【摘要】：隨著工藝技術(shù)的發(fā)展,絕緣柵雙極型晶閘管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)得到了快速的發(fā)展,應(yīng)用在如石油和天然氣開發(fā)、新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域,是實(shí)現(xiàn)電能變換和控制的關(guān)鍵。IGBT模塊工作環(huán)境較為惡劣,如電流強(qiáng)度大、電壓等級高、工作期間開關(guān)頻率高,這些都給器件的可靠性帶來隱患。研究數(shù)據(jù)表明,大約55%的失效是由結(jié)溫過高引起的。因此,研究IGBT模塊結(jié)溫與壽命的關(guān)系,可以有效降低系統(tǒng)失效率,提高系統(tǒng)可靠性。本文以IGBT功率模塊為研究對象,在模塊建模、結(jié)溫監(jiān)測以及壽命預(yù)測等方面開展研究。首先,根據(jù)IGBT模塊的物理參數(shù)和溫度特性在PLECS軟件中建立Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型,模擬模塊的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性�；趥鹘y(tǒng)Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型,提出了一種改進(jìn)方法,有效提高IGBT模塊的結(jié)溫估計(jì)精度。該方法既考慮了溫度對IGBT模塊的材料特性的影響,又基于其物理結(jié)構(gòu)和原理分析了模型參數(shù)誤差的成因。從穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)結(jié)溫預(yù)測兩個(gè)方面,對傳統(tǒng)的Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行參數(shù)修正,研究利用參數(shù)自適應(yīng)的熱網(wǎng)絡(luò)模型估計(jì)結(jié)溫的通用方法。其次,總結(jié)IGBT功率模塊焊料層老化失效的內(nèi)在機(jī)理,分析其熱流路徑的變化規(guī)律,探究焊料層老化與電熱變量之間的耦合關(guān)系,建立自適應(yīng)Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型,在準(zhǔn)確預(yù)測IGBT結(jié)溫的同時(shí),又可以捕捉由焊料層老化引起的IGBT模塊熱行為的變化。最后,利用有限元分析軟件建立IGBT模塊3D實(shí)體模型,模擬器件溫度場分布,驗(yàn)證改進(jìn)模型的性能。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析,從而結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的參數(shù)自適應(yīng)Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型不僅有良好的結(jié)溫預(yù)測性能,還可以捕捉由焊料層老化引起的熱行為變化。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN322.8

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