IGBT快速功率循環(huán)老化試驗(yàn)裝置的研究與設(shè)計(jì).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(yán)重制約功率變流器的廣泛應(yīng)用。由于IGBT器件的設(shè)計(jì)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(yàn)來加速IGBT的老化進(jìn)程，以期在較短時(shí)間內(nèi)明確IGBT失效機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)能反映IGBT老化衰退狀態(tài)的失效預(yù)兆特征量和建立壽命評(píng)估模型，以便用于后續(xù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和壽命預(yù)測(cè)等IGBT可靠性方面的研究。
　　功率循環(huán)加速老化試驗(yàn)的基本原理是使 IGBT結(jié)溫在大范圍內(nèi)循環(huán)波動(dòng)，

2、然而，不同控制策略的功率循環(huán)老化試驗(yàn)得到的IGBT失效機(jī)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(duì)比分析大量IGBT的老化數(shù)據(jù)，才可獲得準(zhǔn)確和通用的試驗(yàn)結(jié)論。因此，本文皆在設(shè)計(jì)一臺(tái)能滿足多種老化控制策略，且可同時(shí)老化多個(gè)IGBT器件的快速功率循環(huán)老化試驗(yàn)裝置。
　　為實(shí)現(xiàn)多個(gè) IGBT模塊同時(shí)老化的試驗(yàn)要求，本文提出為每一個(gè)串聯(lián)待老化IGBT模塊加并聯(lián)可控開關(guān)的老化試驗(yàn)方案。該方案不僅適用于恒定結(jié)

3、溫波動(dòng)ΔTj、恒定殼溫波動(dòng)ΔTc、固定導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)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(yàn)，而且只需一臺(tái)加熱電流源便可同時(shí)老化多個(gè)IGBT模塊。文中對(duì)每一種控制策略下的試驗(yàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并從主電路電氣連接設(shè)計(jì)、結(jié)\殼溫測(cè)量設(shè)計(jì)、水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)等三個(gè)方面介紹了老化裝置硬件部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。主電路能同時(shí)老化四個(gè)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(gè)工位配備二位三通電磁水閥的方

4、法，實(shí)現(xiàn)了多工位共用一個(gè)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(yùn)行，文中設(shè)計(jì)了完善的保護(hù)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(yùn)行中可能發(fā)生的故障，針對(duì)每一種故障確定了相應(yīng)的保護(hù)流程。然后基于老化裝置監(jiān)控系統(tǒng)功能需求和設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了由PLC和WinCC上位機(jī)組成的二級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)；PLC模塊化易擴(kuò)展，編程簡(jiǎn)單，完全滿足老化工位擴(kuò)展的需求；WinCC上位機(jī)界面友好，功能全面，能實(shí)時(shí)反映老化裝