研究文章| 盛奇周生产率,周、刘Suncheng Pengju太阳,Quanming罗Junke吴的近似熵理论在缺陷检测中的应用IGBT模块
盛奇周,<年代up>1年代up> 生产率周
1年代up>国家重点实验室的输电设备及系统安全与新技术,重庆大学,重庆400044年,中国年代p一个n>
文摘
缺陷的关键因素之一是在减少的可靠性绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块,所以发展中IGBT模块内部缺陷的诊断方法是一个重要的措施来避免灾难性的失败和提高电力电子转换器的可靠性。由于这个原因,一种新的诊断方法的近似熵(ApEn)理论的基础上提出了本文提供的统计诊断和允许操作员及时更换有缺陷的IGBT模块。该方法是通过分析大门的十字ApEn电压之前和之后发生的缺陷。由于当地老化造成的损害,包装材料的内在寄生参数或硅片在IGBT模块如寄生电感和功放可能随时间变化,这将使非凡的栅电压的变化。也就是说门电压与缺陷紧密耦合。因此,变化是量化和作为前体参数对IGBT模块的健康状况进行评估。实验结果验证了该方法的正确性。
1。介绍
调查进行的(<一个href=”#B1">1一个>)表明,电力电子转换器的可靠性值得行业近年来越来越多的兴趣,但可靠性监控的满意度水平低50%。这表明需要更多的研究工作。的健康管理的主要挑战之一是电力电子器件由于其显著影响电力电子转换器的退化。目前,igbt是最常用的电力电子设备在许多工业应用以及一些safe-critical牵引和可再生能源等领域<一个href=”#B2">2一个>,<一个href=”#B3">3一个>),需要严格的可靠性。尽管igbt最近大量开发的可靠性,igbt的失败率从1995年的1000降至20符合2000年,目前只有少数符合,1 = 1×10<年代up>−9年代up>每device-hour[失败<一个href=”#B4">4一个>),上述safe-critical字段中使用的igbt可能经历严重的电气和热应力。如风力发电、igbt受到large-junction温度波动在正常操作期间由于固有的间歇性自然风速和low-converter-modulation频率(<一个href=”#B5">5一个>]。因此,监测可靠性退化igbt成为一个重要的问题和研究仍然作为一个开放的话题<一个href=”#B6">6一个>]。
可靠性是产品或系统的能力来执行用于指定的时间,在它的生命周期环境(<一个href=”#B7">7一个>]。传统的可靠性预测方法依赖于组件的故障数据的收集,但并不适用于igbt因为大量的时间消耗。越来越多的研究检测可靠性退化igbt是近年来报道<一个href=”#B4">4一个>,<一个href=”#B5">5一个>,<一个href=”#B8">8一个>- - - - - -<一个href=”#B14">14一个>]。大部分的研究都是基于外部迹象老化或即将到来的失败与物理。然而,由于许多物理磨损机制给小的外部指示(<一个href=”#B15">15一个>]或很难感觉结温度在操作过程中(<一个href=”#B5">5一个>),这些方法仍处于开发阶段(<一个href=”#B6">6一个>]。相关研究表明,IGBT的可靠性退化取决于疲劳累积随着时间的推移,里面有一些局部缺陷诱发灾难性故障前的IGBT模块,如键合线发射和焊料层开裂[<一个href=”#B16">16一个>]。除了显著减少IGBT的可靠性,这些局部的缺陷也会影响一些内在寄生IGBT模块的元素,从而改变栅电压。这提供了一种可行的方法来监控这些缺陷在IGBT模块通过识别栅电压的变化。与事故后检测(<一个href=”#B17">17一个>- - - - - -<一个href=”#B19">19一个>),监控内部缺陷IGBT模块允许运营商发现一种不健康的IGBT模块prefault条件,及时避免过度疲劳和随后附带损害其余的转换器。
门电路包括内在结参数和相关的包装材料的寄生电感和电阻,所以坚定地加上这些内在寄生元素在IGBT模块和敏感的缺陷的发生。但是,感应门电压转换器操作期间可能会影响到许多不确定因素,如噪音,而导致模棱两可的结论。绕过这个限制,诊断方法基于近似熵理论提出了本文提供的统计诊断(<一个href=”#B20">20.一个>]。这样的统计诊断可以理解和接受。
本文的其余部分组织如下。首先,IGBT的失效机制和缺陷影响的门电路的性能进行了讨论,门的线性化电路在一个特定时期的开机过程采用IGBT moduleis消除扰动引起的非线性收集器电容器<年代vg height="14.4875" id="M1" style="vertical-align:-3.25792pt;width:26.424999px;" version="1.1" viewbox="0 0 26.424999 14.4875" width="26.424999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
2。失败的机制和igbt的缺陷
2.1。失败的igbt机制
现代igbt具有很多优势,比如开态电阻低,良好的开关速度和良好的安全操作区域。被广泛应用于low-to-medium-power和高频应用,现在,甚至取代了门断开(GTO)晶体闸流管在高功率范围。有各种各样的配置的IGBT离散IGBT IGBT模块。在这些配置,在大功率IGBT模块是非常受欢迎的应用程序。尽管即将到来的半导体材料,如碳化硅吸引了越来越多的关注,大多数商业可用的大功率IGBT模块仍以硅为基材制作的。硅的材料特性的限制,IGBT芯片的功率密度限制,因此许多IGBT芯片并联连接在IGBT模块,二极管芯片反平行的放在一起作为随心所欲的二极管(FWD)目前,为了提高当前的导电能力,如图<一个href=”http年代://www.newsama.com/journals/apec/2012/309789/fig1/" target="_blank">1一个>。在这种情况下,有两个IGBT开关IGBT模块。每个开关由两个平行的IGBT芯片和两个反平行的前轮驱动芯片。
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