IGBT模块键合线失效研究

新能源技术的发展对功率变流装置的性能提出了更高的要求,IGBT模块作为变流器的核心器件,其可靠性受到了越来越广泛的重视。现有研究表明,恶劣的工作环境加速了器件的老化和失效,因此,深入研究IGBT模块的老化和失效机理是功率器件应用中需亟待解决的问题。以IGBT模块的键合线为研究对象,在建立IGBT模块电-热-力多场耦合模型的基础上,对正常工作和部分键合线脱落时的温度和剪切应力进行了综合分析,指出剪切力是键合线疲劳和失效的直接原因。最后,对比传统铝键合线模型,采用铜作为键合线材料,可以进一步提高模块的可靠性。本研究为进一步分析键合线疲劳,研究IGBT模块的失效形式和寿命提供了参考。     

基于杂散参数辨识的IGBT模块内部缺陷诊断方法

为识别IGBT模块早期内部缺陷,增强其运行的可靠性,本文提出一种基于杂散参数辨识的IGBT模块内部缺陷的诊断方法。该方法利用最小二乘法辨识IGBT模块门极内部杂散参数因经受电、热老化而导致的变化,进而判断内部是否存在缺陷,及时制定维护措施,从而有效防止运行中突发失效及由此造成的设备损坏。与现有的故障诊断方法相比,其响应时间更充裕,实验研究结果验证了其诊断结论的正确性和实用性。     

IGBT模块失效机理及状态监测研究综述

随着电力电子系统性能要求的不断提高,绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）模块不仅要拥有高功率密度,还要具有良好的热-机械性能,以提高其可靠性。首先介绍了IGBT模块的主要失效模式,对封装中键合线和焊料层失效机理进行了详细阐述,重点介绍了IGBT模块健康状态监测,分别对结温、键合线与焊料层健康状态监测及其量化评估研究进展进行了详细分析。最后,对降低热-机械应力以提高整机可靠性设计和运行工况下在线监测研究的发展前景进行了展望。     

基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷监测研究

为了准确地评估出IGBT模块的健康水平,及时发现并更换存在缺陷的IGBT模块,提高功率变流器的可靠性,提出了一种基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷诊断方法。通过监测IGBT模块内部单个芯片等效键合线压降的变化,辨识出IGBT模块内键合线的老化状态,进而判断出IGBT模块的健康水平。实验结果表明,基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷诊断方法能准确地辨识出模块内键合线的老化过程,与采用监测门极信号辨识模块老化状态的方法相比,所提方法不仅能辨识出单个芯片全部键合线脱落的情况,而且能辨识出部分键合线老化的情况,在辨识精度上有了很大的提高。该方法为确定合适的时机对变流器进行维护、降低系统的维护成本提供了理论依据。     

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。     

一种改进的IGBT模块结温提取算法及实验研究

IGBT模块目前被广泛应用于电力系统、牵引传动和电动汽车等各个领域,其安全可靠运行对电力电子系统具有重要意义。研究表明,器件的结温与其健康状况有密切的关系,如何实时提取IGBT的结温是在线监测亟需解决的重要问题。在研究IGBT关断期间电流变化率di/dt与结温关系的基础上,提出一种改进的结温提取模型和算法,该方法具有模型简单和准确的特点,并给出了详细的理论推导分析和简化计算模型。最后,通过设计的改进双脉冲实验,验证了模型和算法的正确性与实用性。     

压接式IGBT和晶闸管器件失效模式与机理研究综述

高压大容量压接式绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）器件和晶闸管器件是高压直流输电工程中的核心器件,对能源的高效利用具有重要意义。IGBT和晶闸管等器件可靠性已成为电工装备乃至整个电力系统能够稳定可靠运行的关键问题。首先,从压接式器件传统封装结构入手,介绍了压接式器件的弹簧式多芯片封装和凸台式多芯片/单芯片封装,对比了3种封装结构的性能。其次,阐述了压接式器件封装级失效模式与机理,结果表明热膨胀系数不匹配是封装级失效的最主要原因。同时,也对IGBT和晶闸管芯片级失效做了梳理,结果表明电气过应力是芯片级失效的主要原因。然后,简单阐述了压接式器件的新型封装结构与技术。最后,展望了压接式器件未来可能的研究重点。     

基于半桥模块的母排设计与并联IGBT均流分析

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响.然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工具提取母排杂散参数并迭代优化.最终搭建基于半桥模块的4并联IGBT双脉冲试验台.试验结果表明,并联IGBT功率回路杂散电感、杂散电阻偏差值与不均流度正相关,通过对母排多次迭代优化设计,最终降低了并联IGBT动态和静态不均流度,验证了功率回路数学模型的正确性.     

超高效电机杂散损耗参数带的选取

电磁设计中,杂散损耗设计系数的选取是一项十分复杂和重要的工作.由于超高效率电机采用新的效率测试方法,与原来的效率测试方法有了很大的区别,杂散损耗的设计系数需要重新选取.介绍了杂散损耗的产生原理及分类,介绍并比较了IEC和IEEE实测杂散损耗方法差异,参考两种标准测试方法杂散损耗推荐值,并结合现有大量样机的测试,采用最小二乘法拟合杂散损耗系数曲线,根据拟合曲线作为杂散损耗设计输入值,进行样机循环测试并修正系数.试制结果表明,确定的杂散损耗参数带合理可行,可用来指导系列超高效电机电磁设计工作.     

混合动力挖掘机用超级电容的建模与参数辨识

超级电容模型的准确性直接影响混合动力挖掘机动力系统的仿真与控制。结合混合动力挖掘机的工况特点,选用了超级电容的等效电路模型进行参数辨识。根据实验所测数据,比较了普通递推最小二乘法、限定记忆最小二乘法和带遗忘因子的递推最小二乘法,分别进行了参数辨识和模型仿真,结果证明采用限定记忆最小二乘法辨识的模型参数更准确。     

同步发电机多步预测自校正励磁调节器

将多步预测自校正控制（Multi-step Predictive Self-Tuning Control）理论用于同步发电机励磁控制中来,选取多个状态量偏差的组合做为输出,用渐消记忆递推最小二乘法在线辨识同步发电机三阶非线性方程经线性化和离散化后的模型参数,并采用一种简单有效的方法离线确定b0（b0是前面提到的模型参数之一）。针对单机无穷大系统,设计出多步预测自校正励磁调节器（Multi-step Predictive Self-Tuning Excitation Regulator,MPSTER）。数字     

基于SCADA及时域最小二乘法的抽水蓄能电站发电机多工况参数辨识

为了辨识抽水蓄能电站发电机多种运行工况下的模型参数,通过建立发电机的微分方程模型,并经过数学推导建立了发电机实测数据变量与发电机待辨识参数数学关系。基于时域最小二乘法的原理,给出了发电机各工况下适用的参数辨识方法,并通过抽水蓄能电站的SCADA(supervisory control and data acquisition)数据采集系统获得运行数据并对各工况参数进行辨识。仿真验算运用南方电网某抽水蓄能在发电和抽水两种工况下的实际运行数据,通过编制C++程序分析计算得到发电工况和抽水工况下的抽水蓄能整个发电机系统的参数值。将参数值与实际铭牌值相比,误差不超过5%。仿真结果表明,运用高采样速度的实时运行数据,能够激发抽水蓄能机组的暂态和次暂态过程。这种经过采样数据和公式推导相结合的辨识方法比通过传统做实验的辨识方法更简单、方便、有效,且适合抽水蓄能机组多工况运行的特点。     

锂电池等效模型建立与参数辨识方法研究

近年来锂离子电池的发展迅速,基于电池的储能系统在国内外得到广泛应用,国内也在研发基于锂离子电池的混合储能系统。为了确保储能系统在复杂工况下的高效、安全和可靠运行,建立高保真的电池模型和进行准确的参数辨识至关重要。本文对锂电池的工作原理和特性进行简述,综述了锂离子电池的模型和等效电路模型的参数辨识方法,对各种方法的原理进行介绍。综合考虑准确度和复杂度选择二阶RC等效电路模型作为其等效电路模型,采用混合脉冲功率性能测试(HPPC)和最小二乘法进行参数辨识,通过充放电实验,验证模型精度,结果表明,模型与实际虽存在一定误差,能较为准确反映电池的静动态特性。     

基于递推最小二乘法的多端口外网静态等值参数辨识方法

为了能够在外部网络信息不足的情况下在线等值系统网络,提出了利用递推最小二乘法实时辨识多端口外网静态等值参数的方法。该方法利用阻断外网后内网的一步式状态估计,在不要求内网支路开断情况下获取优化后的实测边界信息。基于该边界信息,选取多端口扩展电压源网络模型和 型等值支路分别对外部网络建模,并采用含有数据纠错功能的两步式递推最小二乘法辨识外网等值参数。IEEE30节点系统和湖南528节点系统的仿真结果验证了该方法的准确性,以及该方法可应用于在线外部网络的静态等值。     

基于递推最小二乘法的主蒸汽温度控制系统辨识与优化

采用递推最小二乘法对主蒸汽温度控制系统进行闭环辨识,依据串级控制结构的特点,通过双线性变换法转换辨识模型及划分辨识环节,从而推导得出辨识参数方程;基于时间乘绝对误差的积分准则(ITAE)实现PID参数的离线优化,并在仿真模型上验证了上述方法的有效性.将该辨识模型用于某电厂600MW机组主蒸汽温度控制系统PID参数的优化,结果表明主蒸汽温度控制系统动态调节性能显著提高,同时可达到离线优化控制系统的目的.     

基于三次样条插值法的储能锂电池建模与参数辨识

针对锂电池低荷电状态时输出变化大和模型参数辨识困难问题,提出一种基于三次样条插值法的建模与参数辨识方法。首先建立了含SOC动态的三阶3RC-3D等效电路模型,分析了低SOC时应用最小二乘法对不同模型参数进行辨识产生的误差。在此基础上,结合三次样条插值法的拟合特性和合适的边界条件,构造了三次样条插值函数,在SOC≤10%区间进行了模型各参数辨识,并拟合出了模型参数变化曲线。最后,将辨识后的模型参数曲线与混合脉冲功率特性HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)试验的实际测量值进行了对比。从比较结果看,本文所提的辨识方法减小了参数辨识误差,提高了模型精度,验证了在SOC≤10%区间应用三次样条插值法进行锂电池模型参数辨识的有效性。仿真结果表明,基于三次样条插值辨识方法建立的三阶3RC-3D等效电路模型能够高精度地跟踪锂电池输出外特性。     

“光伏发电模型与参数辨识技术研究”通过技术鉴定

<正>2014-03-19,中国电机工程学会组织的"光伏发电模型与参数辨识技术研究"项目通过技术鉴定。该项目由中国电科院新能源研究所承担,项目提出了适用于电力系统机电暂态仿真的光伏发电站通用化模型结构、基于阻尼最小二乘法的d-q轴解耦参数辨识方法和基于参数灵敏度特征距离的光伏电站动态等值方法和基于电压扰动(故障穿越)自适应参数识别方法,开发了光伏发电模型参数辨识软件平台和光伏发电模型验证软件平台,构建了由建     

基于多新息最小二乘算法的电力线路参数辨识

随着电力系统的建设和发展,电网结构日益复杂,由于线路长期运行、周围环境变化等原因导致原有的线路参数模型与实际线路参数存在偏差,从而影响电力系统的实时监控和优化运行。考虑到电力系统输电线路中的数据采集与监控(SCADA)系统量测充足,提出基于多新息最小二乘(MILS)算法的线路参数辨识模型,实现全网线路的准确辨识和校正。首先,利用实时数字仿真(RTDS)系统搭建IEEE 39节点电力系统仿真模型,获得潮流运行数据;然后,在Matlab中进行参数辨识,将辨识结果与RTDS中的线路参数进行对比。结果表明,基于MILS算法的参数辨识结果具有较高估计精度,可作为电力系统可疑线路判断依据。