结温在线控制系统的IGBT功率模块热耦合模型

应用有限元法，对IGBT功率模块的三维热分布进行了仿真研究，得到了器件的稳态热阻及瞬态热阻抗。研究了功率模块各芯片之间的相互热影响，提出了热耦合效应热模型的统一结构，基于对瞬态热阻抗曲线的拟合，得到热模型的相关参数，从而建立了热耦合效应热模型。以一个降压变换器为例，阐述了结温在线控制系统的工作原理，并将热模型应用于该系统中，计算结果与测量结果非常一致。     

基于Elman神经网络模型的IGBT寿命预测

建立了Elman神经网络模型来实现绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的寿命预测。分析了IGBT的结构及其失效原因,结合NASA埃姆斯中心的加速热老化试验数据,确定了以集电极-发射极关断电压尖峰峰值作为失效预测依据。利用高斯滤波的方法对试验数据进行预处理,构建了单、多隐层Elman神经网络寿命预测模型,并构建了广义回归神经网络(GRNN)寿命预测模型作为对比模型。采用均方误差、平均绝对误差、最大相对误差作为各模型预测性能的评估指标。结果表明,提出的Elman神经网络模型比GRNN模型有更好的预测效果。二隐层的Elman神经网络模型均方误差为0.202 0%,平均绝对误差为0.387 6%,最大相对误差为3.023 0%,可以更好地实现IGBT寿命的预测。     

压接型IGBT器件单芯片子模组功率循环试验仿真

压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件因具有双面散热、短路失效和易于串联等优点,正逐步应用到柔性直流输电等领域.但其在工作过程中的热学、力学特性与传统焊接式IGBT模块相比有很大差异,故存在不同的长期可靠性问题.基于有限元法建立了压接型IGBT器件单芯片子模组多物理场耦合仿真模型,研究了三种功率循环仿真条件下器件的热学和力学特性,并且在功率循环过程中利用金属弹塑性模型来模拟材料的瞬态特性.仿真结果表明,IGBT芯片发射极表面与发射极钼片相接触的边缘是应力集中区域,芯片发射极表面栅极缺口和四周边角处有明显的塑性变形.同时,将仿真结果与实际失效的IGBT芯片进行了对比,进一步验证了仿真模型的有效性和适用性.     

一种IGBT热阻测试系统的研制

为了解决国内绝缘栅双极型晶体管(IGBT)生产和使用中热阻测试问题,采用电学法的测量原理并与嵌入式技术相结合的方式,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心的IGBT自动测试系统.该系统采用模块化的设计思想,各模块间进行隔离设计,其中14 bit隔离型高速数据采集卡可以快速采集IGBT温度敏感参数的变化,从而使系统可以快速可靠的工作.使用该测试系统对IGBT器件的热特性进行测试,将测试数据与美国生产的Phase1 1热特性分析仪进行对比,测试结果经过修正后误差约为1％.验证了该热阻测试系统可用于测试IGBT器件的热特性,并具有速度快、稳定性好等优点,对我国功率器件的可靠性技术研究具有重要意义.     

PWM整流器中IGBT结温特性的研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是风电系统中PWM整流器的核心器件,而结温是影响IGBT使用寿命的主要因素,因此有必要对PWM整流器中IGBT工作状态下的结温特性进行研究。文章详细介绍了IGBT模块结构和SVPWM调制策略,设计了PWM整流器中IGBT测温系统的实验电路,搭建了实验平台。使用光纤对IGBT在工作状态下的结温进行了测量,获得了结温工作曲线,并分析了IGBT结温温升的曲线特征以及变化规律,为整流器中IGBT的可靠性研究提供了依据。     

功率MOS器件的结构与性能

电力电子器件的结构决定其性能,而器件的性能又决定电路的性能。根据此原理,本文分析比较了近十年来十种实用的具有新型的功率MOS器件的结构与性能特点,包括：NPT－IGBT、PT－IGBT、SDB－IGBT、Trench MOSFET、Trench IGBT、Cool MOSFET、BiMOSFET、HV－IGBT、HS－IGBT、RB－IGBT。     

新型功率MOS器件的结构与性能特点

电力电子器件的结构决定其性能,而器件的性能又决定电路的性能。根据此原理,分析比较了近十年来10种实用的具有新结构的功率MOS器件的结构与性能特点。     

IGBT器件栅极漏电问题研究

IGBT器件具有输入阻抗高和导通压降低的优点,在大功率电力电子领域具有广泛的应用,但IGBT器件的栅极漏电问题严重影响产品的成品率和可靠性,是产品制造工艺控制的关键。栅极漏电问题主要由栅氧化层质量、多晶硅栅形貌以及栅极与发射极之间的隔离等问题所致,通常造成栅极短路漏电的原因比较容易发现,但栅极轻微漏电的原因比较复杂,需要通过科学的分析,才能找到问题的根源。通过对典型栅极漏电(栅极间呈现二极管特性)问题的调查,总结了解决问题的思路和方法,对IGBT芯片制造者或器件应用者有一定的参考作用。     

一种基于热阻网络的叠层芯片结温预测模型

提出了一种基于热阻网络的叠层芯片结温预测模型,该模型根据芯片内各组件的尺寸和热导率计算出对应的热阻,同时考虑了接触热阻和热量耦合效应,从而得到每层芯片在不同功耗情况下的结温预测值。在一个三芯片堆叠结构中,使用提出的方法对芯片结温进行预测,并与ANSYS仿真软件结果作比较,发现结温预测值的相对误差均小于4.5%。因此,该模型仅需根据芯片结构和材料参数,便可快速精确地估算出芯片在不同工作环境下的结温值。     

精确预计SiBJT微波功率器件峰值结温的方法

三维全热程热电一体地模拟了 Si BJT微波功率器件 .热场计算包括从芯片的有源区经芯片 -粘接层 -基片 -粘接层 -底座直到固定于 70℃的安装台面的整个散热过程 .在处理热电正反馈时把有源区的 6 0个基本单元 (子胞 )当成 6 0个并联子胞晶体管进行建模 ,子胞模型包括子胞晶体管本身、基区横向扩展电阻、发射区横向扩展电阻 .热电一体分析除了涉及 Vbe随温度变化外 ,还有子胞发射极有效面积随子胞发射极电流上升而下降的效应 (以下称面积效应 ) .与对有源区各点直接进行分析相比 ,子胞建模不仅大大简化了计算 ,而且摸拟结果与器件结构、版图结构、工艺参     

双极晶体管结温分布不均匀性的电学测量方法

用Δ VBE法测得的结温是器件有源区某一点的温度 ,流经该点的测试电流密度等于流经整个芯片的平均测试电流密度。测量结温随测试电流变化而变化 ,小测试电流测得的结温高 ,大测试电流测得的结温低 ,测得的结温的变化范围小于芯片上实际的最低结温和最高结温之差。根据晶体管测量结温的这一性质可以半定量地判断晶体管结温分布的均匀性。     

压力对换流阀用压接型IGBT器件功率损耗的影响

功率损耗一直是功率半导体器件应用时备受关注的问题.压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件靠外部压力使内部各个组件保持电气和机械连接,因此压力直接或间接地影响着压接型IGBT器件的功率损耗.将压接型IGBT器件工作时产生的结温作为耦合变量引入,基于此建立了IGBT器件应用于调制脉宽(PWM)换流设备时的功率损耗计算模型,并详细分析了影响功率损耗的各种因素,包括机械压力、开关频率等.以换流阀用3 300 V/1 500 A压接型IGBT器件为例,采用有限元法研究了压力对压接型IGBT器件功率损耗的影响,重点探讨了器件内部各芯片功率损耗的变化情况.结果表明,增加压力一定程度上可以降低压接型IGBT器件的功率损耗,改善器件内部芯片结温分布不均的问题.     

基于PSCAD/EMTDC的轻型直流输电系统设计

与传统的高压直流输电系统相比,轻型直流输电系统(HVDC Light)采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率开关器件,能够对有功功率和无功功率进行独立的控制,具有调节迅速,稳定性高等优点。在研究轻型直流输电技术的工作原理和控制方法的基础上,设计了一个轻型直流输电系统,并在电磁暂态程序PSCAD/EMTDC环境下建立仿真模型,仿真实验结果验证了系统参数选择的合理性和控制方法的有效性。     

3300V沟槽栅IGBT的衬底材料的优化设计

使用TCAD仿真软件对3 300 V沟槽栅IGBT的静态特性进行了仿真设计.重点研究了衬底材料参数、沟槽结构对器件击穿电压、电场峰值等参数的影响.仿真结果表明,随衬底电阻率增加,击穿电压增加,饱和电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随衬底厚度增加,击穿电压增加,饱和电压增加,拐角位置电场峰值降低;随沟槽宽度增加,饱和电压降低,击穿电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随沟槽深度增加,饱和电压降低,击穿电压无明显变化,拐角位置电场峰值增加;随沟槽拐角位置半径增加,击穿电压和饱和电压无明显变化,但拐角位置电场峰值减小.选择合适的衬底材料对仿真结果进行实验验证,实验结果与仿真结果相符,制备的IGBT芯片击穿电压为4 128 V,饱和电压约为2.18 V.     

SiC新一代电力电子学的创新发展

进入21世纪,宽禁带半导体材料的发展对电力电子学产生了革命性的影响,SiC新一代电力电子学应运而生.从高频高效率开关应用、高功率密度、高压变换、高温工作、热管理和可靠性研究等方面介绍了近几年SiC电力电子学的应用创新.应用创新的内容包含:电路拓扑结构设计、优化设计方法、SiC功率器件和先进高频无源元件的采用、寄生参量的抑制、驱动电路设计、高温粘结与封装工艺、新冷却方法和极端工作条件的可靠性试验方法等.对SiC电力电子学的应用创新进行了综合评价.     

大功率白光LED的结温测量

大功率LED器件的结温是其热性能的重要指标之一,温度对LED的可靠性产生重要的影响。采用板上封装的方法,利用大功率芯片结合金属基板封装出了大功率白光LED样品,利用LED光强分布测试仪测试了器件的I—V曲线,用正向电压法测量了器件的温度敏感系数,进而通过测量与计算得到器件的结温和热阻。最后利用有限元对器件进行实体建模,获得了器件的温度场分布。测量结果表明：正向电压与结温有很好的线性关系,温度敏感系数为2mV·℃^-1,LED的结温为80℃,热阻为13℃·W^-1。有限元模拟的结果与实测值具有良好的一致性。