基于虛擬儀器的IGBT老化電參量自動測試系統(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,易于驅動、載流能力強,被廣泛應用于中大功率變流器。隨著功率等級的提高,尤其在風力發(fā)電這種環(huán)境惡劣,功率劇烈波動的場合,IGBT承受較高的不平衡熱應力,產生疲勞效應或失效,將影響功率變流器的正常運行,故其可靠性問題亟待解決。
　　為了提高IGBT模塊的可靠性,可對其當前健康狀況進行評估,降低故障率。研究

2、IGBT電參量與模塊老化程度關系是解決此問題的一種重要途徑。針對以往簡單研究單個工作點下電參量的變化趨勢的不足,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系可為老化狀態(tài)提供更多信息。由于大多電參量對測試精度要求較高,故不同工作條件下,如何準確測量并記錄老化進程中IGBT的電參量成為研究的關鍵點。目前相關產品較少,價格昂貴,大多被國外廠家壟斷,且靜態(tài)參數和動態(tài)參數測試分別需要單獨的設備進行測量。國內相關測試大部分靠人工,針對測量

3、過程中電參量種類較多、數據量較大、反復改變工作條件等問題,傳統(tǒng)的手動測試方法具有測量結果精確度差、測量速度慢、反復性大、可擴展性受限制等缺點。故本文旨在研究一套IGBT電參量自動測試系統(tǒng),能同時測量靜態(tài)參數和動態(tài)參數。
　　本文首先深入研究IGBT模塊失效機理,定性分析了模塊老化失效和各電參量的關系,并根據各電參量與老化狀態(tài)的緊密程度和監(jiān)測的難易程度,選取了飽和壓降、閾值電壓、關斷時間作為主要特征量,然后依據模塊物理機理,推導出各

4、電參量的物理表達式,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,本文結合系統(tǒng)相關需求以及各電參量基本測試方法,制定出測試系統(tǒng)的詳細指標以及測試方案。
　　接下來,本文討論了測試系統(tǒng)硬件和軟件問題,從測試電路原理、硬件選型等方面進行分析、設計,使測試系統(tǒng)能夠實現IGBT模塊電參量的高精度測試,并結合虛擬儀器圖形化軟件LabVIEW實現系統(tǒng)的自動測試功能。該測試系統(tǒng)不僅可以按一定規(guī)律自動測量不同電流

5、、不同溫度下的IGBT電參量,還可以同時測量并保存多種參數以及相關波形,如飽和壓降、門極電壓、關斷時間等。
　　最后,本文通過短時間內單個測試點重復性測試和長時間內不同時間段全部工作點重復性測試驗證了測試系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的手動測試方法相比,該自動測試系統(tǒng)節(jié)約了80％以上的測量時間,提高了測試精度,且開發(fā)周期短,具有一定實用價值。另外,本文還借助功率循環(huán)加速老化試驗對IGBT模塊老化進程中的電參量數據進行采集與分析,對其