基于电压对电流变化率的IGBT结温变化机理及监测方法

为了有效监测IGBT的工作结温,通过机理分析提出了一种基于电压对电流变化率的结温在线监测方法。首先基于半导体物理论述了IGBT饱和压降UCE与电流ICE的关系,得到了UCE、ICE与结温的对应关系,然后分析了结温对d UCE/d ICE的影响机理,进一步得到d UCE/d ICE随结温的变化规律,且所得规律不受电压、电流绝对值以及负载的影响。实验结果表明:在IGBT饱和工作区内随着结温的升高,d UCE/d ICE呈正比例增大,d UCE/d ICE与结温之间表现出良好的线性唯一对应关系,UCE在电流不变的条件下与结温也呈线性关系,并进一步得到了完整的UCE、ICE与结温的3维关系曲线,验证了机理分析。因此可通过监测d UCE/d ICE的值来有效表征IGBT的实时结温,该方法不受负载影响,更易实现。     

IGBT模块在线结温预测方法对比研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块以其驱动简单、功率等级高、功耗小、热稳定性好等优点,被广泛应用于光伏发电、航空航天、电动汽车、船舶等各类电力电子设备中。IGBT模块作为电力电子设备的核心部件,其可靠性一直都是制造商与用户重点关注的问题,而结温波动被认为是导致IGBT模块失效的主要原因。因此,如何估算或测量IGBT模块的结温是研究IGBT模块可靠性的重点。此处对常见的热敏感电参数(TSEP)进行分析,并通过IGBT模块双脉冲测试平台进行了实验对比,实验结果表明相比较于其他TSEP,关断时间对结温的灵敏度更高,线性度更好,为最佳TSEP。     

基于关断电流最大变化率的压接式IGBT模块结温提取方法

压接式绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)模块因优越的电气性能和封装设计,受到柔性直流输电等大功率应用场合的青睐,其模块可靠性也成为大功率应用场合研究的重点,而IGBT模块结温是影响器件可靠性的重要因素。基于压接式IGBT模块双脉冲测试平台,介绍一种基于关断电流最大变化率的压接式IGBT模块结温提取方法,分析压接式IGBT芯片结温和模块关断电流最大变化率间单调变化关系,并利用压接式IGBT模块封装结构固有的寄生电感有效获取关断电流最大变化率的信息,以此来反推模块结温特性。最后通过压接式IGBT双脉冲测试平台验证了通过模块关断电流最大变化率进行压接式IGBT结温提取的可行性。     

基于传热动力学作用特征的IGBT结温预测数学模型

提出一种基于传热动力学作用特征建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温预测模型的建模方法。针对目前IGBT结温预测模型无法灵活应用于多时间尺度仿真与快速计算模式的问题,通过将简单(阶跃)信号下得到的动力学作用分量应用于复杂(PWM)信号下,建立IGBT结温预测数学模型。基于经典Cauer传热RC网络结构,建立针对阶跃功率输入信号的IGBT结温预测数学模型。提出采用自然解耦的方法,对IGBT传热动力学特性进行研究,建立传热动力学作用分量的准确表征。在此基础上,采用自然解耦与精确补偿的方法,建立针对PWM脉冲功率输入信号的IGBT瞬态结温预测数学模型。仿真与实验结果验证了模型的正确性与准确性。所建IGBT结温预测数学模型对于查明IGBT器件的传热动力学作用机理,实现结温的快速有效仿真与计算,建立IGBT传热多时间尺度数学模型具有重要的理论意义和应用价值。     

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.     

基于大电流导通压降法的车用IGBT结温监测方法综述

车用功率模块应用过程中,现有设计方法存在视在容量的浪费。结温在线监测可以增加可靠性,以大电流导通压降为状态量的热敏感电参数法最有可能实现结温在线监测。面对大电流导通压降法存在的标定困难、采样准确度低、验证困难等问题,建立了合理的热电耦合模型是基础手段,并以高准确性、高稳定性的结温在线监测为目标,从标定、采样、验证三方面进行综述和讨论。     

加速器脉冲电源的IGBT结温波动预测

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)磁铁电源大多是开关电源,工作于脉冲大电流、高精度模式,各种功率等级的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)数量庞大,IGBT的稳定工作对电源可靠、稳定工作至关重要.从IGBT损耗计算入手,分析和测量了IGBT在特定脉冲运行模式下的结温波动规律.以600 A/1200 V IGBT为例,对3种实际电流工况进行了实验分析,采用热成像仪对IGBT结温进行测量,结温数据的误差在3.5 ℃以内,验证了所提结温分析方法的正确性.最后,根据Bayerer寿命模型进行了基于结温波动的可靠性评估.     

IGBT结温模拟和探测方法比对研究

针对适用于电力电子器件结温模拟和探测方法,分别采用RC热网络法、有限元(FEM)数值计算法、热敏电参数法和红外热探测法4种结温分析及探测方法在同样加热电流时对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温特性进行了深入比对研究.比对研究结果表明在很多对温度分布不要求精确确定的工程应用场合,可用RC热网络模型法和热敏电参数法进行模拟...     

基于组合短路电流的不受老化影响的IGBT模块结温测量方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的结温精确在线测量对于功率变流器的热管理及可靠性研究具有重要意义。然而目前绝大多数温敏电参数都受到器件老化的影响,无法准确地描述老化进程中器件的结温信息。由于短路电流作为温敏电参数时,其测量结果受器件键合线老化的影响。为此,文中提出一种基于组合短路电流的IGBT模块结温测量方法,该方法可以消除键合线老化的影响。通过理论分析和模拟剪线实验分析键合线老化对所提结温测量方法的影响,并搭建实验平台,验证所提方法在运行变流器中在线测量结温的可行性。理论分析和实验结果表明,所提方法不仅能消除键合线老化对结温测量的影响,还具有线性度好、灵敏度较好及在线测量的优点。     

基于水冷SVG的IGBT损耗及结温研究

此处基于水冷型静止无功发生装置(SVG),选用两种绝缘栅双极型晶体管(IGBT),对其进行负载对比性实验.根据实验所得数据,结合IGBT自带仿真软件,对仿真所得数据进行分析处理,计算两种IGBT的损耗及结温,综合比较两种IGBT的性能,为IGBT选型提供一种研究方法,有助于IGBT研究的进一步深入.     

大功率IGBT模块结温提取研究

为了提高大功率功率变换器的可靠性,需要对大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块进行温度监测,到目前为止,该领域对高压IGBT的研究很少。本文搭建了双脉冲实验平台,对4.5 kV、1.2 kA IGBT模块开关瞬态时的热敏感电参数进行了测量,并对每个参数是否适用在线结温提取以及预期成本进行了讨论。结果表明,大多数参数除温度外还强烈依赖于负载电流和母线电压,最合适的结温提取参数是准阈值电压和开通时集电极电流变化率,它们都可以通过IGBT的寄生电感来获取。     

IGBT模块结温估计方法及其温度特性研究

为了准确快速地估计结温,研究了IGBT模块的温度特性及基于温度敏感电参数TSEP(temperature sensitive electrical parameters)的结温估计方法。首先在不同壳温的条件下,测量IGBT开关过程中的门极-射极电压Vge、集电极-射极电压Vce和集电极电流Ic,并以上述参数作为TSEP;然后分析了TSEP随温度变化的机理,研究了TSEP典型特征与温度的关系,并将其量化;最后提出一种准确的IGBT结温估计方法。实验测试结果表明,基于TSEP的典型特征的结温估计方法切实可行。     

一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在工业领域应用广泛,但IGBT结温易受工况变化及其所处散热环境影响,散热通道不畅会使IGBT模块处于高温状态,长期在高温状态下工作严重影响器件使用效率。由此,提出一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法。将IGBT模块各功能层抽象为一个热阻模型,通过建模仿真获得某确定工况下IGBT的估计结温。在同工况下,通过实验采集IGBT温度值,将建模结果与实验结果相验证,进而证明基于阻抗模型的IGBT结温估计的准确性。     

基于IGBT特征量的结温在线提取方法对比分析

以电力电子装置设计与可靠性对其核心部件IGBT器件的结温在线提取需求为牵引,对IGBT器件结温在线提取方法进行了理论与仿真分析,主要包括:阈值电压、集射极饱和压降和关断时间结温在线提取方法的灵敏度、增量百分比及其实现在线提取的可行性,为实现电力电子装置中结温在线提取奠定了坚实基础。     

基于Vth和Vce的IGBT结温测量方法对比研究

小电流下饱和压降法（Vce法）和阈值电压法（Vth法）是IGBT热阻测试标准中推荐使用的两种结温测量方法,然而并没有说明两种方法测得的结温的关系及等效性。首先理论分析了小电流下饱和电压和阈值电压的电压构成,表明Vce法测得的结温反映的是芯片集电极侧的温度信息,Vth法测得的结温反映的是芯片发射极侧的温度信息,由于芯片内部存在垂直温度梯度,推断Vth法测得的结温将高于Vce法测得的结温;然后根据两种测量方法的测量原理,搭建了IGBT结温测量平台,在不同负载电流下用两种方法测量结温,实验结果验证了理论预测,且两种方法测得的结温的差值随着负载电流增加而增大。最后,提出一种简易热校准模型用于快速计算差值,使得两种方法的结果可以等效变换并进行公平对比。     

用于IGBT模块结温预测的热-电耦合模型研究

随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取,所得结果与厂商数据手册吻合,而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性,最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型,可对芯片动态结温进行预测。     

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...