JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY

CN 41-1437/TS  ISSN 2096-1553

IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究

窦智峰 晋玉祥 郭新飞

窦智峰, 晋玉祥, 郭新飞. IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究[J]. 轻工学报, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
引用本文: 窦智峰, 晋玉祥, 郭新飞. IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究[J]. 轻工学报, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
DOU Zhifeng, JIN Yuxiang and GUO Xinfei. Research on transient short-circuit failure analysis and finite element thermoelectric coupling model of IGBT[J]. Journal of Light Industry, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
Citation: DOU Zhifeng, JIN Yuxiang and GUO Xinfei. Research on transient short-circuit failure analysis and finite element thermoelectric coupling model of IGBT[J]. Journal of Light Industry, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012

IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究

    作者简介: 窦智峰(1979-),男,吉林省松原市人,郑州轻工业学院讲师,博士,主要研究方向为大、中功率电力电子器件可靠性与多电平电能变换器故障容错及其控制策略.;
  • 基金项目: 河南省自然科学基金项目(162300410321)

  • 中图分类号: TM46

Research on transient short-circuit failure analysis and finite element thermoelectric coupling model of IGBT

  • Received Date: 2018-07-06

    CLC number: TM46

  • 摘要: 针对传统热网络模型不适用于IGBT短路情况下结温测量的问题,通过现场瞬态短路破坏性试验,在分析现场瞬态短路情况下IGBT失效机理的基础上,界定了IGBT短路失效时的临界能量值,发现了临界能量值在不同初始温度和不同母线电压情况下的演化规律,并建立了有限元热电耦合模型.结果表明,随着直流母线电压、初始温度和电流密度的增加,IGBT的短路维持时间和临界能量值会大幅度减小,而IGBT发生失效的临界温度点与初始温度的大小无关;在短路过程中IGBT失效前热量的传递仅达到焊料层,且短路瞬间其结温最高点分布在耗尽层的边界处.
    1. [1]

      李武华,陈玉香,罗皓泽,等.大容量电力电子器件结温提取原理综述及展望[J].中国电机工程学报,2016,36(13):3546.

    2. [2]

      汪波,罗毅飞,张烁,等.IGBT极限功耗与热失效机理分析[J].电工技术学报,2016,31(12):135.

    3. [3]

      SONG Y,WANG B.Survey on reliability of power electronic systems[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28(1):591.

    4. [4]

      徐帅,杨欢,王田刚,等.电力电子变换器可靠性研究[J].北京交通大学学报(自然科学版),2015,39(5):125.

    5. [5]

      WU R,BLAABJERG F,WANG H,et al.Catastrophic failure and fault-tolerant design of IGBT power electronic converters-an overview[C]//IECON 2013-39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society,Vienna:IEEE,2013:507-513.

    6. [6]

      赖伟,陈民铀,冉立,等.老化实验条件下的IGBT寿命预测模型[J].电工技术学报,2016,31(24):173.

    7. [7]

      LEFEBVRE S,KHATIR Z,SAINT-EVE F,et al.Experimental behavior of single-chip IGBT and CoolMOS devices under repetitive short-circuit conditions[J].IEEE Transactions on Electron Devices,2005,52(2):2763.

    8. [8]

      汪波,胡安,唐勇,等.IGBT电压击穿特性分析[J].电工技术学报,2011,26(8):145.

    9. [9]

      窦智峰,翟朝伟,崔光照,等.IGBT现场失效短路结温测量方法研究[J].轻工学报,2017,32(4):73.

    10. [10]

      AMMOUS A,AMMOUS K,MOREL H,et al.Electro-thermal modeling of IGBTs:application to short-circuit conditions[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2000,15(4):778.

    11. [11]

      RACITI A,MUSUMECI S,CRISTALDI D.Modeling and simulation of IGBT thermal behavior during a short circuit power pulse[C]//2015 International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP),Taormina:IEEE,2015:542-547.

    12. [12]

      CLEMENTE S.Transient thermal response of power semiconductors to short power pulses[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1993,8(4):337.

    13. [13]

      唐云宇,林燎源,马皓.一种改进的并联IGBT模块瞬态电热模型[J].电工技术学报,2017,32(12):88.

    14. [14]

      唐勇,汪波,陈明.IGBT开关瞬态的温度特性与电热仿真模型[J].电工技术学报,2012,27(12):146.

    15. [15]

      SANO K,HAYASHI K,KAWAFUJI H,et al.Ultra-small compact transfer molded package for power modules[C]//200858th Electronic Components and Technology Conference,Lake Buena Vista:IEEE,2008:1832.

    1. [1]

      张伟伟姬远鹏元春波王君婷齐晓任张卫正李萌饶智 . 基于改进Mask R-CNN模型的粘连烟丝识别方法. 轻工学报, 2024, 39(5): 78-85. doi: 10.12187/2024.05.009

    2. [2]

      费致根鲁豪宋晓晓赵鑫昌郭兴肖艳秋 . 基于改进ResNet网络的烟丝输送带洁净度分类模型. 轻工学报, 2024, 39(5): 71-77. doi: 10.12187/2024.05.008

    3. [3]

      张建栋杨忠泮吴恋恋徐大勇朱萍张雯晶堵劲松 . 基于高光谱成像及机器学习的烟叶糖料液施加量判别模型. 轻工学报, 2024, 39(5): 86-94. doi: 10.12187/2024.05.010

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  12
  • 文章访问数:  1429
  • 引证文献数: 0
文章相关
  • 收稿日期:  2018-07-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索
窦智峰, 晋玉祥, 郭新飞. IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究[J]. 轻工学报, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
引用本文: 窦智峰, 晋玉祥, 郭新飞. IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究[J]. 轻工学报, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
DOU Zhifeng, JIN Yuxiang and GUO Xinfei. Research on transient short-circuit failure analysis and finite element thermoelectric coupling model of IGBT[J]. Journal of Light Industry, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012
Citation: DOU Zhifeng, JIN Yuxiang and GUO Xinfei. Research on transient short-circuit failure analysis and finite element thermoelectric coupling model of IGBT[J]. Journal of Light Industry, 2018, 33(6): 101-108. doi: 10.3969/j.issn.2096-1553.2018.06.012

IGBT瞬态短路失效分析及其有限元热电耦合模型研究

    作者简介:窦智峰(1979-),男,吉林省松原市人,郑州轻工业学院讲师,博士,主要研究方向为大、中功率电力电子器件可靠性与多电平电能变换器故障容错及其控制策略.
  • 郑州轻工业学院 电气信息工程学院, 河南 郑州 450002
基金项目:  河南省自然科学基金项目(162300410321)

摘要: 针对传统热网络模型不适用于IGBT短路情况下结温测量的问题,通过现场瞬态短路破坏性试验,在分析现场瞬态短路情况下IGBT失效机理的基础上,界定了IGBT短路失效时的临界能量值,发现了临界能量值在不同初始温度和不同母线电压情况下的演化规律,并建立了有限元热电耦合模型.结果表明,随着直流母线电压、初始温度和电流密度的增加,IGBT的短路维持时间和临界能量值会大幅度减小,而IGBT发生失效的临界温度点与初始温度的大小无关;在短路过程中IGBT失效前热量的传递仅达到焊料层,且短路瞬间其结温最高点分布在耗尽层的边界处.

English Abstract

参考文献 (15) 相关文章 (3)

目录

/

返回文章