光伏發(fā)電系統(tǒng)IGBT壽命評(píng)估研究
丁澤祥
(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 漳州 363100)
摘 要：傳統(tǒng)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件可靠性評(píng)估常采用過電壓、過電流測(cè)試或功率循環(huán)與熱測(cè)試法，但這些方法數(shù)據(jù)獲取條件嚴(yán)苛且無法將加速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際使用壽命建立聯(lián)系。提出了一種通過 Coffin-Manson-Arrhenius 廣延指數(shù)模型將二者聯(lián)系的方法，分析了 IGBT 器件可靠性和其內(nèi)部結(jié)溫的關(guān)系，進(jìn)行功率損耗計(jì)算、電熱等效模型搭建，更精確模擬 IGBT 在實(shí)際工作中的電熱行為。依據(jù)仿真數(shù)據(jù)建立 Coffin-Manson-Arrhenius 廣延指數(shù)模型，避免了傳統(tǒng)方法中加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況脫節(jié)的問題。仿真結(jié)果表明，該研究對(duì) IGBT 器件的壽命評(píng)估準(zhǔn)確有效，為 IGBT 器件可靠性評(píng)估提供了一種新的策略，有助于提高 IGBT 器件的可靠性和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞： 絕緣柵雙極型晶體管；結(jié)溫檢測(cè)；電熱等效模型；功率損耗；壽命預(yù)測(cè)
中圖分類號(hào)：TM615 ；TN34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3175(2025)02-0032-06
Research on The Life Assessments of IGBT in Photovoltaic
Power Generation System
DING Ze-xiang
（School of Electromechanical Engineering and Automation, Xiamen University Tan Kah Kee College, Zhangzhou 363100, China）
Abstract: The reliability assessments of traditional insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices often rely on overvoltage and overcurrent testing or power cycling and thermal testing methods. While these methods require stringent data acquisition conditions and fail to establish a link between accelerated experimental data and actual service life. A method of correlating the two by a Coffin-Manson-Arrhenius extended index mode is proposed, analyzing the relationship between IGBT device reliability and its internal junction temperature, calculating power loss and building the electric thermal equivalence model. Then, more accurate simulation of IGBT electric heating behavior in actual work. Ultimately, based on simulation data, a Coffin-Manson-Arrhenius extended index model is established, circumventing the issue of disconnection between accelerated experimental results and actual situations encountered in traditional methods. Simulation results indicate that this study is accurate and effective for the life assessment of IGBT devices, offering a novel strategy for reliability assessment of IGBT devices, which contributes to enhancing the reliability and stability of IGBT devices.
Key words: insulated gate bipolar transistor; junction temperature detection; electric thermal equivalence model; power loss; life prediction
參考文獻(xiàn)
[1] 李蘇秀，劉林，張寧，等. 新型電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、要素作用、價(jià)值創(chuàng)造[J]. 新型電力系統(tǒng)，2024，2(1) ：65-77.
[2] 張思文．電磁脈沖對(duì)小型直流伺服系統(tǒng)中 IGBT 的損傷分析與等效性評(píng)估[D]．西安：西安電子科技大學(xué)，2019．
[3] 郭偉生. 基于緊湊型熱網(wǎng)絡(luò)模型的多芯片 IGBT 功率模塊結(jié)溫估算方法研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2023.
[4] 鹿靖，李游. 基于穩(wěn)態(tài)集-射極飽和電壓的 IGBT 功率模塊疲勞失效模型的研究[J] . 應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)，2024，42(6) ：1078-1088.
[5] 趙寶山，劉明，趙傳志，等. 逆變器 IGBT 功率模塊故障分析與處理[J]. 電力安全技術(shù)，2023，25(3) ：49-52.
[6] 袁娟，陳正豪，鄭連清. 基于任務(wù)剖面的光伏逆變器壽命預(yù)測(cè)研究[J]. 電器與能效管理技術(shù)，2024(9) ：1-7.
[7] 張亞. 基于任務(wù)剖面的新型功率解耦光伏并網(wǎng)逆變器可靠性研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2021.
[8] 耿學(xué)鋒，白赟澤，王廣鑫，等. IGBT 關(guān)斷時(shí)刻的應(yīng)力波測(cè)量?jī)?yōu)化及影響因素分析[J] . 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2022，37(21) ：5503-5512.
[9] 李輝，劉盛權(quán)，李洋，等. 考慮多熱源耦合的風(fēng)電變流器 IGBT 模塊結(jié)溫評(píng)估模型[J] . 電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36(2) ：51-56．
[10] ZENG Rongzhou, WU Zhenhui, LEI Shengchang, et al.A Float P-Drift and Blocking Junction LIGBT with Low Turn-Off Loss and No-Snapback[J].IEEE Access，2024，12 ：123071-123077.
