基于虛擬儀器的IGBT老化電參量自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor-IGBT)綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn),易于驅(qū)動(dòng)、載流能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于中大功率變流器。隨著功率等級(jí)的提高,尤其在風(fēng)力發(fā)電這種環(huán)境惡劣,功率劇烈波動(dòng)的場(chǎng)合,IGBT承受較高的不平衡熱應(yīng)力,產(chǎn)生疲勞效應(yīng)或失效,將影響功率變流器的正常運(yùn)行,故其可靠性問題亟待解決。
　　為了提高IGBT模塊的可靠性,可對(duì)其當(dāng)前健康狀況進(jìn)行評(píng)估,降低故障率。研究

2、IGBT電參量與模塊老化程度關(guān)系是解決此問題的一種重要途徑。針對(duì)以往簡(jiǎn)單研究單個(gè)工作點(diǎn)下電參量的變化趨勢(shì)的不足,深入研究不同工作條件下各電參量與模塊老化程度的具體關(guān)系可為老化狀態(tài)提供更多信息。由于大多電參量對(duì)測(cè)試精度要求較高,故不同工作條件下,如何準(zhǔn)確測(cè)量并記錄老化進(jìn)程中IGBT的電參量成為研究的關(guān)鍵點(diǎn)。目前相關(guān)產(chǎn)品較少,價(jià)格昂貴,大多被國外廠家壟斷,且靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試分別需要單獨(dú)的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。國內(nèi)相關(guān)測(cè)試大部分靠人工,針對(duì)測(cè)量

3、過程中電參量種類較多、數(shù)據(jù)量較大、反復(fù)改變工作條件等問題,傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試方法具有測(cè)量結(jié)果精確度差、測(cè)量速度慢、反復(fù)性大、可擴(kuò)展性受限制等缺點(diǎn)。故本文旨在研究一套IGBT電參量自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),能同時(shí)測(cè)量靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。
　　本文首先深入研究IGBT模塊失效機(jī)理,定性分析了模塊老化失效和各電參量的關(guān)系,并根據(jù)各電參量與老化狀態(tài)的緊密程度和監(jiān)測(cè)的難易程度,選取了飽和壓降、閾值電壓、關(guān)斷時(shí)間作為主要特征量,然后依據(jù)模塊物理機(jī)理,推導(dǎo)出各

4、電參量的物理表達(dá)式,找出各特征量的外部影響因素。以容量為1200V/75A的絕緣柵雙極型晶體管為例,本文結(jié)合系統(tǒng)相關(guān)需求以及各電參量基本測(cè)試方法,制定出測(cè)試系統(tǒng)的詳細(xì)指標(biāo)以及測(cè)試方案。
　　接下來,本文討論了測(cè)試系統(tǒng)硬件和軟件問題,從測(cè)試電路原理、硬件選型等方面進(jìn)行分析、設(shè)計(jì),使測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)IGBT模塊電參量的高精度測(cè)試,并結(jié)合虛擬儀器圖形化軟件LabVIEW實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試功能。該測(cè)試系統(tǒng)不僅可以按一定規(guī)律自動(dòng)測(cè)量不同電流

5、、不同溫度下的IGBT電參量,還可以同時(shí)測(cè)量并保存多種參數(shù)以及相關(guān)波形,如飽和壓降、門極電壓、關(guān)斷時(shí)間等。
　　最后,本文通過短時(shí)間內(nèi)單個(gè)測(cè)試點(diǎn)重復(fù)性測(cè)試和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不同時(shí)間段全部工作點(diǎn)重復(fù)性測(cè)試驗(yàn)證了測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試方法相比,該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)節(jié)約了80％以上的測(cè)量時(shí)間,提高了測(cè)試精度,且開發(fā)周期短,具有一定實(shí)用價(jià)值。另外,本文還借助功率循環(huán)加速老化試驗(yàn)對(duì)IGBT模塊老化進(jìn)程中的電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析,對(duì)其