检索结果-南通市图书馆

作者：胡经纬天津理工大学

学位级别：硕士

缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是由双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)组合而成,因其具有高输入阻抗、低饱和压降和低驱动功率等优点被广泛应用于光伏发电、风力发电、电动汽车、电力牵引等领域。由于双碳目标的提出,在实际应用中人们对于设备运行功率密度要求的不断增加,使得IGBT模块需面对更加高负载的运行环境。因此,作为功率变换器的核心器件,IGBT的可靠性越来越受到研究人员的重视。研究表明,约60%的功率器件故障是由于热阻增加或额外的功率损耗诱发的结温升高导致。然而,由于IGBT模块具有多层结构且外有封装外壳保护,获取其内部结构温度是一项复杂的任务。结温波动易导致IGBT模块失效,失效形式主要分为键合线失效和焊料层失效,对于采用铝丝键合工艺的IGBT模块,键合线失效导致的模块损坏约占70%,因此对于现阶段研究人员对于失效分析更加偏重于键合线。本文以IGBT模块为研究对象,以传统cauer模型为基础,通过理论、有限元仿真和实验分析,研究了IGBT模块在变工况以及升温过程中的结温估计方法以及对结温波动所引起的键合线老化进行分析,具体研究如下:(1)提出了利用动态热扩散边界的cauer模型参数提取方法,首先在基板合理以适当间隙布局多个光栅光纤温度传感器,根据规律选取合理的初始等温线将其作为热扩散边界,实时追踪选定的等温线,分析其随不同工况变化的规律,以获取不同工况下的圆形导热面积的精确值。进而,根据当前工况下的导热面积在线计算精确的热阻和热容值。最后,利用实时更新的热阻和热容值修正cauer模型,得到更精确的结温。(2)提出了基于温度分布系数的键合线脱落热量偏移规律及其位置的方法。首先,利用光栅光纤温度传感器以固定位置捕获芯片底部、中间位置以及基板边缘温度,确定健康状态下温度分布系数k。然后,利用有限元仿真分析键合线不同脱落数量以及不同位置所引起的热源偏移,探索温度分布系数k数值变化与热源偏移的规律。最后,搭建实验平台验证热源偏移与温度分布系数k的规律,并根据IGBT模块两侧温度分布系数k的数值及变化量确定具体键合线脱落位置。(3)提出了考虑温度分布系数的键合线老化等效电阻分析方法。首先,利用光栅光纤温度传感器捕获芯片底部、45°扩散角以及基板边缘测温点,以确定温度分布系数k,其数值随着焊料层老化而发生变化,但不受功率损耗的影响。然后,以温度分布系数k为基础,推出公式并根据测温点反向迭代IGBT模块V数值,将其拆分为受温度影响和键合线老化的两部分。最后,根据数据手册中IGBT输出特性分离二者,从而确定键合线老化导致V的变化量,并利用当前工况的电气参数确定键合线等效电阻变化量。

关键词： IGBT cauer模型温度分布系数键合线老化参数提取

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基于cauer网络的功率电感高频涡流损耗模型

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磁性材料及器件 2023年第1期54卷 84-88页

作者：洪扬谢文轩陈格恩周岩南京邮电大学自动化学院人工智能学院江苏南京210023

高频下磁芯涡流损耗与频率之间呈现非线性关系,传统的磁芯涡流损耗模型在高频下不再适用,在结合传统磁芯涡流模型和cauer梯形网络的基础上,研究了基于cauer模型的功率电感高频涡流损耗建模方法。通过构建磁芯阻抗函数描述磁芯材料中涡... 详细信息

高频下磁芯涡流损耗与频率之间呈现非线性关系,传统的磁芯涡流损耗模型在高频下不再适用,在结合传统磁芯涡流模型和cauer梯形网络的基础上,研究了基于cauer模型的功率电感高频涡流损耗建模方法。通过构建磁芯阻抗函数描述磁芯材料中涡流损耗与频率的关系,构建磁芯阻抗cauer Ⅰ梯形网络,并通过Euclidean算法迭代求出cauer Ⅱ梯形网络中的参数。对磁芯3C90进行磁芯阻抗cauer Ⅱ网络构建,在相应条件下对该网络进行仿真,仿真结果表明,磁芯阻抗cauer网络不仅对磁芯电感系数的高频特性的拟合结果良好,且基于cauer网络的涡流损耗仿真的功率损耗与实际测量的功率损耗接近,故基于cauer网络的磁芯涡流损耗模型能有效预测非正弦激励下的磁芯涡流损耗。

关键词：电感磁芯涡流损耗功率损耗 cauer模型

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状态变量方程辨识cauer热模型参数的方法

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测控技术 2019年第1期38卷 82-84,97页

作者：李猎何怡刚武汉大学电气工程学院湖北武汉430072

绝缘栅双极性晶体管IGBT模块热网络与可靠性密切相关。cauer模型简单直观,为了得到模型中各元件的参数,提出一种基于现代控制理论中任意系统转换为能观标准型的一般方法,将模型的一般的状态空间表达式通过矩阵变换的方法转换为特殊的能... 详细信息

绝缘栅双极性晶体管IGBT模块热网络与可靠性密切相关。cauer模型简单直观,为了得到模型中各元件的参数,提出一种基于现代控制理论中任意系统转换为能观标准型的一般方法,将模型的一般的状态空间表达式通过矩阵变换的方法转换为特殊的能观标准型。通过实验或仿真得到系统的传递函数,将传递函数与能观标准型进行比较,可以得到若干个方程组并求解得到所需的元件参数。通过仿真验证了该方法的可行性。

关键词： cauer模型参数辨识能观标准型矩阵变换

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IGBT电热网络模型与应用

IGBT电热网络模型与应用

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作者：倪静静电子科技大学

学位级别：硕士

随着功率半导体器件的封装体积逐渐缩小,同时应用频率和工作功率密度不断提高,器件工作时的结温不断升高,而温度升高容易导致器件失效,影响器件的可靠性,因此如何对以IGBT为代表的功率电子器件的结温进行检测就显得尤为重要。目前对IGB... 详细信息

随着功率半导体器件的封装体积逐渐缩小,同时应用频率和工作功率密度不断提高,器件工作时的结温不断升高,而温度升高容易导致器件失效,影响器件的可靠性,因此如何对以IGBT为代表的功率电子器件的结温进行检测就显得尤为重要。目前对IGBT的结温进行估计的方式有多种,本文采用基于热电比拟理论的热阻抗网络模型法,建立起等效的能反映器件阻热和储热性能的热阻—热容网络模型。这种热网络模型可以表示器件的传热情况,然后根据器件的功率损耗和热网络模型参数就可以实现IGBT的结温估算。当前典型的一维等效热网络模型可以分为两种:Foster热网络模型和cauer热网络模型。在研究了热网络模型的结构后,为了构建具体的热网络模型,需要获取其中的热阻和热容参数,方法大致有三种:热参数解析计算法、有限元仿真法、实验测量法,一般会选用实验测量的瞬态双界面法。本文选取英飞凌的IGBT产品IKW40N65H5作为研究对象,利用热阻测试仪器测量得到瞬态热阻抗曲线,然后对所得的瞬态阻抗曲线进行拟合分析,从而获得Foster的热阻和热容参数。由于Foster模型和cauer模型在数学上是等效的,所以可以利用数学变换方法,实现两种模型的相互转化。热网络模型能反映器件的热行为,从而能对器件的结温进行检测,因此本文利用建立的热网络模型设计了一个有过温保护功能的电路,并对电路内的关键模块进行设计。该电路的核心就是配置一个被保护器件的电热网络模型,然后用与器件功率正相关的电流对该热网络模型充电,得到一个与结温正相关的电压,再经过比较器产生控制器件是否导通的信号,并且由逻辑电路控制过温保护的迟滞。最后在Cadence仿真平台上,基于国内某代工线的工艺平台,对设计的电路进行仿真,仿真结果表明:本文设计的电路可以实现期望的功能,设置的过温保护阈值为160℃,迟滞20℃,即IGBT结温降温到140℃后再重新开启工作。而且可以通过改变逻辑电路中计数器的时钟周期,来改变迟滞量即可以控制IGBT降温到某一温度时重新工作。

关键词： IGBT 热网络模型 Foster模型 cauer模型过温保护

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考虑热效应的IGBT热网络模型建模方法

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半导体技术 2018年第12期43卷 898-904页

作者：申海东解江吴雪珂欧永工业和信息化部电子第五研究所广州510610 广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室广州510610 电子信息产品可靠性分析与测试技术国家地方联合工程中心广州510610 泰州赛宝工业技术研究院有限公司江苏泰州225500

功率器件结温预测对于器件的寿命评价具有重要意义,而材料的热效应是影响结温预测结果的关键因素之一。基于此,提出了一种考虑热效应的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)热网络模型建模方法,可提高IGBT结温预测的准确性。采用经典Foster与cauer... 详细信息

功率器件结温预测对于器件的寿命评价具有重要意义,而材料的热效应是影响结温预测结果的关键因素之一。基于此,提出了一种考虑热效应的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)热网络模型建模方法,可提高IGBT结温预测的准确性。采用经典Foster与cauer热网络模型转换方法,获取IGBT各层结构热阻和热容,建立芯片Si热阻-温度的函数模型,对比模型计算值与实验结果,验证了热阻-温度函数建模方法的合理性与准确性。最后基于Multisim平台建立了新型IGBT cauer热网络模型,实现热效应耦合下结温的实时预测。仿真结果表明,随着环境温度升高和IGBT功耗增大,材料热效应对结温预测影响就越大,此时新cauer模型仿真结果更具有参考价值,可为功率器件寿命评价提供更可靠的数据支持。

关键词：绝缘栅双极型晶体管(IGBT) cauer模型结温热网络模型可靠性

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