功率器件狀態(tài)監(jiān)測的關鍵問題研究.pdf

1、隨著電力電子系統(tǒng)在各個領域的大范圍應用，其對提高能源利用率、開發(fā)和利用新能源具有重要的推動作用，故其對整個國家經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要性日益增大。然而，電力電子系統(tǒng)的在各領域的大范圍應用也帶來了相應的問題和后果，如果電力電子系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，產(chǎn)生的損失將會難以估量。相關研究表明，功率器件是影響電力電子系統(tǒng)可靠性的最主要部分之一，故為了改善電力電子系統(tǒng)的整體可靠性，開展功率器件可靠性的研究是必然的趨勢。目前，狀態(tài)監(jiān)測技術是提高功率器件可靠性的

2、最有效的手段和方法。針對電力電子系統(tǒng)中功率器件的健康狀態(tài)監(jiān)測問題，本論文主要從功率器件的熱性能監(jiān)測、功率器件的半導體物理建模、功率器件內(nèi)部鍵接線脫落失效三個大方面開展研究，其具體內(nèi)容如下：
　　1.隨著電力電子系統(tǒng)的集成度越來越高，系統(tǒng)內(nèi)功率半導體器件的散熱問題成為了限制其可靠性的重要因素。本論文以IGBT模塊為例，在掌握其內(nèi)部結構的幾何尺寸、材料特性、熱參數(shù)的基礎上，構建了基于集總參數(shù)的IGBT模塊熱網(wǎng)絡模型。針對該模型提出了兩

3、種模型參數(shù)的提取策略：第一種是基于IGBT模塊的數(shù)值模型的參數(shù)提取方法。第二種是基于導熱反問題方法的IGBT模塊內(nèi)部結構非穩(wěn)態(tài)導熱計算的參數(shù)提取策略。仿真和實驗結果證明上述建模方法和參數(shù)提取策略具有較高的精度。
　　2.針對IGBT模塊的緩變型故障，本論文提出了基于ARMA的IGBT模塊溫度預測方法。通過仿真計算和實驗測試驗證了此方法的正確性和可行性。該預測方法可以與已經(jīng)建立集總參數(shù)的熱網(wǎng)絡溫度計算模型相結合，預測IGBT模塊各層

4、的溫度值。
　　3.在功率器件的狀態(tài)監(jiān)測方案中，為了獲取IGBT模塊實時的健康工作性能參數(shù)，本論文構建IGBT芯片的半導體物理模型，該模型考慮了IGBT芯片寬基區(qū)載流子的不同注入條件。此外，本論文還給出了物理模型參數(shù)的提取方法。通過與Hefner模型的計算結果和實驗數(shù)據(jù)比較，證明了本論文所構建的IGBT芯片的物理模型的正確性。
　　4.在IGBT模塊的內(nèi)部結構中，鍵接線是其最為脆弱的部分之一?？紤]到電力電子系統(tǒng)的快速性，系統(tǒng)