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寿命预测

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直流锯齿波调制

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失效机理

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结温

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电阻率温度系数

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可靠性模型

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集电极电流下降率：不可控性

(10)

作者

耿嘉勇

(10)
张璇

(10)
刘清阳

(10)
曾正

(10)
胡博容

(10)
冉立

(10)
马青

(10)
张军

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沈征

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彭志高

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江希

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王小浩

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马思源

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孙鹏菊

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杜雄

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基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷监测研究会员

期刊论文

作者：龚灿 , 孙鹏菊 , 杜雄 , 王海波 , 彭英舟 , 周雒维

页码： 153 - 163

摘要

2016/01/01

11

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为了准确地评估出IGBT模块的健康水平，及时发现并更换存在缺陷的IGBT模块，提高功率变流器的可靠性，提出了一种基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷诊断方法。通过监测IGBT模块内部单个芯片等效键合线压降的变化，辨识出IGBT模块内键合线的老化状态，进而判断出IGBT模块的健康水平。实验结果表明，基于键合线压降的IGBT模块内部缺陷诊断方法能准确地辨识出模块内键合线的老化过程，与采用监测门极信号辨识模块老化状态的方法相比，所提方法不仅能辨识出单个芯片全部键合线脱落的情况，而且能辨识出部分键合线老化的情况，在辨识精度上有了很大的提高。该方法为确定合适的时机对变流器进行维护、降低系统的维护成本提供了理论依据。
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基于三相电流残差的功率管多管开路故障诊断会员

期刊论文

作者：王亚飞 , 田子思 , 葛兴来

页码： 143 - 152

摘要

2016/01/01

8

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牵引逆变器是电力牵引交流传动系统的重要组成部分，它的可靠性直接影响着机车的安全稳定运行，其主电路功率管(IGBT)是最易发生故障的部分。针对IGBT的多管开路故障，提出了一种基于三相电流残差的多管开路故障快速在线诊断方法；通过分析牵引逆变器在正常条件和各开路故障类型下的三相电流，得出了发生多管开路故障情况下的三相电流残差特征；利用控制系统中的电流给定信号重构参考三相电流与实测电流进行运算，并根据三相电流残差特征进行故障定位。最后给出了半实物实验结果，验证了该诊断方法能够快速实现IGBT单管及双管开路故障诊断，且不受闭环控制和负载扰动影响。
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基于载流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驱动器有源箝位功能分析会员

期刊论文

作者：陈玉香 , 罗皓泽 , 李武华 , 何湘宁

页码： 136 - 142

摘要

2016/01/01

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针对Trench gate/Field-Stop IGBT结构特有的关断过程中集电极电流下降率不可控问题，引入了载流子抽取模型来模拟器件关断过程中的集电极电流下降阶段器件内部载流子的动态行为特性，并以此为基础分析了驱动器为适应Trench gate/Field-Stop IGBT结构这种关断特性而引入的有源箝位功能的作用机理，验证了载流子抽取模型在器件级与电路级交互作用分析中的实用性，为后续实现器件与电路的最佳匹配奠定了基础。
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功率MOSFET寿命模型综述会员

期刊论文

作者：查晓明 , 刘悦遐 , 黄萌 , 刘懿

页码： 108 - 121

摘要

2016/01/01

9

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MOSFET是实现电力电子装置功能的核心器件，但其寿命短是制约电力电子系统可靠性的关键因素。由老化造成的MOSFET失效分为封装失效和参数漂移失效，前者由MOSFET制造工艺及材料导致的缺陷在工作环境中恶化而产生，后者为器件在使用过程中其内部微观退化机制在宏观参数的体现。对目前已有的MOSFET寿命相关的研究成果进行总结，分析了MOSFET的各类失效模式，并建立了各类失效模式下MOSFET寿命模型；并进一步总结了各类失效模式下寿命模型的失效判据及其各类寿命预测模型实验验证方法。
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电力电子系统可靠性模型综述会员

期刊论文

作者：张璇 , 耿嘉勇 , 曾德银 , 韩宗耀 , 魏涛涛 , 汪鑫

页码： 99 - 111

摘要

2016/01/01

9

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近年来，电力电子装置广泛应用于生产生活各个领域中，其可靠性日益为人们所重视，尤其随着科学技术的飞速发展，可靠性研究也亟需与时俱进。可靠性关乎产品质量，其作为产品和设备安全性的评估指标不仅涉及企业、国家的经济效益，还涉及使用者的人身安全。首先主要介绍了电力电子系统级可靠性建模的主要开展方法、步骤及常见的可靠性建模方式，其可靠性建模主要有故障分析﹑失效判据选取、可靠性模型选取、建模和定量计算评估等主要步骤，故障分析是可靠性分析的基础，通过故障分析可以得到系统的主要故障类型，并基于所选取的失效判据判断系统在各故障类型下的运行状态；然后根据系统的规模、精度要求以及应用场合选取合适的可靠性模型有利于准确评估系统的可靠性，建模后进行定量计算，得到相应的可靠性指标，由此分析总结系统的可靠性；再介绍了4种常见的系统级可靠性模型，并依次对各模型进行了分析比较，总结了4种模型的特点与适用范围；最后对研究内容进行了总结与展望。
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面向可靠性的Buck输出侧LC滤波器设计会员

期刊论文

作者：刘懿 , 黄萌 , 王怀 , 查晓明 , 宫金武 , 孙建军

页码： 93 - 98

摘要

2016/01/01

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目前Buck电路输出侧LC滤波器的设计方法为基于电压电流纹波、功率密度与成本的设计，但在可靠性要求较高的应用中，直流变换器寿命为评价直流变换系统性能的关键指标。在当前LC滤波器设计因素的基础上，从可靠性角度提出了一种LC滤波器的优化设计方法。首先研究了电感值与电容值对系统中电解电容发热的影响，再结合电解电容寿命模型，进一步分析了不同滤波器参数下的电解电容寿命，并根据电解电容寿命要求，设计了1kWBuck直流变换器可靠性较高的LC滤波器参数。最后以Matlab仿真平台与1kW Buck实验平台作为检验手段，对计算结果进行了验证。
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开关电源中电解电容寿命预测分析会员

期刊论文

作者：俞珊 , 徐志望 , 董纪清

页码： 87 - 92

摘要

2025/01/01

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在开关电源产品中，电解电容是不可或缺的关键储能与电能变换元件。然而，在高纹波电流、高温的功率变换应用场合中，相对于其他电子元器件，电解电容的寿命是最短的。因此，电解电容是制约电源产品使用寿命的关键元件。首先从电解电容的内部结构与失效机理出发，指出温度是影响电解液挥发速率的最重要影响因子，并分别分析环境温度与纹波电流对电解电容使用寿命的影响。最后，以一台240W高频开关电源样机中PFC母线电解电容为例，通过两种方式测量电容内部温升，测算的电容使用寿命满足产品整机规格要求。

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气温波动对风电变流器中功率器件寿命消耗的影响会员

期刊论文

作者：张军 , 杜雄 , 孙鹏菊 , 周雒维

页码： 80 - 86

摘要

2016/01/01

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风电变流器中功率器件承受的热载荷具有多时间尺度特性，具体可以划分为基频热载荷和低频热载荷，不同时间尺度的热载荷将导致不同的器件寿命消耗，因而需要分别进行评估。气温的随机波动会对热载荷产生影响，因此在进行器件寿命评估时应考虑气温因素。然而现有的寿命评估方法受限于结温计算方法，仅考虑风速的变化而忽略了气温波动对寿命消耗的影响。因此，基于结温数值计算方法，利用Baver寿命模型，以Lauswersoog和Valken burg两个风电场2015年的气温和风速数据为基础，评估了计及气温下功率器件的可靠性，分析了气温波动对寿命消耗的影响。结果表明，长期的气温波动会增加器件的寿命消耗，并且气温波动主要影响低频寿命消耗，而对基频寿命消耗基本没影响。
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SiC MOSFET静态性能及参数温度依赖性的实验分析及与SiIGBT的对比会员

期刊论文

作者：马青 , 冉立 , 胡博容 , 曾正 , 刘清阳

页码： 67 - 79

摘要

2016/01/01

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碳化硅SiC(silicon carbide) MOS FET作为新型的电力电子器件，具有不同于SiIGBT的电热特性，且其静态特性在宽温度范围内变化特性并不明确。以SiC MOSFET为研究对象，从器件的工作原理入手，结合Si IGBT对比，分析了其静态特性及寄生参数受温度的影响，并在-55℃至165℃准确测量了包括阈值电压、导通电阻、泄漏电流、输出特性及寄生参数在内的多个参数，实验结果符合理论分析。根据实验结果分析了各项性能参数的温度敏感性，结果表明：SiC MOSFET静态性能及参数与温度具有极强的相关性：与SiIGBT相比，温度依赖性更为明显，并且能够为器件结温测量及SiC MOSFET电力电子系统状态监测提供理论依据与实验基础。
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芯片封装参数对功率模块热特性影响的研究会员

期刊论文

作者：袁讯 , 王学梅 , 张波

页码： 58 - 66

摘要

2025/01/01

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由于温度分布不均匀以及封装中各层材料之间的热膨胀系数不同，使功率模块在工作中产生交变的热应力，造成焊层疲劳、键合线脱落等失效形式，因此研究模块的热特性尤为重要。热的测量是电力电子系统中最困难的工作之一，对封装结构进行电-热-力精确的仿真分析，能够准确了解对器件不同部位的温度、应力分布。采用基于电-热-力多物理场的有限元仿真，研究了封装材料、封装参数和封装结构对功率器件的温度、热阻、热应力这些热特性的影响，为优化封装设计，最终提高功率模块可靠性提供了一定的参考。

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2016年第6期