国产精品不卡在线,精品国产_亚洲人成在线高清,色亚洲一区,91激情网

為了實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換和靈活控制，電力電子變換和控制技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于新能源發(fā)電并網(wǎng)、柔性交直流輸電、電動(dòng)汽車及充電裝置、軌道交通電力牽引等領(lǐng)域，而電力電子變換裝置也成為應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，在很大程度上決定著應(yīng)用系統(tǒng)的效率、能耗、成本和可靠性。

根據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，光伏發(fā)電系統(tǒng)37%的計(jì)劃外維護(hù)和59%的故障相關(guān)成本是由光伏逆變器故障造成的，而風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障也主要由功率變換器故障導(dǎo)致。電力電子變換裝置通常由功率半導(dǎo)體器件、驅(qū)動(dòng)電路、儲(chǔ)能元件和控制電路等部分組成，其故障主要由功率半導(dǎo)體器件失效引起，約占34%。因此，為降低電力電子變換裝置故障率，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，滿足更嚴(yán)格的安全和成本約束，發(fā)展功率半導(dǎo)體器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界變得越發(fā)迫切。

隨著高壓、大電流應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮幼儞Q裝置需求的增加，以IGBT為主的功率半導(dǎo)體器件向大容量、標(biāo)準(zhǔn)模塊化方向發(fā)展，通過多芯片并聯(lián)模塊的形式滿足功率密度需求。多芯片并聯(lián)模塊在功率循環(huán)中存在不均勻的溫度分布，溫度最高的芯片和溫度最低的芯片間存在最大5~15℃的差異，因此各芯片焊料層或鍵合線老化失效速度并不一致，即存在不均勻老化。

在多芯片并聯(lián)模塊中，每個(gè)芯片的健康狀態(tài)和可靠性共同決定模塊整體的健康狀態(tài)和可靠性。傳統(tǒng)老化狀態(tài)參量大多適用于分立器件或單芯片開關(guān)功率模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但無法對(duì)多個(gè)硅芯片并聯(lián)組成一個(gè)開關(guān)的大功率IGBT模塊的健康狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

現(xiàn)有研究分別基于柵極信號(hào)、閾值電壓和跨導(dǎo)對(duì)多于10個(gè)IGBT芯片并聯(lián)的模塊中鍵合線脫落引起的失效芯片數(shù)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，但對(duì)于并聯(lián)IGBT芯片數(shù)量少于10個(gè)的模塊，一個(gè)芯片失效即模塊整體失效，由于并聯(lián)芯片連接于同一終端，基于模塊端部電氣特性參數(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法不能在模塊失效前對(duì)模塊內(nèi)部不均勻老化進(jìn)行量化評(píng)估。

此外，受不平衡的溫度分布、電流分布等影響，基于平均結(jié)溫或平均殼溫的方法對(duì)模塊整體老化狀態(tài)的評(píng)估會(huì)偏離實(shí)際狀態(tài)。隨著日益增長(zhǎng)的大容量電力電子裝置需求和不斷提高的應(yīng)用可靠性要求，甄選能夠表征多芯片并聯(lián)IGBT模塊不均勻老化狀態(tài)且更加便于監(jiān)測(cè)的老化特征參量變得越來越重要。

重慶大學(xué)的研究人員通過對(duì)比分析電-熱-磁等參數(shù)與老化狀態(tài)的映射關(guān)系和響應(yīng)靈敏度，提出一種可用于多芯片并聯(lián)IGBT模塊不均勻老化狀態(tài)監(jiān)測(cè)新的老化特征參量，為準(zhǔn)確的多芯片IGBT模塊準(zhǔn)在線、在線狀態(tài)評(píng)估提供支撐。

圖1 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及測(cè)試原理

他們首先基于多芯片并聯(lián)焊接式封裝IGBT模塊穩(wěn)態(tài)等效電路模型，定性分析焊料層疲勞和鍵合線脫落兩種主要老化失效過程中模塊電、熱、磁特性的退化。其次，建立多芯片并聯(lián)IGBT模塊的三維電-熱-磁有限元模型，通過模型仿真得到模塊芯片焊料層老化和鍵合線脫落中電、熱、磁特征參量的變化規(guī)律。

研究人員在模塊老化規(guī)律研究中，通過仿真發(fā)現(xiàn)，不同于單芯片模塊，多芯片并聯(lián)模塊單個(gè)芯片焊料層老化時(shí)，老化芯片的結(jié)溫增幅較小并且功率損耗不斷減少。在芯片焊料層脫落時(shí)，他們對(duì)比分析結(jié)溫、殼溫、導(dǎo)通電流、功率損耗和磁感應(yīng)強(qiáng)度的相對(duì)靈敏度，發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)芯片焊料層老化的靈敏度最高，同時(shí)測(cè)量結(jié)果不受環(huán)境溫度的影響，并且在測(cè)量時(shí)可以避免與模塊的直接接觸，對(duì)模塊的正常運(yùn)行影響較小，因此利用磁感應(yīng)強(qiáng)度變化監(jiān)測(cè)多芯片模塊內(nèi)部芯片焊料層老化具有較高的可行性和實(shí)用性。

研究人員指出，針對(duì)芯片鍵合線脫落，不論老化芯片的結(jié)溫、殼溫、電流、功率損耗還是模塊導(dǎo)通電壓在前期少量鍵合線脫落時(shí)均沒有明顯變化，但老化芯片剩余鍵合線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度卻明顯增大。此外，在芯片上70%的鍵合線脫落的失效標(biāo)準(zhǔn)下，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化具有33.9%的相對(duì)靈敏度，遠(yuǎn)高于其他老化特征參量的相對(duì)靈敏度，更適合作為多芯片并聯(lián)IGBT模塊老化狀態(tài)監(jiān)測(cè)的特征參量。

本文編自2022年第13期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“多芯片并聯(lián)IGBT模塊老化特征參量甄選研究”。本課題得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。