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基于串扰电压峰值的IGBT模块键合线老化监测方法
1
作者 张硕 王耕籍 +1 位作者 尹金良 杜明星 《太阳能学报》 北大核心 2025年第6期314-320,共7页
针对IGBT模块键合线老化监测问题,该文提出一种基于串扰电压峰值的监测方法,该方法以IGBT模块构成的半桥电路为研究对象,基于IGBT模块的开关模态,对键合线脱落机理及串扰电压产生过程详细分析,并对串扰电压分段建模;推导出键合线脱落对... 针对IGBT模块键合线老化监测问题,该文提出一种基于串扰电压峰值的监测方法,该方法以IGBT模块构成的半桥电路为研究对象,基于IGBT模块的开关模态,对键合线脱落机理及串扰电压产生过程详细分析,并对串扰电压分段建模;推导出键合线脱落对串扰电压形成各个阶段的影响,进而通过对串扰电压峰值的测量实现对IGBT模块键合线健康状况的实时监测;仿真和实验结果验证该方法的可行性和准确性。 展开更多
关键词 光伏发电 IGBT 串扰 逆变器 键合线 老化
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IGBT相变冷板的设计和数值模拟
2
作者 潘子升 周俊屹 +1 位作者 余时帆 胡桂林 《半导体技术》 北大核心 2025年第5期506-513,531,共9页
针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块散热中功率密度高且散热负荷随工况变化的问题,基于制冷剂对流散热和蒸发潜热的微通道沸腾相变散热技术可对IGBT芯片进行有效散热,建立了三维、伪瞬态算法稳态和流体体积(VOF)相变的综合数学模型。研究了... 针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块散热中功率密度高且散热负荷随工况变化的问题,基于制冷剂对流散热和蒸发潜热的微通道沸腾相变散热技术可对IGBT芯片进行有效散热,建立了三维、伪瞬态算法稳态和流体体积(VOF)相变的综合数学模型。研究了R1233zd、R1234ze、R134a三种相变制冷剂在单片IGBT微通道沸腾相变散热器中的散热性能;在单片的基础上进行了多片IGBT串联、并联、串并联三种不同流道设计的微通道沸腾相变散热器性能的数值模拟研究。研究结果表明,R134a在6 L/min流速工况下,较其他两种相变制冷剂散热性能更优;串联流道比并联和串并联流道芯片温升低34.5%,其整体温升低于60℃。 展开更多
关键词 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 散热器 数值模拟 制冷剂 流体体积(VOF)模型
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面向器件状态辨识的时域反射信号方法研究
3
作者 成庶 游歆雨 +2 位作者 刘畅 袁炜钰 吕壮壮 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2758-2768,共11页
为解决在进行电力电子器件故障状态辨识时因受原系统工作信号影响导致实时性、准确性和成本不理想的问题,提出一种基于扩展频谱时域反射法进行电力电子器件故障状态辨识的方法。由于电力电子器件在发生故障时其阻抗会发生变化,信号在遇... 为解决在进行电力电子器件故障状态辨识时因受原系统工作信号影响导致实时性、准确性和成本不理想的问题,提出一种基于扩展频谱时域反射法进行电力电子器件故障状态辨识的方法。由于电力电子器件在发生故障时其阻抗会发生变化,信号在遇到阻抗不匹配点时会发生反射,通过提取反射信号的特征可以对故障点的类型和位置进行分析。首先,根据反射信号传输特性构建基于扩展频谱时域反射法进行状态辨识的平台模型,并以IGBT为例,通过其阻抗特性和内部结构论证了利用该方法进行IGBT故障状态辨识的可行性。然后用Simulink搭建平台仿真模型,完成对器件的阻抗辨识,进而搭建硬件平台,包括高频信号的调制、发射电路和反射信号捕获电路,实现对反射特征的采集和预处理,对测试信号和反射信号进行相关运算,从相关波形中提取阻抗特征信息。平台实现了对电阻的阻抗值辨识,并对正常IGBT和短路IGBT进行测试,辨识出2种工况的IGBT在有触发信号和无触发信号状态时分别呈现出的阻抗特性。实验结果表明:相较于传统的基于侵入式信号的电力电子器件故障检测方法,该方法所采用的测试信号由于其高频的特性不会对原系统工作信号造成干扰,并且具有很强的抗干扰能力。研究结果可以为IGBT的健康状态评估和检修策略提供参考。 展开更多
关键词 绝缘栅双极性晶体管 扩展频谱时域反射法 相关运算分析 特征阻抗辨识 器件故障状态辨识
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基于退化相似性的变应力工况下IGBT寿命预测方法
4
作者 仇志杰 郑丹 +1 位作者 范涛 温旭辉 《电机与控制学报》 北大核心 2025年第2期105-115,共11页
为了实现动态变化工况下绝缘栅双极晶体管(IGBT)特定个体的实时可更新寿命预测,提出一种解析寿命模型与基于相似性的数据驱动模型融合的变应力工况剩余使用寿命预测方法。首先,通过恒定应力功率循环试验建立器件的一维解析寿命模型,基... 为了实现动态变化工况下绝缘栅双极晶体管(IGBT)特定个体的实时可更新寿命预测,提出一种解析寿命模型与基于相似性的数据驱动模型融合的变应力工况剩余使用寿命预测方法。首先,通过恒定应力功率循环试验建立器件的一维解析寿命模型,基于解析寿命模型实现了不同应力工况下的损伤等效。随后,基于退化相似性实现了对特定个体退化轨迹的剩余寿命预测,并采用灰狼优化算法(GWO)对退化相似性模型参数进行优化。最终,通过一组变应力加速试验验证所提方法的有效性。结果表明,该方法能够实现变应力工况下基于器件个体退化状态的寿命预测,与现有解析寿命模型方法相比,显著提高了预测的准确性。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 寿命预测 解析寿命模型 退化相似性 灰狼优化算法 变应力工况
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牵引变流器IGBT失效特性与寿命预测方法研究
5
作者 刘海涛 刘兴平 +2 位作者 康力璇 刘文业 向超群 《电机与控制学报》 北大核心 2025年第6期113-123,共11页
IGBT是牵引系统最关键同时也是失效率较高的部件,如何利用牵引变流器运行工况数据提取IGBT工作特性是一个关键性问题。为了提高牵引变流器在运行期间的可靠性,提出一种针对机车牵引变流器的IGBT应用寿命预测方法,通过采集不同服役年限的... IGBT是牵引系统最关键同时也是失效率较高的部件,如何利用牵引变流器运行工况数据提取IGBT工作特性是一个关键性问题。为了提高牵引变流器在运行期间的可靠性,提出一种针对机车牵引变流器的IGBT应用寿命预测方法,通过采集不同服役年限的IGBT样本进行分析明确其失效模式,并模拟现场工况条件进行牵引变流器组件级加速寿命试验,建立了IGBT寿命模型;然后提出一种牵引变流器在线式损耗、结温计算模型,通过实时采集牵引变流器在线路上运行时的工况及电气数据,在线计算得出IGBT的损耗、结温,利用在线式雨流计数对其热应力进行统计,通过寿命模型对IGBT的预期使用寿命进行评估;最后搭建了牵引变流器IGBT寿命预测装置,在实际运营的线路上进行了工程化应用验证。所提方法计算过程便捷、高效,具有较强的工程应用价值。 展开更多
关键词 牵引变流器 IGBT 失效 可靠性 损耗 结温 寿命预测
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基于SVMD-BKA-Transformer的IGBT寿命预测模型
6
作者 邓阳 柴琳 汪亮 《半导体技术》 北大核心 2025年第7期698-706,共9页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在持续运行过程中易老化失效,引发电力电子装置故障,因此需对IGBT进行寿命预测。提出了一种改进模型用于IGBT寿命预测。首先,以集射极关断尖峰电压(V_(ce-p))为退化特征,对IGBT进行功率循环加速老化试验;获取... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在持续运行过程中易老化失效,引发电力电子装置故障,因此需对IGBT进行寿命预测。提出了一种改进模型用于IGBT寿命预测。首先,以集射极关断尖峰电压(V_(ce-p))为退化特征,对IGBT进行功率循环加速老化试验;获取相关参数数据并进行处理;利用逐次变分模态分解(SVMD)技术将退化特征数据分解为多个模态。其次,构建Transformer模型,并采用黑翅鸢算法(BKA)寻找其最优超参数以提升预测精度。最后,通过实际IGBT退化特征数据对所提模型进行性能验证。实验结果表明,SVMD-BKA-Transformer模型提升了预测精度:决定系数(R^(2))达到0.9583,平均绝对误差(MAE)降至0.0295 V,均方根误差(RMSE)减小至0.0365 V,性能优于对比模型。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 寿命预测 模态分解 黑翅鸢算法(BKA) TRANSFORMER
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基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法
7
作者 胡震 崔曼 +1 位作者 吴晓华 施涛 《电工技术学报》 北大核心 2025年第2期452-462,共11页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGB... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGBT模块健康状态的在线监测是提升功率器件可靠性、实现能量转换系统安全高效运行的重要保障。该文提出一种基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法,实现IGBT键合线和焊料层热疲劳损伤的在线监测和诊断,避免IGBT模块因热损伤累积超过安全阈值而突发失效,提升能量转换系统的可靠性。首先,考虑焊料层老化对模块内部热流路径的影响而引起基板空间多点位温度分布的改变,建立基于基板多点位温度差异度(T_(P))的焊料层疲劳老化在线监测模型,通过离线加速老化测试方法建立▽T_(P)和芯片至基板热阻抗(Z_(JC))的数据库,在应用中通过▽T_(P)调用(Z_(JC))实现焊料层健康状态的在线诊断;其次,建立IGBT混合老化模式下器件通态功率损耗的计算模型,提出基于通态损耗的集-射通态电压(V_(ce-on))的逆向计算方法,基于更新的Z_(JC)值计算芯片结温(T_(J)),将集电极电流I_(C)和T_(J)输入健康IGBT模块的I_(C)-T_(J)-V_(ce-on)数据库中调用当前结温下的V_(ce-on,data),消除焊料层老化引起的结温上升对V_(ce-on)的影响,基于V_(ce-on)和V_(ce-on,data)的偏差对键合线老化状态做出诊断。仿真和实验结果表明所提方法的有效性,在实验环境下诊断误差约为3%。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 在线监测 可靠性能 健康状态
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故障电压诱发的功率模块温升规律
8
作者 刘玮琳 霍思佳 +2 位作者 乐应波 杨程 崔昊杨 《半导体技术》 北大核心 2025年第4期407-416,共10页
故障电压引发的功率畸变诱发绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温瞬变,但此过程的普遍规律、关联机制尚未明确,限制了故障电压穿越期变流器中IGBT热管理策略的针对性与有效性。通过模拟多种电压故障场景,探究了故障电压诱发的机网两侧变流器功... 故障电压引发的功率畸变诱发绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温瞬变,但此过程的普遍规律、关联机制尚未明确,限制了故障电压穿越期变流器中IGBT热管理策略的针对性与有效性。通过模拟多种电压故障场景,探究了故障电压诱发的机网两侧变流器功率模块温升规律,梳理了故障电压条件下IGBT结温演化过程,明确了故障电压与IGBT结温的关联机制。研究结果表明,结温峰值与电压跌落程度呈显著正相关,电压骤降引发转子电流剧增,导致功率损耗迅速累积,且结温对电压及电流的变化具有动态敏感性。电压故障时,机侧与网侧IGBT结温响应差异明显,机侧因直接承担励磁控制及高电流负荷,结温大幅上升,而网侧变化相对平缓。深化了对IGBT瞬态热行为机理的理解,为优化热管理策略提供参考。 展开更多
关键词 故障电压穿越 变流器 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 功率畸变 结温
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高压大功率IGBT短路失效机理及保护技术研究综述
9
作者 冯甘雨 李学宝 +3 位作者 陶琛 孙鹏 赵志斌 陈兵 《电工技术学报》 北大核心 2025年第16期5044-5067,共24页
高压大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为柔性直流输电工程中的核心器件,若其在运行过程中发生短路故障,将严重威胁换流装备甚至输电系统的安全可靠运行。因此,构建IGBT短路故障模拟方法,明晰短路失效机理,探究短路保护方法对提高IGBT... 高压大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为柔性直流输电工程中的核心器件,若其在运行过程中发生短路故障,将严重威胁换流装备甚至输电系统的安全可靠运行。因此,构建IGBT短路故障模拟方法,明晰短路失效机理,探究短路保护方法对提高IGBT短路强健性和系统稳定性具有重要意义。首先,系统地介绍了IGBT的常见典型短路故障及模块化多电平换流器(MMC)应用工况条件下的短路故障类型,分析了相应的短路应力特征。归纳和总结了针对不同短路故障类型的短路故障模拟电路,并分别对其运行原理进行了详细介绍。其次,从芯片级和封装级两个层面系统梳理了IGBT的短路失效模式及失效机理,并探讨了相关影响因素。再次,介绍了多种短路故障检测和保护及技术及其应用特点,讨论了不同应用场景下各检测技术的适用性和有效性。最后,对IGBT短路可靠性的研究难点与应用趋势进行了展望。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 短路故障 失效机理 短路保护
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基于失效演化模拟的电力机车用IGBT模块解析剩余寿命建模研究 被引量：1
10
作者 赖伟 李涵锐 +4 位作者 李辉 荆海燕 于凯 姚然 陈民铀 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期8189-8200,I0023,共13页
牵引变流器作为电力机车系统中最关键且故障率最高的设备,影响系统的安全运行,其中绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是导致牵引变流器失效的主要部件。开展IGBT模块剩余寿命准确评估,对降低运维成本和系... 牵引变流器作为电力机车系统中最关键且故障率最高的设备,影响系统的安全运行,其中绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是导致牵引变流器失效的主要部件。开展IGBT模块剩余寿命准确评估,对降低运维成本和系统故障率具有重要的战略价值和经济意义。目前采用“里程修”的运维方式,未考虑机车运行线路、工况、负载差异等因素对寿命的影响,导致一些线路过早更换的高昂运维成本和一些线路过晚替换的系统停运风险。因此,在牵引系统IGBT模块故障率高、运行线路间可靠性差异大且采用不合理的“里程修”方式背景下,目前业界普遍关心的问题是各线路基于固定里程修更换的IGBT模块剩余寿命是多少。该文针对电力机车用IGBT模块剩余寿命准确评估的问题,以IGBT模块焊料层不同服役里程空洞尺寸分布规律为基础,建立考虑焊料层空洞空间分布规律的精细化多物理场模型,开展多芯片并联IGBT模块失效演化物理过程模拟,提出以焊料层空洞分布统计规律为老化状态的电力机车用IGBT模块解析剩余寿命预测模拟,并通过功率循环试验验证改进模型准确性。研究成果丰富功率器件的寿命预测和可靠性评估理论,为系统从“里程修”向“状态修”转变提供科学依据。 展开更多
关键词 电力机车 绝缘栅双极晶体管模块 形态演化模拟 剩余寿命模型
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基于GRU神经网络的电动汽车IGBT模块剩余寿命预测研究 被引量：1
11
作者 李新宇 孟子民 +1 位作者 盛光鸣 刘志峰 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第11期25-32,共8页
为获取老旧电动汽车中拆解的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在再制造时的剩余寿命,提出经典循环神经网络的变体,即GRU神经网络的IGBT模块剩余寿命预测模型。分析IGBT模块的内部结构及老化失效机理,明确老化失效的具体形式,结合IGBT模块... 为获取老旧电动汽车中拆解的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在再制造时的剩余寿命,提出经典循环神经网络的变体,即GRU神经网络的IGBT模块剩余寿命预测模型。分析IGBT模块的内部结构及老化失效机理,明确老化失效的具体形式,结合IGBT模块功率循环试验的老化数据,确定通态饱和压降作为模块老化失效特征量。通过试验构建最优参数的GRU神经网络剩余寿命预测模型,完成对老化失效特征量的预测,并与同样是经典循环神经网络另一种变体LSTM网络预测模型进行对比。结果表明:经过优化参数的GRU网络模型的均方根误差为0.0046,平均绝对误差为0.0041,决定系数为99.96%,相对LSTM网络精度更高,更适合所选IGBT模块的剩余寿命预测,同时检测的时间成本更低,更能提高IGBT模块再制造时的检测与生产效率。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 GRU 神经网络 剩余寿命预测
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基于注意力机制的CNN-BiLSTM的IGBT剩余使用寿命预测 被引量：4
12
作者 张金萍 薛治伦 +3 位作者 陈航 孙培奇 高策 段宜征 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第4期373-379,共7页
针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性问题,提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆(BiLSTM)网络和注意力机制的剩余使用寿命(RUL)预测模型,可用于IGBT的寿命预测。模型中使用CNN提取特征参数,BiLSTM提取时序信息,注意力机制... 针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性问题,提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆(BiLSTM)网络和注意力机制的剩余使用寿命(RUL)预测模型,可用于IGBT的寿命预测。模型中使用CNN提取特征参数,BiLSTM提取时序信息,注意力机制加权处理特征参数。使用IGBT加速老化数据集对提出的模型进行验证。结果表明,对比自回归差分移动平均(ARIMA)、长短期记忆(LSTM)、多层LSTM(Multi-LSTM)、 BiLSTM预测模型,在均方根误差和决定系数等评价指标方面该模型的性能最优。验证了提出的寿命预测模型对IGBT失效预测是有效的。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 失效预测 加速老化 长短期记忆(LSTM) 注意力机制 卷积神经网络(CNN)
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基于焊层裂纹扩展的IGBT性能退化建模与分析
13
作者 康锐 陈玉冰 +2 位作者 文美林 张清源 祖天培 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3031-3039,共9页
在疲劳载荷作用下,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)会发生结构损伤与性能退化,影响电力电子系统可靠性。对此,首先基于传热学理论推导焊层疲劳裂纹长度与热阻的关系,并以Darveaux模型表征IGBT焊层裂纹演化... 在疲劳载荷作用下,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)会发生结构损伤与性能退化,影响电力电子系统可靠性。对此,首先基于传热学理论推导焊层疲劳裂纹长度与热阻的关系,并以Darveaux模型表征IGBT焊层裂纹演化规律,提出一种IGBT性能退化模型及其待定系数的估计方法。其次,考虑实际工况的非平稳特征,利用响应面法建立IGBT变幅疲劳载荷模型,并基于雨流计数法与线性累积损伤准则实现IGBT性能退化量的评估。最后,以一款IGBT产品为例,实施功率循环试验,基于试验数据开展性能退化建模与分析,验证了模型与算法的有效性。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 退化建模 退化分析 焊层疲劳
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结温导向的牵引变流器寿命优化控制
14
作者 向超群 杜京润 +2 位作者 陈春阳 李佳怡 成庶 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期45-56,共12页
结温是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命的主要因素。为了提高地铁两电平牵引变流器寿命,提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制(DVMPTC)策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或... 结温是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命的主要因素。为了提高地铁两电平牵引变流器寿命,提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制(DVMPTC)策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或仅切换一次的范围,降低IGBT开关损耗的同时减小系统计算量;在代价函数中约束IGBT及其反并联二极管的损耗,动态加入损耗因子,并赋予权重系数,使得最优矢量的选择兼顾控制性能与降低损耗。通过仿真分析,本文所提方法相较于传统基于分段调制算法的直接转矩控制策略,降低了结温及其波动,提高了牵引变流器寿命。 展开更多
关键词 两电平牵引变流器 IGBT模块结温 双矢量模型预测转矩控制 损耗因子 牵引变流器寿命
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IGBT并联应用均流控制技术综述 被引量：5
15
作者 穆峰 刘宜鑫 +2 位作者 李鑫 孙湖 黄先进 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期119-132,共14页
绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolar transistor)在现代电力电子技术中应用广泛,在某些单个器件性能达不到设计要求的工作场合,IGBT的并联使用成为一种经济可行的方法。多模块IGBT并联应用可以简化电路结构,增大变流器输出... 绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolar transistor)在现代电力电子技术中应用广泛,在某些单个器件性能达不到设计要求的工作场合,IGBT的并联使用成为一种经济可行的方法。多模块IGBT并联应用可以简化电路结构,增大变流器输出功率,提高装置功率密度。IGBT并联应用过程中,器件本体的动、静态特性及结温的差异,驱动电路结构及功率回路不对称性,伴随IGBT长期使用出现的老化或失效等问题,都会引起并联IGBT支路电流的不均衡,影响系统的可靠性和稳定性。对国内外IGBT并联应用所关注的研究热点进行了调研分析,总结了IGBT并联动、静态电流不均衡产生的原理及影响,分析了电流均衡控制原理的差异。从功率回路均流控制和驱动回路均流控制两个方面,对IGBT并联应用均流控制的工作特性进行了分析总结和技术对比,并对IGBT并联均流技术的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 IGBT 并联 均流控制 电流不平衡
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绝缘栅双极型晶体管故障检测方法:综述与展望 被引量：1
16
作者 王敏 王莹 +2 位作者 陈凯 程玉华 邱根 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期1-14,共14页
绝缘栅双极型晶体管广泛应用于航空航天、武器装备、现代工业、交通运输和电力系统等领域。由于其工作环境复杂,IGBT极易发生异常并导致系统故障,甚至引发重大的经济损失与人员伤亡。因此,IGBT的故障检测引起了研究人员的广泛关注和高... 绝缘栅双极型晶体管广泛应用于航空航天、武器装备、现代工业、交通运输和电力系统等领域。由于其工作环境复杂,IGBT极易发生异常并导致系统故障,甚至引发重大的经济损失与人员伤亡。因此,IGBT的故障检测引起了研究人员的广泛关注和高度重视。但是,目前针对IGBT故障检测技术的系统性综述较稀缺,阻碍了实际工程人员对其深层次的了解与认知。因此,该综述从方法的角度对IGBT故障检测相关研究成果进行了系统性的回顾:首先对IGBT的基本结构、工作原理以及常见失效机制进行了概述;其次,将IGBT故障检测技术基于检测方法的差异分为三大类,并总结了各类方法的优点与不足;最后,结合当前技术发展的现状,对IGBT故障检测领域的挑战与展望进行了深层次的剖析。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 异常检测 故障诊断 可靠性
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高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路 被引量：1
17
作者 石秀倩 何大勇 +3 位作者 李飞 甘楠 牟雅洁 李京祎 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期120-128,共9页
加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的... 加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。 展开更多
关键词 固态调制器 脉冲电压精度 绝缘栅双极晶体管 栅极驱动电路 导通抖动
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基于导通压降的大容量IGBT模块结温观测与误差分析研究 被引量：1
18
作者 肖凯 王振 +3 位作者 严喜林 李文骁 胡剑生 刘平 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期127-137,共11页
压接式绝缘栅双极性晶体管PP-IGBT(press-pack insulated gate bipolar transistor)模块因其优越的电气性能和可靠性,广泛应用于柔性直流换流阀等大功率应用场景。IGBT芯片结温的准确观测对于其运行状态的监测与剩余寿命的评估都非常重... 压接式绝缘栅双极性晶体管PP-IGBT(press-pack insulated gate bipolar transistor)模块因其优越的电气性能和可靠性,广泛应用于柔性直流换流阀等大功率应用场景。IGBT芯片结温的准确观测对于其运行状态的监测与剩余寿命的评估都非常重要。已有结温观测方法多是针对键合引线式IGBT,未考虑到压接式模块的特性,无法直接应用。首先,针对大容量换流阀中的压接式IGBT,提出了一种实用的模块导通压降与结温标定方法,并对结温在线估计的误差进行了全面分析。然后,基于ABB公司5SNA 3000K452300压接式IGBT模块(4500 V,3000 A)设计了结温标定方案,包括实验电路、温度标定范围选择、结温控制方式、测量电路及标定实验步骤。最后,基于脉冲测试平台,对所提方法进行了验证。实验结果表明,所提结温标定与观测方案有效,结温观测误差在±5℃以内,且能适用压接式IGBT模块存在差异的情况。 展开更多
关键词 压接式IGBT 结温标定实验 热敏电参数 导通压降 误差分析
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一种用于改善IGBT开关过冲的主动栅极控制技术 被引量：2
19
作者 谢海超 王学梅 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期280-291,共12页
绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的广泛应用对其开关性能提出了很高的要求,传统的栅极驱动CGD(conventional gate drive)对IGBT开关过程中的电压和电流过冲调节效果有限,主要因其降低过冲总是以牺牲开关时... 绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的广泛应用对其开关性能提出了很高的要求,传统的栅极驱动CGD(conventional gate drive)对IGBT开关过程中的电压和电流过冲调节效果有限,主要因其降低过冲总是以牺牲开关时间和开关损耗为代价。基于此,提出1种新的主动栅极驱动AGD(active gate drive)控制方法,用于抑制IGBT开关过程中产生的电流和电压过冲,其原理是在IGBT高di/dt和dv/dt阶段主动调节驱动电压,减小电流和电压的变化率,从而抑制电流和电压过冲。实验结果表明,相比传统驱动方法,所提方法可在基本不降低开关速度和不增加开关损耗的同时,显著降低IGBT开关过程中的电流和电压过冲。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 主动栅极驱动 电压和电流过冲
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压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法 被引量：1
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作者 周扬 唐新灵 +5 位作者 王亮 张晓伟 代安琪 林仲康 金锐 魏晓光 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期2350-2361,I0023,共13页
压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效... 压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。 展开更多
关键词 压接型绝缘栅双极性晶体管器件 短路失效 爆炸特性 防爆 仿真
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