高压多芯片并联IGBT模块故障监测方法

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电力电子装置的关键核心器件,其高可靠性是系统长久稳定运行的重要保障,对IGBT模块进行故障监测是提高系统可靠性的有效方式之一。提出一种新的健康敏感参数-栅极-发射极导通前电压VGE(pre-on),用于监测高压多芯片并联IGBT模块中的IGBT芯片故障。首先,对现有故障监测方法进行比较,然后建立导通前电压可靠性模型,再通过监测导通瞬态期间的VGE(pre-on)来检测高压多芯片并联IGBT模块中的IGBT芯片故障。为验证该方法的可行性,对16芯片DIM800NSM33-F IGBT模块进行了仿真,结果显示,在不同外部条件下,每个并联IGBT芯片故障所产生的导通前电压VGE(pre-on)的平均偏移约为900 mV,且具有较高的灵敏度和抗干扰能力,可有效监测IGBT模块芯片故障。

如何通过改进IGBT模块布局来克服芯片缩小带来的热性能挑战

尺寸和功率往往看起来像是硬币的两面。当你缩小尺寸时--这是我们行业中不断强调的目标之一--你不可避免地会降低功率。但情况一定是这样吗?如果将我们的思维从芯片转移到模块设计上,就不需要抛硬币了。在IGBT模块中,芯片面积减小导致了热阻抗的增加,进而影响性能。但是,由于较小的芯片在基板上释放了更多的空间,因此有可能利用这些新的可用空间来优化模块的布局。在这篇文章中,我们将探讨如何调整模块设计来改善热性能。下篇将探讨如何改善电气性能。

如何通过改进IGBT模块布局来克服芯片缩小带来的热性能挑战

尺寸和功率往往看起来像是硬币的两面。当你缩小尺寸时-这是我们行业中不断强调的目标之--你不可避免地会降低功率。但情况一定是这样吗?如果将我们的思维从芯片转移到模块设计上,就不需要拋硬币了。在IGBT模块中,芯片面积减小导致了热阻抗的增加,进而影响性能。但是,由于较小的芯片在基板上释放了更多的空间,因此有可能利用这些新的可用空间来优化模块的布局。在这篇丈章中,我们将探讨如何调整模块设计来改善热性能。下篇将探讨如何改善电气性能。

“高压高功率密度IGBT芯片及其模块研究开发”项目通过湖南省科技厅成果鉴定

2013年12月27日，南车株洲电力机车研究所有限公司（简称南车株所）“高压高功率密度IGBT芯片及其模块研究开发”项目通过了湖南省科技厅成果鉴定。

功率IGBT模块测试设备脉冲高压参数校准技术研究

为了避免器件温升对参数测量造成影响,"脉冲测试法"被广泛应用于功率IGBT模块的静态和动态参数测试中。该类设备内部单脉冲高压源脉冲宽度为50μs时脉冲的高压幅度可达7 k V以上,如何对该单脉冲高压源进行校准是一个技术难题。研制了脉冲高电压分压器,并使用数据采集单元搭建了脉冲高压参数校准装置,解决了功率IGBT模块测试设备的脉冲高压参数校准难题。通过测量不确定分析和实验验证,综合考虑各测量不确定度分量的影响,在包含因子k为2时,脉冲高压参数校准扩展测量不确定度为1.4%。

矿用高压变频器中IGBT模块在阶跃脉冲下局部放电特性

针对矿用高压变频器常因IGBT模块内部发生局部放电而导致故障的原因和特性进行了研究。本文从微观角度观察了IGBT模块局部放电发生位置的结构特点,发现其结构绝缘薄弱处在高斜率阶跃脉冲作用下易发生局部放电现象;建立了IGBT模块在阶跃脉冲作用下的局部放电过程模型,揭示其发生局部放电的机理;搭建实验平台,测试IGBT模块在单个脉冲作用下的局部放电特性。实验结果表明,脉冲的上升时间、脉冲宽度是影响局部放电起始电压的主要因素;根据实验数据的分析,提出了预测局部放电起始电压的计算公式。研究结果可为煤矿电力电子设备IGBT模块的绝缘设计和使用时的电压限制提供参考依据。

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。

风电变流器IGBT模块有效工作芯片状态评估

针对风电变流器绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片因键合线脱落而引起模块可靠性降低的问题,提出一种基于扇区内持续导通压降的IGBT模块有效工作芯片状态评估方法。首先,考虑IGBT模块开关导通时间短难以提取其导通压降信息,基于风电变流器空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略,提出其导通持续时间为1/6周期扇区内导通压降的特征信息;其次,基于导通压降和电流关系,推导IGBT模块导通压降特征信息与IGBT有效工作芯片数目的表达式,构建IGBT模块因键合线完全脱落下有效工作芯片的状态评估模型;最后,搭建模拟键合线脱落的IGBT实验平台,验证表明,基于扇区内持续导通压降特征信息能更有效地表征风电变流器IGBT模块健康状态,建立的IGBT模块有效工作芯片状态评估模型是有效的。

功率循环试验中开通时间对高压大功率IGBT模块失效模式的影响及机理分析

通过在功率循环试验条件下建立的IGBT器件寿命模型,外推器件在实际工况下的寿命,一个重要的前提是不同条件下的失效模式和机理相同。虽然开通时间已被证实对寿命存在影响,但对失效模式和机理的影响尚且未知。对3300V/1500A高压大功率IGBT模块在相同的电热条件下,取不同开通时间(1s和2s)进行功率循环试验,并实现对结温、通态压降和准稳态结到壳的热阻等关键参数在每个周期的实时在线测量,结果表明开通时间对模块失效模式影响显著。开通时间为1s时,仅键合线老化失效,而开通时间为2s时,键合线和焊料层同时发生老化并失效,试验前后超声波扫描(scanning acoustic microscope,SAM)图像的对比验证了实验结果。建立IGBT模块的电–力–热多物理场有限元模型,揭示了开通时间对失效模式的影响机制以及模块具体的失效机理。研究成果可以为高压大功率IGBT模块的寿命预测和老化监测提供指导。

高压IGBT模块局部放电研究现状

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块一直朝着更高耐压和更大电流密度的方向发展,因模块内部电气绝缘和局部放电引起的问题也越来越明显。在高电压IGBT模块封装中,通常使用硅凝胶和环氧树脂来对模块进行灌注和密封,以满足其高电场承受能力,提升整个模块的绝缘性能和局部放电表现。目前很多国内外学者已经在这方面进行一系列研究,主要目的在于优化IGBT模块内部的电场分布。本文重点介绍目前研究的几种可以改善IGBT内部电场分布状态的方法,并对局部放电可靠性的提升方法进行总结。

高压IGBT模块通断过程电磁兼容问题研究

研究了高压绝缘栅双极型晶体管模块在高频开关暂态过程中对外产生的近场电磁骚扰的分布特性,首先分析高压IGBT模块主要电磁骚扰来源,以ANSYS HFSS为仿真软件利用有限元算法,对IGBT模块进行高频暂态过程仿真并对结果和IGBT模块在开关暂态过程中对外整体辐射特征做了相应的分析。仿真结果对高压IGBT模块对外电磁骚扰的预估和找到有效的抑制EMI措施有一定的借鉴价值,还为后续牵引变流器EMC的研究奠定了基础。

高压变频器中IGBT模块的选择及计算分析

本文阐述了目前变频器应用中常用的几种模块，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT。通过计算分析比较，得出IGBT是目前性价比较好的器件。

高压IGBT芯片换流运行的热稳定性分析

为保证高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件换流运行时的热稳定性,需要根据IGBT芯片的电热特性和器件的散热设计,确定芯片运行的热稳定工作区,从而指导器件的运行条件控制。虽然针对芯片动静态损耗的热稳定性分析已经发展了许多年,但目前针对高压芯片的相关研究还较少。首先,通过实验测量了3.3 kV非穿通(Non-Punch Through,NPT)型和场截止(Field Stop,FS)型IGBT芯片的动静态特性,获得并分析了温度、电流及电压对动静态损耗特性的影响规律。在此基础上,给出了IGBT芯片的损耗拟合公式,通过对器件内部的热反馈过程进行分析,提出了具有解析形式且包含占空比、换流频率及电压电流等器件运行工况的IGBT芯片的热稳定性判据。根据所提的判据,分析了高压NPT型和FS型IGBT芯片的换流运行的热稳定性,可方便确定IGBT芯片在不同的换流条件下的最大工作频率和最大工作电流,简化了高压IGBT芯片的热稳定性分析,并可为高压器件的选型和损耗评估提供依据。

首件国产高压IGBT芯片通过鉴定

中国科技网讯我国自主研发的高压大功率3300V／50A IGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片及由此芯片封装的大功率1200A／3300VIGBT模块，今天（12日）通过专家鉴定。中国自此有了完全自主的IGBT“中国芯”。

首件国产高压IGBT芯片通过鉴定

最新发现与创新 9月12日，一名技术人员展示装有IGBT芯片的模块 中国科技网讯我国自主研发的高压大功率3300V／50AIGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片及由此芯片封装的大功率1200A／3300VIGBT模块，今天（12日）通过专家鉴定。中国自此有了完全自主的IGBT“中国芯”。

中国南车高压IGBT芯片通过鉴定

中国南车旗下的株洲南车时代电气股份有限公司自主生产的800安培／3，300伏、1，200安培／3，000伏两种轨道交通用高压IGBT芯片于日前在长沙通过专家组鉴定。

赛米控在焊接及切割展会上展出了融合了最新的SPT＋芯片技术的SEMiX系列IGBT和整流器模块

5月16日，赛米控在珠海焊接及切割展会上展出了融合了最新的SPT＋芯片技术的SEMiX系列IGBT和整流器模块。这种软穿通（SPT）芯片设计是基于平板-门极／穿通的IGBT技术，这种芯片技术的优点在于：更低的开关损耗，更大的芯片面积，正的温度系数和低廉的晶片生产成本以及最适合焊接应用的高开关频率。

电力电子牵引变压器用高压IGBT模块的设计

为简化电力电子牵引变压器(PETT)的结构,设计了一款高压IGBT模块,其器件电压等级达6.5 kV,并应用软开关技术,使高压IGBT的开关频率达到1.8 kHz以上。模块外壳采取绝缘材料模具压制,绝缘电压达85 kV,有效解决了高电压的绝缘隔离问题;模块机芯采取抽屉式的紧凑结构,同时水电接口一体化,模块整体可实现快速插拔,提高了模块的功率密度。

具备更强机械性能的高功率IGBT模块——采用最新3.3kV IGBT3芯片技术

本文介绍了新一代IHM.B具备更强机械性能的高功率IGBT模块,其融合了最新的设计、材料、焊接和安装技术。首批IHM.B模块将搭载最新的、采用沟槽栅单元设计的3.3kV IGBT3芯片,在保持机械兼容性的同时,极大地提高了器件的热效率和电气效率。本文还对宇宙射线以及功率循环试验进行了研究。

具备更强机械性能的高功率IGBT模块——采用最新3．3kV IGBT3芯片技术

本文介绍了新一代IHM．B具备更强机械性能的高功率IGBT模块，其融合了最新的设计、材料、焊接和安装技术。首批IHMB模块将搭载最新的、采用沟槽栅单元设计的3．3kV IGBT3芯片，在保持机械兼容性的同时，极大地提高了器件的热效率和电气效率。本文还对宇宙射线以及功率循环试验进行了研究。