IGBT模块功率循环能力与可靠性试验

为验证IGBT模块的可靠性,分析了IGBT模块的封装结构,并在传统IGBT模块功率循环试验的基础上建立新的模型,通过具体的试验得到IGBT模块功率循环后失效状况,并对该状况进行分析。相对传统IGBT寿命预测和可靠性评估,该功率循环的新方法更加贴合实际应用工况,对IGBT失效分析具有借鉴作用。     

基于功率循环的功率器件寿命评估快速工程方法

介绍了工程中常用的4种基于主动功率循环的半导体功率器件寿命评估模型,针对这些模型存在忽略功率器件封装与实际工况复杂性的问题,提出用于寿命评估的功率循环试验更适合基于器件退化而非器件失效来选定阈值的观点,并给出了快速完成实际工况模式下基于器件退化的功率循环试验的阈值设定方法,功率器件寿命评估快速公式和残余寿命评估方法。该方法在工程实践中可以快速低成本地评估功率器件的寿命。     

功率IGBT模块的寿命预测

介绍了功率循环试验数据的威布尔分析方法,分析了现有的典型模块寿命模型,论述了寿命预测的方法:将任务曲线转化成温度曲线,利用雨流计数法,根据线性疲劳损伤积累理论和寿命模型计算功率循环寿命。最后,预测了应用于HXD1C电力机车的株洲南车时代电气股份有限公司3300V/1200A IGBT模块的功率循环寿命。     

半实物仿真技术在轨道交通用IGBT寿命预测中的应用

IGBT是列车牵引变流器的核心部件,其寿命预测技术是整车故障预测与健康管理的重要依据。采用半实物仿真方式对CRH_5型动车组IGBT电流、电压等参数进行提取,基于这些参数进行与寿命相关的仿真和计算。计算表明:逆变器侧IGBT模块寿命小于脉冲整流器侧IGBT;IGBT的主端子、芯片和DBC焊层会提前出现失效征兆现象。该方法为准确评估轨道交通用IGBT模块寿命预测提供参考。     

60 kg·m-1U71Mn钢轨气压焊热循环分析

介绍60kg·m-1U71Mn钢轨气压焊热循环测试方法。测量部位分为表面和内部,分别在轨头、轨腰、轨底三角区和轨底脚。通过多点测温,分析气压焊加热器火孔尺寸对钢轨整体热循环的影响,适当减小了轨底脚火孔尺寸,消除了轨底脚加热温度偏高的现象。通过分析加热温度曲线,珠光体开始转变奥氏体温度为740℃,完全转变奥氏体温度为790℃,从而确定了焊后正火最低温度。通过分析冷却温度曲线,奥氏体开始转变珠光体温度为650℃,完全转变珠光体温度为610℃,进一步确定了焊后正火最高启始温度。因钢轨加热和冷却速度较快,使相变滞后发生,加热和冷却时发生相变的温度相差约130℃～140℃。火焰加热钢轨表面及内部温差120℃～150℃,空冷温差20℃～30℃。     

功率封装钝化层开裂原理分析

功率芯片表面的钝化层裂纹严重影响功率器件的可靠性。文章通过典型的D-PAK模块温度循环试验,对钝化膜失效原理进行了深入研究。温度循环试验结果表明,裂纹在靠近边界覆盖有铝膜的钝化层中生长,但是很少出现在铝条中。如果钝化膜中的裂纹始终和制造过程中最先产生的裂纹保持一致,那么器件的寿命将会很长。这要求应力强度因子总是小于钝化膜的韧性,否则裂纹就会在后续的服役周期中生长并扩展;应用Griffith准则可以知道裂纹是否会产生。最后,给出了裂纹萌生周期临界值的估算方法,并绘制了裂纹萌生图作为钝化层的失效准则。文章提出的系统性检测钝化层产生棘轮变形和开裂的方法,可以提高器件的可靠性。     

宽禁带功率器件键合缓冲技术的可靠性分析

在电力电子应用中,性能优于硅功率器件的宽禁带功率器件得到广泛关注。然而,传统功率器件封装中的芯片顶部的电气互连结构现在已成为限制宽禁带功率器件寿命的主要因素。因此,有必要通过使用键合缓冲技术将铜键合线、焊带和引线框架来代替铝键合线作为芯片顶部的电气互联以满足宽禁带功率器件在高温工作条件下的要求。文章回顾了不同键合缓冲技术和金属键合材料在功率循环测试中的可靠性表现。其中,因瓦合金键合缓冲材料与铜键合线的结合在众多键合材料中显示出最强大的功率循环测试能力。失效分析显示,宽禁带功率器件封装的薄弱点已经从芯片顶部的键合材料变为氧化铝陶瓷衬底或芯片上表面的铝金属层。     

HX_D2型机车IGBT功率模块暑期烧损原因分析与对策

文章分析IGBT功率模块的失效形式,及其性能稳定性的影响因素;阐明了IGBT自身温度与开关损耗、拖曳电流损耗等相互关系,找到了暑期高温条件下IGBT功率模块频繁烧损的根本原因;提出落实加强水冷通风系统吹扫、风量测试等措施,以有效避免IGBT烧损故障。     

焊层空洞对IGBT 模块热应力的影响简

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良和疲劳失效的主要原因之一。考虑芯片场环区的影响,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型;研究了不同焊层厚度、焊层空洞率和空洞位置对模块最高结温与最大等效应力的影响;探讨了焊层空洞对模块瞬态热阻抗的影响。     

轨道交通用IGBT器件寿命预测技术综述

随着中国轨道交通车辆陆续进入高级修阶段,IGBT器件寿命预测技术成为行业关注的热点,科学的寿命评估方法是实现IGBT变流器全生命周期管理的基础。文章针对轨道交通的应用,介绍了IGBT器件失效机理、寿命预测模型及计算流程;通过概述国内外相关研究现状,归纳了目前IGBT器件寿命预测面临的难题,分析了通过采用智能化驱动、大数据分析及人工智能、状态检测等技术来提高IGBT器件寿命预测的准确性。     

8K机车辅助电源能流循环试验台变流系统

能流循环试验台是针对8K机车辅助电源系统测试而设计的节能试验装置,用于辅助电源变流系统的日常测试和维护.辅助电源变流系统由晶闸管整流器和被测IGBT逆变器组成,负载采用PWM整流器控制输出电流.变流系统由以DSP为核心的数字控制系统控制.试验证明,该试验台能在满足额定功率测试的条件下,大大节约电能,减少噪声污染.     

大功率半导体器件的发展与展望

回顾了现代电力电子器件的发展历史,涉及的器件包括晶闸管、GTO、IGCT、MTO、IGBT、各种改进型的IGBT以及CoolMOS。叙述了采用新型材料的电力电子器件的发展和前景,应用碳化硅和氮化镓材料的功率器件正在迅速地发展,一些器件有望在不远的将来实现商品化,进入电力电子技术市场。     

高性能全数字化车载逆变电源

文章介绍了一种高性能全数字化车载逆变电源,阐述了该电源的整体结构、性能优势,其基于TMS320LF2407芯片的DSP软件设计,说明了IGBT的驱动要求以及使用HCPL-316J实现IGBT过流欠压保护的原理。     

电力机车用110V大功率高频开关电源电磁兼容性

针对新开发的全桥型电力机车用110V高频开关控制电源,建立IGBT的模型,用以模拟开关过程中所用IGBT反向恢复过程。通过建立各无源元件的高频模型,提取出其寄生参数。在Saber仿真环境中建立传导噪声仿真模型,解决电磁干扰问题。通过在Candence软件中重新提取连接导线的寄生参数进行仿真,得到修改布线后的传导噪声水平。分析认为在较低频段时,差模传导噪声占主导地位;利用滤波、屏蔽等方法和手段能够达到抑制电磁干扰的目的。     

CRH380A动车组自主牵引变流器三电平功率模块研制

为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求,结合三电平功率模块主电路结构特点,完成了三电平功率模块关键技术(IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计)的攻关,研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明,该三电平IGBT模块性能良好,满足CRH380A高速动车组使用。     

新型单相IGBT机车空调逆变电源

针对内燃机车司机室使用单相空调，设计研制了１１０Ｖ／２２０Ｖ变换用ＩＧＢＴ单相逆变电源。该电源由ＰＷＭ高频升压斩波器及数字化控制ＳＰＷＭ逆变器组成，具有ＩＧＢＴ多重保护及机车抗ＥＭＩ特殊设计。试验结果表明：该电源能长期可靠地为２．２ｋＷ单相空调供电，具有６ｋＶＡ（５００ｍｓ）瞬时起动功率容量。     

有源电压箝位串联HV IGBT的适用性和优化(一)

介绍了5.2 kV高压绝缘栅双极型晶体管(HV IGBTs)的成功串联应用.穿通型HV IGBT串联应用时要完全控制感应过电压,最大的障碍是拖尾电流的关断问题.可以证明,采用先进的电压箝位技术能够限制因关断拖尾电流而引起的第二个电压尖峰.阳极采用载流子寿命局部分布的IGBT很适合这种应用;拖尾电流间隔时间越短,关断损耗越小.文中集中讨论了穿通型HV IGBT器件串联时的最佳通态等离子体分布,HV IGBT的最新发展趋势似乎与讨论结论相一致.未来先进的HV IGBT技术可完全减轻第一代HV IGBT串联时的困难.     

高原电力机车IGBT主变流器

介绍了应用于高原环境下的电力机车IGBT主变流器的主要技术参数、主电路及其变流器模块特点,并叙述了主变流器高原环境适应性相关设计,如内置加热器的工作原理等.型式试验数据表明,该变流器相关技术参数能够满足高原电力机车应用要求.