IGBT快速功率循環(huán)老化試驗裝置的研究與設(shè)計.pdf

1、IGBT器件是功率變流器中故障率最高的部件，其可靠性問題嚴重制約功率變流器的廣泛應用。由于IGBT器件的設(shè)計壽命一般在20年以上，所以需借助功率循環(huán)加速老化試驗來加速IGBT的老化進程，以期在較短時間內(nèi)明確IGBT失效機理，并發(fā)現(xiàn)能反映IGBT老化衰退狀態(tài)的失效預兆特征量和建立壽命評估模型，以便用于后續(xù)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和壽命預測等IGBT可靠性方面的研究。
　　功率循環(huán)加速老化試驗的基本原理是使 IGBT結(jié)溫在大范圍內(nèi)循環(huán)波動，

2、然而，不同控制策略的功率循環(huán)老化試驗得到的IGBT失效機理和失效循環(huán)周期相差甚大。另外，由于IGBT器件自身存在的差異性，只有通過對比分析大量IGBT的老化數(shù)據(jù)，才可獲得準確和通用的試驗結(jié)論。因此，本文皆在設(shè)計一臺能滿足多種老化控制策略，且可同時老化多個IGBT器件的快速功率循環(huán)老化試驗裝置。
　　為實現(xiàn)多個 IGBT模塊同時老化的試驗要求，本文提出為每一個串聯(lián)待老化IGBT模塊加并聯(lián)可控開關(guān)的老化試驗方案。該方案不僅適用于恒定結(jié)

3、溫波動ΔTj、恒定殼溫波動ΔTc、固定導通關(guān)斷時間和恒定加熱電流等控制策略下的功率循環(huán)加速老化試驗，而且只需一臺加熱電流源便可同時老化多個IGBT模塊。文中對每一種控制策略下的試驗方案進行了詳細的分析，并從主電路電氣連接設(shè)計、結(jié)\殼溫測量設(shè)計、水冷系統(tǒng)設(shè)計等三個方面介紹了老化裝置硬件部分的設(shè)計實現(xiàn)。主電路能同時老化四個IGBT模塊，且電氣連接部分與水循環(huán)部分被支撐板隔開，可避免因漏水造成的電氣故障。采用為每個工位配備二位三通電磁水閥的方

4、法，實現(xiàn)了多工位共用一個水泵的水冷系統(tǒng)，有效減小了老化裝置體積。
　　為保證老化裝置安全可靠運行，文中設(shè)計了完善的保護電路。首先從電氣連接和水循環(huán)系統(tǒng)兩方面概況了老化裝置運行中可能發(fā)生的故障，針對每一種故障確定了相應的保護流程。然后基于老化裝置監(jiān)控系統(tǒng)功能需求和設(shè)計原則，設(shè)計了由PLC和WinCC上位機組成的二級監(jiān)控系統(tǒng)；PLC模塊化易擴展，編程簡單，完全滿足老化工位擴展的需求；WinCC上位機界面友好，功能全面，能實時反映老化裝