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基于改进双支耦合Cauer模型的逆变器中IGBT模块结温预测方法 被引量：3
1
作者 严庆 杜明星 +2 位作者 胡经纬 尹金良 董超 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期431-439,共9页
在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片... 在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片结温的影响进行分析,建立同时考虑IGBT芯片焊料层空洞损伤和芯片材料热效应的改进双支耦合Cauer模型。通过有限元方法研究不同空洞率对IGBT模块热特性的影响,并给出含有空洞时焊料层热阻的计算方法。在此基础上,进一步考虑IGBT模块芯片热参数对温度的依赖关系,建立芯片热阻-温度的函数模型。最终,通过实验验证所提改进模型的准确性和有效性,提高了IGBT模块的结温预测精度,增强了光伏发电和风电系统中逆变器的可靠性。 展开更多
关键词 逆变器 IGBT模块 结温 热物性 焊料层空洞 cauer热网络模型
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基于双分支Cauer模型的IGBT模块焊料层老化监测方法 被引量：1
2
作者 刘雪庭 杜明星 +1 位作者 马格 尹艺迪 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期336-341,共6页
以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片... 以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片结温、铜端子温度、底板温度的变化规律,准确定位焊料层老化位置,以区分芯片焊料层老化和底板焊料层老化,从而实现对不同焊料层的老化状态监测。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 状态监测 有限元分析 焊料层老化 cauer热网络模型
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IGBT模块焊料层空洞生长分析与评估方法 被引量：9
3
作者 唐圣学 马强 +2 位作者 陈冬 姚芳 王希平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期244-254,共11页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在实际工况中会受到周期性的交变电、热、机械力等多种应力作用,极易导致焊料层空洞的快速融合、生长,造成焊料层分层脱落和失效。通过进行焊料层多物理场耦合建模仿真和老化试验,研究了芯片焊料层空洞大... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在实际工况中会受到周期性的交变电、热、机械力等多种应力作用,极易导致焊料层空洞的快速融合、生长,造成焊料层分层脱落和失效。通过进行焊料层多物理场耦合建模仿真和老化试验,研究了芯片焊料层空洞大小、位置以及分布对模块结温和应力的影响;进而,提出了老化过程中焊料层空洞的生长模型,分析了模块热特性随空洞生长过程的变化规律;然后,通过研究反映空洞热阻的Cauer热网络模型及其参数提取方法,提出了利用模块热阻增加率评估焊料层空洞生长程度的方法。结果表明:在生长初期(空洞率≤5%),焊料层中心空洞对热阻、芯片结温的影响大于边缘空洞,对应力的影响则相反;在生长后期,芯片焊层空洞率大于30%、直接敷铜(DBC)衬底焊料层空洞率大于40%,不同生长模型的影响基本一致。最后通过功率循环老化、超声波检测以及结温测试,验证了结论。 展开更多
关键词 IGBT模块 空洞生长 cauer热网络模型 有限元分析
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考虑热效应的IGBT热网络模型建模方法 被引量：12
4
作者 申海东 解江 +1 位作者 吴雪珂 欧永 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期898-904,共7页
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... 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。 展开更多
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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