IGBT模块已经在电动汽车、高速铁路以及电力设备等领域发挥着不可替代的作用。IGBT模块的封装作为一个新兴产业越来越受到人们的关注。以IGBT模块的封装工艺为研究对象,确定模块封装两次焊接的顺序,选择两次焊接的焊料,确定焊接温度及回流温度曲线。最终焊接效果良好,有效地提高了IGBT模块封装的工艺水平。     

IGBT结温及温度场分布探测研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)采用传统的集总参数热路法只能得到一个平均结温,不能获得芯片表面的温度场分布,因此有必要开展结温探测及温度场分布研究.先在数值仿真软件ANSYS热仿真分析环境里采用有限单元法(FEM)得到模块温度场分布,利用红外热成像仪探测IGBT模块芯片表面结温,获得了结温瞬态温度场分布,分析了结温温升及...     

一种基于开通栅极电压的新型IGBT键合线老化监测方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)的可靠运行是牵引变流器安全和性能的重要保障。键合线老化作为IGBT的一种常见失效模式,对其进行监测具有重要意义。文中提出一种基于开通栅极电压ugem的键合线老化监测方法,该方法可有效避免温度和负载电流带来的影响。首先,基于IGBT等效电路模型,系统分析ugem受键合线断裂影响的原因;其次,利用双脉冲测试进行验证,同时对温度和负载电流带来的影响进行分析;在此基础上,考虑到使用ugem局部特征将受到温度和电流的干扰,提出将开通栅极电压整体波形用于键合线老化的监测,并进一步利用有监督的线性判别分析进行数据降维以及采用支持向量机实现键合线断裂根数的检测。最后,通过实验对所提监测方法的有效性进行验证。     

基于IGBT的短脉冲大电流开断特性研究

为确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在直流微网中开断大电流的能力,搭建IGBT短脉冲大电流开断试验平台。在此基于HENFER模型进行IGBT参数的提取,通过Saber软件进行IGBT的电热耦合仿真,搭建额定电压与额定电流600 V/40 A的IGBT测试试验电路,以100μs,200μs,500μs,1 ms等不同的关断时间差进行IGBT大电流开断特性研究。结果表明,随着栅极驱动电压的提高,IGBT的开断能力不能增强,但相应的关断时间差会发生改变。试验规律为中低压领域直流微网中IGBT的应用提供了参考依据,具有一定工程应用意义。     

IGBT全桥穿通特性及退化分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在桥式电路中的穿通现象会使得同一桥臂的两个IGBT同时导通,发生短路烧毁。利用Simulink软件对IGBT电路进行仿真分析,通过实验电路对IGBT实际工作进行测试及比较,探讨了母线电压、栅极电阻、栅-射极间并联电容对IGBT感应栅压的影响;并对桥式结构中IGBT各电参数的退化情况进行详细地分析,可得:母线电压对感应栅压的大小基本无影响;栅极电阻与感应栅压呈正相关;栅-射极间并联电容越大,感应栅压越小;集电极漏电流和通态电阻退化明显。并根据分析讨论结果,给出优化方案,对提高桥式结构中IGBT的可靠性有着重要意义。     

基于结温补偿的IGBT模块键合线失效监测方法

针对目前绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温估测存在误差的问题,利用通态压降作为结温估计的函数,考虑IGBT模块内部互连材料等效电阻的影响,对估计结温进行补偿,通过实验验证补偿后的温度更接进芯片的真实温度。在此方法的基础上,模拟IGBT模块老化的进程,确定键合线失效阈值,并建立键合线失效基准面。实验结果表明健康的IGBT功率模块和故障模块在三维曲面上具有很好的区分度,验证了运用该方法监测模块内部键合线失效情况的可行性。     

大功率IGBT智能门极驱动光纤通信方法研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)门极驱动技术作为连接功率器件和低压控制电路的纽带,对变流器的可靠运行起着至关重要的作用。针对大功率IGBT状态监测和健康管理需求,提出一种适用于大功率IGBT智能门极驱动光纤数据通信协议架构及编码方法。基于该协议不但可以实现IGBT开关控制,还可以实现控制器与门极驱动板的双向数据交互,为IGBT主动门极控制和在线状态监测提供了一条信息高速公路,实验验证了该编码协议的有效性,对大功率IGBT的高可靠应用及健康管理具有重要意义。