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。

高压大功率IGBT模块动态分析

随着科学技术的发展,IGBT模块的高压大功率器件的应用越来越广泛,比如说,交通运输、交流电机、航空航天等。IGBT有其特殊的特性,合理的IGBT技术能够同时完成IGBT的各项器件参数的准确测试和电路参数在实际的应用中对器件特性的影响。本文就高压大功率IGBT模块的动态特性进行分析。

大功率IGBT模块及驱动电路综述

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为电力电子设备中的核心器件,其应用场合越来越广泛,例如机车牵引,高压直流输电。这不仅对IGBT模块的性能提出了更严苛的挑战,同时也对IGBT的驱动保护电路提出了更高的要求。首先介绍了高压IGBT模块最新技术成果和发展趋势。其次,根据控制方式,对现阶段IGBT驱动电路以及串并联技术进行了总结分类。详细分析了各类驱动电路的工作原理和优缺点,给出了相应驱动电路的典型开关波形图。最后,对IGBT驱动电路未来的发展方向进行了展望。

大功率IGBT模块瞬态热阻的测试方法与装置

为了表征大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的瞬态热响应行为,设计并实现了一种基于电学法的IGBT模块瞬态热阻测试装置.通过改变热阻测试装置的加热脉冲持续时间,使其等于不同材料层的热时间常数,控制热流在IGBT模块封装材料中的有效传播路径,进而获得各封装材料的瞬态热阻.此外还具体分析了高低电平转换过程中暂态噪声和边界散热条件对测试结果精度的影响规律.结果表明,该装置具有较好的精确性和重复性,这将有助于准确无损分析器件及不同封装材料在瞬态条件下的散热性能,指导IGBT模块封装结构设计和封装材料选择.

大功率IGBT驱动模块2SD315A的特性及其应用

介绍了一种适用于大功率IGBT的新型驱动模块 ,该模块工作频率高 ,驱动电流大 ,具有完善的短路、过流保护和电源监控功能。

提升充电效率,基本半导体应用于高压快充的E2B碳化硅功率模块方案解析

充电桩采用碳化硅模块可以增加近30%的输出功率,减少50%的损耗。目前在充电桩领域,碳化硅应用处于快速增长阶段,预计到2025年将提升至35%,市场规模将达200亿元。近年来,充电时长已经成为影响新能源汽车驾驶体验的关键因素,市场对提高车辆充电速度的需求变得越来越迫切。高电压和大电流都可缩短充电时间,但考虑到铜线损耗的因素,高压大功率比大电流方案更有效率。

大功率静止同步补偿装置IGBT模块吸收保护电路参数的多目标优化设计

文章针对目前大功率静止同步补偿(STATCOM)装置IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块吸收保护电路参数设计中存在的一些问题,对吸收保护电路参数选优问题进行了数学描述,提出了一种采用并行自校正多目标遗传算法来进行大功率STATCOM装置吸收保护电路参数的选型。该算法通过并行进化多种群来确保种群的优良性能和进化的收敛速度,并能够自适应调整遗传交叉概率和变异概率来避免种群的早熟现象,采用阈值制约适应度函数及以不同概率进行的染色体选择操作,可使种群朝多个目标最佳协调点的方向进化,从而得到多目标最优解。应用实例表明采用该方法设计的吸收电路具有较高的工程应用价值。

国产高压大功率IGBT应用于机车变流器工作特性测试研究

高压大容量IGBT器件广泛应用于现代电力机车变流器系统中,其工作特性决定了电力机车的运行性能。用于牵引变流器的IGBT模块在功率密度、反并联二极管容量、封装技术和工作环境上要求更加严格。依据实际应用环境,测试并掌握IGBT器件的特性参数,选用合适的驱动保护电路,可以确保IGBT稳定可靠运行,充分发挥变流系统的控制特性。本文重点研究DM型国产大功率IGBT的工作特性,选取两种国外同规格IGBT进行对比测试分析。将国产DM型IGBT应用到HXD2F机车变流器进行了特性测试,测试结果为此款IGBT以后应用于牵引变流器的开发设计选型提供参考。

大功率IGBT模块并联使用中动静态均流特性研究

介绍了IGBT扩容的并联方法 ,分析了IGBT模块并联运行时导致不均流的各种因素 ,提出了相应的解决措施 ,仿真分析结果证明了栅极电阻补偿方法的有效性。

大功率IGBT模块封装中的超声引线键合技术

从超声引线键合的机理入手,对大功率IGBT模块引线的材料和键合界面特性进行了分析,探讨了键合参数对键合强度的影响。最后介绍了几种用于检测键合点强度的方法,利用检测结果对键合参数进行进一步的调整,以实现引线键合工艺最佳化。

高压大功率集成驱动模块SKHI 10／1X及其应用研究

简要阐述了德国西门康公司的高压大功率集成驱动模块SKHI10／1×主要特点．基本工作原理．详细介绍了各管脚功能及模块的基本应用电路和连接方式。

一种用于大功率IGBT模块的驱动电路

介绍了一种由SKHI22A构成的IGBT驱动电路,应用结果表明,该驱动电路使用简单、可靠,具有优良的驱动和保护性能。

一种基于子模块混合型模块化多电平换流器的高压大功率DC/DC变换器

针对构建未来多电压等级多端直流电网的技术需求,提出一种基于子模块混合型模块化多电平换流器的高压大功率DC/DC变换器,并建立了相应数学模型。该拓扑主要由半桥子模块和一种新型的、具有故障电流阻断能力的T型全桥子模块构成,进一步提高了经济性。在此基础上,设计了高压大功率DC/DC变换器的调制策略和电容电压平衡策略,利用T型全桥子模块负电平输出实现直流电压下降时变换器的正常工作,保证多电压等级互联直流系统的降压稳定运行。然后分析了高压大功率DC/DC变换器的直流故障隔离原理。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了含高压大功率DC/DC变换器的直流试验系统仿真模型,通过稳态和暂态仿真分析,结果表明该变换器能够实现降压运行并具有直流故障隔离能力,在未来多电压等级多端直流电网中具有良好的应用前景。

高压大功率IGBT器件可靠性研究综述

随着高压直流输电和电力机车等领域的不断发展,高压大功率IGBT器件作为其中重要的电力电子器件,其可靠性问题得到了国内外研究机构的广泛关注。为给高压大功率领域可靠性设计者以及终端用户提供更多高压大功率IGBT器件的可靠性信息,文中阐述了高压大功率IGBT器件可靠性的发展与研究现状。根据高压大功率IGBT器件可靠性研究目的的不同,将可靠性研究分为故障诊断、寿命预测和状态监测三个方面。文中对故障诊断和状态监测的研究方法进行了分析,对于寿命预测模型进行了分类总结以及优缺点对比分析。最后,基于目前高压大功率IGBT器件可靠性的研究方法和内容,提出了可靠性研究未来的挑战和发展趋势。

高压大功率IGBT器件温度系数校准方法研究

结温的准确测量对于功率IGBT器件状态监测和可靠性评估具有重要意义,小电流下饱和压降法作为使用最广泛的结温测量方法被各类测试标准推荐使用,温度系数校准是使用该方法的第一步,也是结温测量的基础。传统的温度系数校准方法对于高压大功率IGBT器件存在适用性和准确性的问题。首先,深入讨论和对比了目前常用的2种温度系数校准系统的精度,并提出了一种基于电磁加热方式的温度系数校准系统,并对其精度进行了验证;其次,对温度系数校准曲线的非线性进行了讨论和分析,指出了全温度范围校准和多项式拟合的必要性,进一步补充了温度系数校准方法,为高压大功率IGBT器件的温度系数校准提供方法指导。

国产化6500V/200A高压大功率IGBT的研制

研制的IGBT器件采用完全国产化芯片,通过ANSYS仿真软件对电磁场、热、应力分布等特性进行仿真,实现IGBT器件结构设计最优化;研制的高压大功率IGBT通过了器件、功率模块、辅助变流柜和机车级的试验验证。试验结果满足设计要求,并已形成了芯片—IGBT器件—功率模块—变流器完整产业链,成功批量应用在国内轨道交通领域,具有重大的社会意义和市场前景。

大功率IGBT模块的双面贴装工艺与连接可靠性研究

文中主要研究IGBT模块的无铅回流焊表面贴装工艺，并对焊层的可靠性进行分析。

大功率IGBT模块的集成技术

介绍了大功率IGBT模块的新概念,以及为实现小型化和高可靠系统时大功率应用的栅驱动技术。采用新型模块,可使体积和重量大约减小50%。使用通常的栅驱动方法驱动新型模块,也能简化设计并得到大功率电子系统。IGBT芯片的正面采用了沟槽栅结构,背面采用了电场截止层结构。未选择栅沟槽的FS IGBT芯片,其电流的不均衡率是10%或更小。采用通常的栅驱动单元有可能均衡与栅驱动单元并联的IGBT的开关波形。这些技术将使大容量的应用变得容易。

电动车用大功率IGBT模块测试方案

前言IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件,为世界公认的电力电子第三次技术革命的代表性产品,具有高频率,高电压,大电流,易于开关等优良性能。如图1所示,IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品,具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品。

一种基于可靠性的大功率开关模块选择方法

针对大功率变流器开关模块的选择,以车载双向Buck/Boost变换器为依托,分析不同电压、电流等级的IGBT模块的可靠性。以器件手册为参考,采用曲线拟合结合参数修正的方法,计算不同IGBT、反并联二极管的损耗。根据模块的结温情况,利用线性疲劳损伤积累器件可靠性模型,预测采用不同开关模块变流器的可靠性。结果表明,同等情况下,相同电流容量的模块,电压等级越高,其平均结温和结温波动幅值越大,可靠性越低;相同电压等级模块,电流等级越大,其平均结温和结温波动幅值越小,可靠性越高。依据可靠性预测的方法选择大功率开关模块,可以优化变流器设计,提高整体可靠性,具有一定的工程应用价值。