摘要
IGBT被广泛应用在各个领域的电力电子变流器中，IGBT的可靠性研究对于保障变流器系统安全稳定运行有着重大意义。然而，随着变流器领域对IGBT的功率等级要求增大，IGBT长期处于严峻的工作环境下，这导致各个领域对IGBT的可靠性有着更高的要求与标准。结温是影响IGBT可靠性的重要因素，因此在变流器运行过程中对结温进行监测是保证IGBT可靠性的关键技术，而在变流器运行阶段中出现的电气过应力同样会影响IGBT可靠性，因此通过IGBT模型可以对于运行阶段的电气过应力进行预测，避免电气过应力导致的故障，指导变流器设计，保障变流器安全可靠运行。 因此，本文以IGBT作为研究对象，从结温监测与行为建模对IGBT的可靠性进行了研究，具体研究如下： 首先，对IGBT静态特性进行分析得到IGBT工作区间，并得到输出特性与传输特性的表达式；同时对IGBT极间电容进行分析，得到极间电容的组成模式以及表达式；接着对典型的IGBT开通与关断波形按照物理意义进行划分，推导出不同阶段下电压与电流的变化形式以及表达式。 然后，对热网络法与温敏参数法的结温监测方法进行研究。首先结合损耗计算模型与热网络模型对IGBT结温进行了仿真计算，在相同条件下将计算结果与Plecs输出结果进行了对比分析；然后提出了一种基于特定米勒电压平台前电压Vpre-ml的温敏参数结温监测方法，首先分析了Vpre-ml不受电压与电流影响的原因，并分析了Vpre-ml与温度之间的关系，然后搭建整流器实验平台验证了电压与电流对Vpre-ml没有影响，最后在不同负载下对该方法的准确性与泛用性进行了验证。 最后，对IGBT行为建模进行了研究，建立了IGBT模块行为模型。首先引入修正公式得到IGBT静态特性较好的拟合结果，通过搭建电容提取电路获取IGBT极间电容，结合IGBT双脉冲电路波形对杂散电感进行提取；同时对IGBT反并联二极管的正向导通特性与反向恢复特性进行了分析与建模；然后介绍了温度对IGBT参数的影响与表达关系式；在相同双脉冲测试电路参数条件下，对比了在开关暂态过程中的仿真波形与实验波形，证明了模型的有效性。
NETL