压接型IGBT器件内部压力分布

压接型IGBT器件内部各组件直接堆叠在一起,通过外部压力使得各组件间保持良好的机械与电气接触,进而引入一定比例的接触电阻和接触热阻,所以器件内部的压力分布不仅影响器件内部的电流分布和温度分布,还将严重影响器件的可靠性。基于压接型IGBT器件的有限元计算模型和特殊的应用工况,研究压接型IGBT器件内部的压力分布情况,重点探讨器件内部各组件加工误差与内部的布局方式对器件内部压力分布的影响。通过压力夹具和压力纸等进行压接型IGBT器件内部压力分布的实验,实验结果不仅验证了有限元模型和边界条件的正确性,还表明外部压力加载对器件内部压力分布的影响。     

不同结构压接型IGBT器件压力分布对比

柔性直流输电技术的不断发展对应用在柔性直流输电系统中的绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件提出了更多的要求。压接型IGBT器件因符合柔性直流输电系统等领域高电压、大电流以及高功率密度的发展需求而得到重视,易于串联的特性使其非常适用于高压应用领域。目前以WESTCODE、TOSHIBA公司为代表的凸台式封装结构和以ABB公司为代表的弹簧式封装结构的2种压接型IGBT器件已成功应用到柔性直流输电工程中。基于有限元法建立了2种压接型IGBT器件的仿真模型,分别针对器件2种不同工况（正常加压未工作和正常工作状态）对比分析了其内部的压力分布。仿真结果表明,2种结构的压接型IGBT器件在正常加压状态下压力分布均比较均匀,由于弹簧结构的存在使得弹簧式压接型IGBT器件在正常工作状态下压力分布更为均匀。最后基于仿真分析,对压接型IGBT器件的结构优化提出了可能的解决方案。     

换流阀用与直流断路器用压接型IGBT器件差异分析

压接型IGBT器件以其耐受电压高、电流密度大、控制功率低、开关速度快以及双面散热等优势成为柔性直流输电系统中换流阀和直流断路器选用的理想器件。由于应用装备的差异,换流阀和直流断路器对于压接型IGBT器件分别提出了低通态压降和高短路关断能力的要求。分析了换流阀用压接型IGBT器件和直流断路器用压接型IGBT器件外部和内部电流、电压、温度和压力的差异,总结了两种器件应用过程中可能存在的主要失效原因,提出了封装设计中需要重点考虑的技术问题。     

柔直换流阀用压接式IGBT器件物理场建模及内部压强分析

压接式IGBT器件是柔性直流换流阀的核心,器件内部压强分布直接影响器件及系统可靠性,而内部压强又受各种材料及复合应力相互耦合作用,针对不同应力耦合效果及其对内部压强的影响,进行压接式IGBT器件物理场模型仿真以及器件内部最大压强分布趋势的研究。首先,基于3.3 kV/50 A压接式IGBT器件实际结构,建立了多物理场模型,分析了机械、机-热和机-热-电不同耦合模型下器件内部压强分布的差异,并获取了器件承受内部最大压强的薄弱环节及各种内部应力作用的耦合效果。然后,基于机-热-电耦合模型,分析了不同环境温度、外部压力、导通电流对压接式IGBT器件内部薄弱层最大压强及性能的影响。最后,建立了压接式IGBT器件功率循环平台,通过恒导通工况和功率循环实验验证了机-热-电耦合模型的有效性和薄弱层分析的合理性。研究结果表明,机-热-电耦合模型能更好地表征压接式IGBT器件多应力耦合作用效果,内部最大压强的薄弱环节为IGBT芯片与发射极钼层间,且内部最大压强随环境温度、外加压力和导通电流的增加而增加。     

压接型IGBT器件接触电阻计算及影响因素分析

压接型IGBT器件封装材料间的接触电阻大小及分布规律直接影响其电热分布特性与运行可靠性,然而现有接触电阻计算的方法大都依赖于半经验模型,未能考虑表面形貌参数影响,难以准确表征,该文提出考虑材料表面形貌参数及接触压力影响的压接型IGBT器件接触电阻模型及影响规律研究.首先,基于电接触理论,建立考虑材料电阻率、接触面接触压...     

压接型IGBT器件封装退化监测方法综述

压接型IGBT器件是智能电网中大容量电力电子装备的基础核心器件,其可靠性直接关系到装备及电网的运行安全,而封装失效是其主要失效模式,封装退化监测是实现其故障诊断、状态预测及智能运维的关键.针对现有研究大多侧重于传统焊接型IGBT器件封装退化监测的问题,该文以压接型IGBT器件为研究对象,首先,介绍压接型IGBT器件封装...     

不同封装形式压接型IGBT器件的电-热应力研究

基于多物理场建模对比分析全压接和银烧结封装压接型IGBT器件的电-热应力。首先根据全压接和银烧结封装压接型IGBT的实际结构和材料属性,建立3.3 kV/50 A压接型IGBT器件的电-热-力多耦合场有限元模型;其次仿真分析额定工况下2种封装IGBT器件的电-热性能,并通过实验平台验证所建模型的合理性;然后研究了3.3 kV/1 500 A多芯片压接型IGBT模块的电-热应力,并探究了不同封装压接型IGBT器件电-热应力存在差异的原因;最后比较了2种封装压接型IGBT器件内部的电-热应力随夹具压力和导通电流变化的规律。结果表明银烧结封装降低了压接型IGBT器件的导通压降和结温,提升了器件散热能力;但银烧结封装也增大了IGBT芯片表面的机械应力,应力增大对IGBT器件疲劳失效的影响亟需实验验证。     

大功率压接型IGBT器件中的机械应力研究

机械应力是影响高压大功率压接型IGBT器件电气特性、热特性以及可靠性的关键因素之一。首先,从芯片与封装结构设计的角度,介绍单芯片以及多芯片并联机械压力分布均衡特性的研究现状及其关键设计技术。其次,从封装工艺的角度,分别对比弹性压接、刚性压接等不同焊接形式对芯片机械应力分布的影响规律。最后,结合压接封装结构特点,基于一种新型芯片终端结构,提出一种新型封装技术方案,可以有效提升单芯片以及并联芯片压力的均衡特性,为高压大容量压接型IGBT器件的设计提供参考依据。     

大功率压接型IGBT器件中的机械应力研究

机械应力是影响高压大功率压接型IGBT器件电气特性、热特性以及可靠性的关键因素之一。首先,从芯片与封装结构设计的角度,介绍单芯片以及多芯片并联机械压力分布均衡特性的研究现状及其关键设计技术。其次,从封装工艺的角度,分别对比弹性压接、刚性压接等不同焊接形式对芯片机械应力分布的影响规律。最后,结合压接封装结构特点,基于一种新型芯片终端结构,提出一种新型封装技术方案,可以有效提升单芯片以及并联芯片压力的均衡特性,为高压大容量压接型IGBT器件的设计提供参考依据。     

基于IGBT芯片疲劳机理的关断时间可靠性模型

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片疲劳机理,提出采用关断时间对IGBT健康状态进行监控的可靠性评估方法。采用理论分析与解析描述相结合的方法,建立了IGBT关断电流下降时间模型,进而通过研究IGBT关断时间特征量疲劳机理,建立了IGBT关断时间可靠性评估模型。仿真和实验验证了该模型的正确性与准确性。通过该模型可对IGBT的健康状况进行准确评估。     

电动汽车负荷对配电网可靠性影响的量化分析

针对当前电动汽车的规模化发展趋势以及电动汽车到电网V2G(Vehicle-to-Grid)技术的应用,对电动汽车大规模接入后的配电系统可靠性进行相关研究。基于统计学建模方法,建立了不同控制模式下电动汽车的充放电功率模型以及时变负荷模型,提出了故障情况下采用V2G技术恢复供电的孤岛形成策略,计及元件的盆浴型寿命周期,利用序贯蒙特卡罗法对电动汽车接入后配电系统的可靠性进行全面准确的评估。以IEEE-RBTS Bus6测试系统主馈线F4为实例,从电动汽车负荷的控制类型、接入位置、渗透率三方面分别对系统的可靠性指标进行量化分析,研究结果为今后电动汽车的发展规划提供了有益的参考。     

双馈风力发电机转轴材料疲劳性能试验及数据分析

对FYKS02水冷双馈风力发电机转轴材料进行了疲劳性能试验,通过对试验数据的分析,确定转轴材料的疲劳强度.该试验结论将为FYKS02水冷双馈风力发电机各个零部件的疲劳强度分析,及校核、验证各零部件能否满足发电机低电压穿越的强度要求提供试验依据.     

基于IGBT栅极疲劳机理的阈值电压可靠性模型研究

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)栅极疲劳机理,提出采用阈值电压对IGBT健康状态进行监控的可靠性评估方法。该方法通过研究阈值电压随疲劳程度的变化规律。建立了IGBT阈值电压可靠性评估模型。仿真和实验验证了该模型的正确性与准确性。通过该模型可以对IGBT的健康状况进行准确评估。     

考虑元件可靠性参数修正的配电网可靠性研究

元件可靠性参数是进行配电网可靠性分析的基础,对于某特定地区的某一类元件,天气和运行年限是影响其可靠性的主要因素。文章提出多态天气模型的概念,给出了该模型下元件可靠性参数的修正计算方法。在此基础上结合元件发生故障的浴盆曲线模型,给出基于天气因素和运行年限的元件可靠性参数修正模型,推导了基于元件参数修正的配电网可靠性指标的计算公式。仿真计算结果验证了天气因素和元件运行年限对配电网可靠性指标有较大影响。     

计及分布式电源的配电网可靠性分析

大量的分布式电源接入配电网会对配电网的可靠性带来深刻的影响。针对分布式电源建立了配电网可靠性模型,结合计及停电用户数最优孤岛划分策略,对传统的最小割集法进行改进,分析分布式电源的位置以及容量对可靠性指标的影响,指出在实际的运行过程中,应该综合考虑各种因素的影响,合理利用分布式电源来提高配电网可靠性。     

计及激励型需求响应的微电网可靠性分析

鉴于激励型需求响应能够引导用户调整用电行为、主动参与负荷削减,而微电网中的分布式电源及储能能为实施激励型需求响应提供响应时间,文中对计及激励型需求响应的微电网可靠性进行了重点研究。首先分析了激励型需求响应的机理及其对供电可靠性的影响,接着对激励型需求响应用户进行综合评估,建立了需求响应的调度模型。然后以用户收益最大为目标建立用户侧的响应模型,并提出了计及激励型需求响应的微电网负荷削减策略。最后基于蒙特卡洛模拟方法对改进的RBTS Bus6测试系统进行可靠性评估和经济性分析。算例结果验证了所建模型的有效性,证明了激励型需求响应能有效提高微电网的可靠性和经济性。     

考虑尾流效应和集电系统元件故障的风电场可靠性建模

分析平坦地形和复杂地形下风电机组间尾流效应对风电场输出功率的影响;建立两状态等值风电机组以及五状态断路器、三状态变压器等集电系统元件的可靠性模型,考虑集电系统元件故障对风电场输出功率的影响。运用威布尔分布模拟风速,对风速、等值风电机组状态、集电系统元件状态等进行非序贯蒙特卡洛抽样仿真,基于MATLAB进行编程计算。结果表明,尾流效应和集电系统元件故障对风电场的输出功率都有不可忽视的影响,综合考虑二者的风电场可靠性模型提高了对风场输出功率计算的真实性和准确性,评估风电场并网可靠性指标时更为精确、贴近实际。