多芯片并联IGBT模块老化特征参量甄选研究

多芯片并联的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是大容量电力电子装备的核心器件,其运行可靠性受到业界的广泛关注。甄选能表征多芯片并联IGBT模块老化状态的特征参量对系统主动运维和可靠性提升十分重要。该文以英飞凌1.7kV多芯片并联封装IGBT模块为研究对象,对比分析芯片焊料层老化和键合线脱落对电-热-磁特性影响规律,提出磁感应强度作为多芯片并联IGBT模块疲劳失效状态监测的特征量。首先,建立多芯片并联IGBT模块稳态导通等效电路,定性分析模块退化与磁感应强度的耦合关系;其次,基于模块的三维电-热-磁有限元模型研究多芯片并联IGBT模块电、热、磁参量在老化失效中的变化规律和灵敏性。结果表明,磁感应强度在两种失效模式中灵敏性均最高,并不受环境温度变化的影响,而且在测量中可以避免与模块电路的直接接触,对模块的正常运行影响较小,因此适合作为多芯片并联功率模块运行状态监测的特征参量。     

新型1200V SPT＋芯片技术和17mm的IGBT功率模块平台——最先进逆变器设计的理想组合

在具有重要意义的1200V电压等级的市场上,SEMIKRON推出了17mm厚的扁平化的采用SEMIX功率模块封装的下一代软穿通(SFT)IGBT,即SPT ,作为今后开发其他产品的产品平台。和以前的软穿通芯片模块相比,SPT 模块的开关损耗和导通损耗低。芯片的自锁模式及极富创新的SEMIX封装使得客户可以容易地设计出成本低、结构紧凑的逆变器。本文介绍了SPT 的电气性能测试结果,并和以前的SPT芯片进行了比较。     

使用IGBT和IPM模块变频器故障现象的比较

介绍新型电力电子器件(IPM)的发展带来的变频器在发生故障时一些处理方法的不同,通过对IGBT和IPM结构的比较,结合工作体会给出这些故障现象的一些分析。     

一起高压变频器功率模块过电压故障的分析

功率模块过电压是高压变频器运行中较为严重的一类故障,极易引起变频器故障停机。本文介绍一起高压变频器功率模块过电压故障,供同行参考。     

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。     

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。     

国内首个高压IGBT芯片诞生

中国北车集团日前对外发布了高压大功率IGBT芯片及其模块,并通过了专家鉴定。这标志着国内首个高压IGBT芯片诞生。这块3300V／50A的芯片,通过付出较小的功率就能控制高电压和大电流。如在轨道交通领域中,牵引传动系统是动车组的核心部件,而IGBT又是牵引传动系统的核心部件,是“核心中的核心”。     

多芯片并联功率模块低感低结温封装设计

相较于单个硅绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)芯片,碳化硅(SiC)芯片的载流量较小,因此对于同功率等级的功率模块,需要并联更多的芯片。然而,芯片数量的增多会增大模块失效的风险,因此需要一种低寄生电感低结温的封装设计,来提高多芯片并联SiC模块的可靠性。这里通过对多芯片布局以及垫片位置分布的研究,设计出一款低寄生电感,低结温的多芯片并联功率模块结构。最终基于实验和多物理场仿真软件COMSOL对该封装结构进行验证,实验及仿真结果表明所设计的多芯片并联SiC模块满足低感、低结温的设计目标。     

基于拉依达准则的MMC子模块开路故障定位

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)凭借模块化结构等优点,被广泛应用于高压大功率输电领域。MMC含有大量子模块(submodule, SM),SM的开关器件故障是影响MMC可靠性的关键问题之一。其中SM开路故障不易及时检测,威胁系统正常运行,为此提出一种基于拉依达准则的SM开路故障定位方法。首先,对SM开路故障进行故障特性分析,根据SM开路故障会引起SM电容电压的异常变化,应用拉依达准则进行判别。其次,计算同桥臂内SM电容电压的均值和3倍标准偏差来构造一个置信区间,通过判断SM电容电压是否超出置信区间且持续一定时间来检测并定位发生开路故障的SM。该方法不需要额外传感器,不用建立精确数学模型,不用手动设置经验阈值,算法较为简单。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC系统仿真,并在实验室搭建单相MMC实验平台对该方法进行验证。仿真和实验结果表明,基于拉依达准则的SM开路故障定位方法能够快速有效地定位出发生开路故障的SM。     

基于SiC MOSFET的多芯片并联功率模块不均流研究

针对多芯片功率模块MCPMs(multi-chip power modules)从功率模块布局设计角度对碳化硅SiC(silicon carbide) MOSFET的并联不均流进行了研究。理论分析了造成SiC MOSFET并联不均流的原因,在忽略器件自身差异的情况下,重点分析了非对称布局对功率管并联不均流的影响。在此基础之上,以集成化大功率固态功率控制器SSPC(solid-state power controller)为背景,提出了3种适用于大功率SSPC集成功率模块的非对称布局,分别对3种布局的不均流电流进行了理论分析,并利用Ansoft Q3D提取寄生参数在Saber中对模块的动态开关过程进行仿真。仿真结果表明,通过合理的布局可以减小非对称布局引起的寄生电感不对称对SiC MOSFET并联不均流造成的影响。     

6SE70逆变器IGBT故障分析与对策

针对某公司小型棒材连轧6SE70系列传动柜频繁发生IGBT爆管问题,具体分析了引发故障的设计容量不足、控制电路故障、操作原因、编码器和柜体安装缺陷五大主要原因,并介绍了所采取的针对性的预防措施。经过近几年的攻关,该故障已经得到有效控制。     

基于ACPL-32JT输出电源电压偏差的解决方案研究

针对ACPL-32JT隔离光耦驱动芯片高集成度所带来的驱动隔离电源输出电压偏差大、不可调的问题,对其实际应用的电路参数进行了修正.通过对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)门极驱动导通电压的测试验证,证明了修正后的电路能够有效地解决输出电压偏差大的问题,使电机控制器在批量生产过程中的稳定性与可靠性得到了有效的保障.     

基于灰色预测模型的IGBT变频器控制研究

针对IGBT变频器死区时间设置的问题,将灰色系统理论中的灰色建模理论应用到死区时间的设置上,结果表明,该模型能够很好地控制IGBT变频器的死区时间,这种探索也为灰色系统理论应用到电力电子方面打下了基础。     

适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究

高压IGBT与二极管构成IGBT模块已经广泛应用于柔性直流输电技术领域。然而现有仿真研究难以模拟IGBT模块中IGBT与二极管各自详细开关暂态特性及相互影响,因此提出一种适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型及其参数通用提取方法。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER等电路仿真平台实现,无需获取器件底层参数和求解复杂物理方程,不仅可以实现电路仿真中IGBT模块的各种运行状态,而且可以在纳秒级步长下模拟其电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等开关暂态特性。通过与SABER中通用模型仿真结果及实验实测波形对比分析,验证了IGBT模块暂态模型和参数提取方法的正确性和通用性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下基础。     

高频条件下IGBT驱动电路的设计与仿真

对大功率IGBT的开关特性、驱动要求进行了分析和讨论,介绍了一种高频条件下实用的IGBT驱动电路,并通过理论分析和仿真波形说明该驱动电路的有效性和适用性。     

配电系统电子电力变压器的IGBT缓冲电路设计

针对配电系统电子电力变压器的特点,提出功率开关器件IGBT缓冲电路的设计方法,包括缓冲电路类型的选择及参数的计算方法.在此基础上,针对几种电路结构和参数进行仿真,比较了它们各自的特性,总结出最佳吸收方案.仿真表明,所设计的缓冲电路能够有效钳制IGBT关断时的电压变化率和过电压.     

IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术

高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300V/1 200AIGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。     

基于IR2214芯片的大功率IGBT晶体管驱动及保护电路的设计

针对逆变需要的1200V大功率IGBT晶体管,分析了其栅极驱动特性,介绍了一种可驱动高压大功率IGBT的集成驱动IC IR2214芯片,并根据其特性设计了一种典型的应用电路。试验验证表明,该驱动电路具有良好的驱动及保护能力。     

IGBT驱动有源钳位电路的研究

有源钳位电路可以有效地抑制绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)关断时的尖峰电压,但是有源钳位电路的频繁动作会增大损耗,危及整个系统的安全。所以在对传统的有源钳位电路模型进行电路分析的基础上,提出了一种优化的有源钳位电路,分析比较了两种有源钳位电路关断时的暂态过程,建立了相应的损耗分析模型,对两种电路进行定性损耗分析的计算。最后通过Pspice的定量仿真实验,仿真与分析结果对比证实了所提出的开关模型和损耗模型的正确性。