基于热时间常数的IGBT模块热疲劳老化监测方法

提出利用热时间常数作为新的特征量,实现了对IGBT模块和导热硅脂的热疲劳老化进程的同步监测。通过研究热时间常数与Cauer型热网络参数的关系,建立了热时间常数与IGBT模块物理结构间的联系,总结出热时间常数在IGBT模块热疲劳老化过程中的变化规律。最后,通过3-D有限元仿真模型和实验验证了该方法对监测IGBT模块和导热硅脂热疲劳老化的有效性。该方法的显著优势在于可以仅通过1条结温降温曲线提取热时间常数,且不需要任何损耗信息或加热模块至热平衡状态。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

大功率IGBT的PSPICE仿真模型

应用等效模拟的方法建立了大功率IGBT的PSPICE仿真用直流模型和动态模型 ,并对其进行了直流特性和动态特性的研究。对照仿真值与器件的实际值相比 ,所有特性均较吻合 ,表明此PSPICE仿真模型适用于在工种应用中分析研究大功率IGBT的直流特性和动态特性     

一种考虑热扩散和热耦合的IGBT模块热阻抗模型

针对传统热等效电路模型对IGBT模块结温计算误差较大的问题,提出一种基于传热研究的IGBT模块等效热阻抗模型。通过对IGBT模块内部传热研究,以热流密度变化规律确定热扩散角,由此计算出热网络参数并建立改进的单芯片Cauer网络等效电路模型。然后在此基础上,考虑多芯片之间的热耦合效应,计算出自热热阻和耦合热阻并建立IGBT模块热阻抗矩阵,利用线性叠加原理可对各芯片的结温进行预测计算。最后,将等效热阻抗模型计算出的结温与有限元仿真值进行比较,验证了该模型的有效性与准确性。     

功率模块压接型IGBT温度循环试验热负载施加方法

温度循环试验是研究功率模块压接型绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）特性的重要试验手段。为此,以柔直换流阀功率模块压接型IGBT为研究对象,结合理论计算与有限元仿真分析,提出了温度循环试验热负载施加方法,并获得相应的电输入目标参数。搭建了温度循环试验平台,对器件温度进行实时监测,综合对比分析功率模块受试IGBT器件的结温、壳温、散热器测温点温度数据。通过仿真结果验证了所提方法的有效性,可为同类型压接IGBT试验提供研究思路。     

用于PSPICE仿真的IGBT宏模型

介绍了一种可用于ＰＳＰＩＣＥ的ＩＧＢＴ宏模型。采用程序设计的方法,将该模型加入到ＰＳＰＩＣＥ的模型库中,并由相关测试电路对此模型进行仿真测试。该模型的仿真值与实际器件测试值相比,无论是ＤＣ特性还是开关特性均吻合较好,表明该模型可用于工程ＣＡＤ中。     

IGBT功率模块热网络模型建立及其参数辨识方法综述和展望

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心器件,其可靠性受到广泛重视。而结温过高或者温度波动过高是导致功率器件失效的主要因素,故实时精确地监测IGBT模块结温对于提高其可靠性具有重要意义。通过建立热网络模型,然后对其电路进行仿真可获取结温,该方法因简单易行且可实现对结温的在线监测从而得到广泛应用。对现有的热网络模型进行了总结和归纳,并根据模型结构将其分为一维、二维和三维三类。然后,对近年来热网络模型的参数辨识方法的研究情况进行探讨,并对各个方法进行了比较和评价。在此基础上,对未来新的热网络模型和模型参数辨识方法的研究方向进行了展望。     

基于状态反馈线性化的IGBT外部热管理

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的热管理技术能降低其运行时的结温波动,提高器件的可靠性.针对IGBT外部热管理系统中的非线性成分,建立系统的仿射非线性模型.通过引入状态反馈线性化方法对其进行线性化,弥补目前IGBT热管理控制系统设计中缺乏精确数学模型的缺陷.基于线性二次型调节器(LQR)设计一种闭环控制方法,通过调节外部散热条件以平滑IGBT运行时由于负载波动导致的低频结温波动.基于Buck电路进行实验,实验证明,所提算法对负载电流在额定值的60％～100％范围内波动时,能够降低约60％的结温波动,提高IGBT约69倍的寿命.最后,基于小电流注入法在线测量结温,验证了基于模型计算结温的准确性.     

IGBT模块的热设计概述

对IGBT模块的热特性和热设计进行概述,介绍IGBT模块的热阻抗网络模型及其与封装材料热性能及尺寸的关系;从芯片和模块封装材料、结构等方面讨论模块的热设计要点,并阐述传统IGBT模块及新型压接式IGBT模块的热设计。     

一种改进的并联IGBT模块瞬态电热模型

在大功率系统中,为了扩大电路的功率等级,开关器件往往会并联使用。为了保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块工作在安全范围,需要建立并联器件的瞬态电热模型。首先,重点分析了结温变化对损耗产生的影响,通过建立不同开关阶段等效电路分析推导电压、电流变化规律。同时,通过搭建测试电路得出受温度影响的参数与温度之间的定量关系。其次,在考虑并联器件之间的散热路径耦合基础上,提出并分析了一种改进的IGBT并联热阻抗模型。最后,基于损耗模型和热阻抗模型建立IGBT并联电热模型。搭建实验平台比较不同模块安装距离对瞬态结温的影响。与传统模型比较,计算结果与实验测试结果吻合,验证了改进的电热模型的准确性。     

IGBT模块的热设计概述

对IGBT模块的热特性和热设计进行概述,介绍IGBT模块的热阻抗网络模型及其与封装材料热性能及尺寸的关系;从芯片和模块封装材料、结构等方面讨论模块的热设计要点,并阐述传统IGBT模块及新型压接式IGBT模块的热设计。     

针对高压IGBT的改进瞬态模型

为准确表征绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的物理特性,在典型IGBT开关瞬态模型的基础上提出一种改进的高压IGBT瞬态模型。首先基于半导体物理理论,对典型IGBT开关瞬态的建模过程进行了简要分析和推导,并在此基础上针对高压IGBT的宽基区结构特点,考虑基区载流子复合过程对IGBT开关瞬态的影响,建立了一种改进的高压IGBT瞬态模型。最后将建立的模型在Saber仿真软件中实现,并在25℃和125℃工况下进行了双脉冲仿真,以一种3 300 V/1 200 A IGBT模块为例搭建测试电路,对改进的瞬态模型进行实验验证。实验结果表明：提出的改进模型将25℃下IGBT关断时间的误差由26.5%降低至1.5%,关断损耗的误差由60.93%降低至8.92%;该模型将125℃下IGBT关断时间的误差由14.5%降低到4%,关断损耗的误差由61.68%降低到11.35%。研究结果为IGBT的应用设计提供了更为准确的仿真模型。     

基于PSPICE的IGBT宽频等效电路模型研究

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)阀是柔性直流换流系统的核心,建立实用准确的IGBT模型,对于模拟电磁骚扰源具有非常重要的意义。在IGBT等效电路基础上,采用复合模型法构造IGBT宽频等效电路模型,利用PSPICE软件的模型参数提取程序Parts分别提取功率MOSFET和BJT的模型参数。在此基础上,从IGBT的导电机理出发,用二极管的势垒电容表征其内部的压控寄生电容,建立其等效电路模型,并利用IGBT数据手册和计算相结合的方式提取寄生参数,仿真其稳态、动态特性。仿真结果和厂家给出的实测结果的对比,验证了该模型的正确性。     

压接型IGBT功率模块加速老化试验方法

针对目前对压接型绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor ,IGBT）可靠性评估测试工作的不足,从器件应用角度提出了可用于柔直功率模块的老化循环试验方法。结合不同试验工况下的理想试验波形及热阻模型得到了适用于不同试验的结温波动公式。通过实验验测得到了压接型IGBT在老化试验下的结温波动波形,对所提方法进行了验证。     

基于GARCH模型的IGBT寿命预测

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化模型建立方法,并利用建立的老化模型对IGBT模块的剩余使用寿命进行预测。首先介绍IGBT的失效机理,结合现有的加速老化数据,确定的以集电极-发射极通态压降作为剩余使用寿命预测依据。建立基于GARCH模型的IGBT老化寿命模型,通过3组IGBT模块加速老化数据对剩余寿命预测,验证所提方法的有效性。     

高压IGBT封装硅凝胶材料高温和热老化绝缘特性研究

在高压IGBT器件中，新兴的宽禁带半导体芯片逐渐代替了传统的硅基半导体芯片，其高功率密度特性会导致电力电子模块的工作温度急剧上升。硅凝胶作为高压IGBT器件的封装用绝缘材料，其绝缘性能面临高温和热老化的挑战。为了研究高温和热老化对硅凝胶材料热稳定性和绝缘性能的影响，本文基于硅凝胶材料的高温试验与热老化试验，测试了高温和长期热应力作用对硅凝胶材料介电性能、体积电导率和击穿强度的影响，对硅凝胶的高温特性和热老化特性进行分析。结果表明：随着温度的升高，硅凝胶的复介电常数实部降低、介质损耗增加、直流电导率升高、击穿强度降低；随着热老化时间的增加，硅凝胶的复介电常数实部增加、介质损耗先减小后增大、直流电导率先增大后减小、击穿强度降低。     

基于PSPICE仿真的IGBT功耗计算

基于PSPICE仿真,结合无刷直流电机提出了IGBT功率损耗的估算方法,研究了IGBT功率损耗与开关频率和栅极电阻阻值之间的关系。     

基于IGBT的短路试验开关的仿真研究

本文针对抗短路试验中传统机械开关合闸时间分散性较大的情况,提出用IGBT作为试验开关的解决方案。分析了以IGBT模块为基础的全控开关在交流应用中可能出现的电流不平衡问题。Matlab/Simulink仿真验证了串联电阻对并联IGBT模块的均流具有显著效果。IGBT作为无触点式开关,具有开关速度快的特点,应用IGBT作为抗短路试验开关,可以满足相关标准对抗短路试验严格的相位控制和时间要求。     

IGBT的Protel 99se简化模型及仿真

本文提出一种简便的模拟绝缘栅双极性晶体管(1G—BT—Insulated Gate Bipolar Transistor))的方法，利用外部特性参数提取、换算模型参数，通过建立Protel 99SE中的数据库项，能够对任意新型号的IGBT进行仿真。文中给出一个实际器件的模拟结论，验证了方法的可行性。