基于多維數(shù)據(jù)模型的IGBT功率模塊鍵合線在線健康監(jiān)測研究.pdf

1、現(xiàn)如今，IGBT功率模塊廣泛應(yīng)用在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。隨著功率模塊應(yīng)用環(huán)境的愈加惡劣，功率模塊可靠性已經(jīng)成為影響系統(tǒng)安全性的重要因素。在功率模塊長期運行中，鍵合線失效和焊料層失效是兩類基本失效模式。本文以功率模塊鍵合線失效為研究內(nèi)容并基于飽和壓降監(jiān)測法進行理論分析與實驗探究。理論上，當功率模塊鍵合線失效時，功率模塊飽和壓降UCE隨之增大。因此，通常將UCE作為監(jiān)測鍵合線失效的特征量。
　　本篇論文首先從功率模塊的物理結(jié)構(gòu)入手

2、，從本質(zhì)上分析功率模塊失效的原因并證明物理材料的熱膨脹系數(shù)是影響功率模塊可靠性的關(guān)鍵因素。其次，從健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的角度，本文分析了傳統(tǒng)的基于二維數(shù)據(jù)模型的鍵合線健康監(jiān)測方法。該方法建立飽和壓降和結(jié)溫的二維曲線并根據(jù)二維曲線是否上移來判斷功率模塊鍵合線的健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)健康監(jiān)測。這種基于二維數(shù)據(jù)模型的監(jiān)測方法在實際應(yīng)用中需要提供額定值較大的電流源，因而無法實現(xiàn)功率模塊的在線監(jiān)測。為了克服這一缺點，本文增加集電極電流這一變量并提出三維數(shù)據(jù)模

3、型，從而滿足在線監(jiān)測所需的條件。為了驗證其在線監(jiān)測的可行性，本文搭建15KW三電平NPC光伏逆變器實驗平臺進行實驗論證。實驗結(jié)果顯示，基于三維數(shù)據(jù)模型的監(jiān)測方法建立飽和壓降、結(jié)溫和集電極電流的三維曲面并根據(jù)三維曲面是否上移來判斷功率模塊鍵合線的健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)在線健康監(jiān)測并證明該監(jiān)測方法具有較高的可行性。為了盡可能地減小在線監(jiān)測過程對逆變器運行的影響，本文通過MATLAB仿真分析尋找最佳監(jiān)測時刻和最佳監(jiān)測時長，實現(xiàn)在線監(jiān)測效益最大化。