如今,IGBT功率模块广泛应用于光伏发电、风力发电、智能电网以及电动汽车等新兴行业,功率模块的可靠性问题也随之愈加受到业内人士的广泛关注。长期的热–机累积疲劳损伤易导致大功率IGBT模块的永久失效,其主要失效形式为键合线脱落和焊料层损伤,其中键合线脱落尤为常见。本篇论文从IGBT功率模块的内部物理结构入手,从本质上分析了IGBT功率模块失效的原因并证明多种物理材料的热膨胀系数差异是导致模块键合线故障的关键因素。其次,本文详细分析了饱和压降法与二极管端电压法的监测原理,并介绍了三电平NPC模块的在线监测机制。该方法建立IGBT饱和压降与结温的关系曲线和二极管端电压与结温的关系曲线,并根据曲线是否上移来判断功率模块键合线的健康状态,从而对IGBT模块键合线实现较为全面的监测。本文基于IGBT饱和压降监测法和二极管端电压监测法,结合测控系统中常用的虚拟仪器开发平台LabVIEW,设计了一种专用的即插即用型IGBT模块键合线故障监测系统,该系统分为控制模块、监测模块、调制修改模块三个部分并在每个部分之间设有即插即用接口,可用于多种不同类型IGBT模块的在线及离线监测,即插即用并可分时复用,所有监测指令由控制模块一次性发送,操作简单,应用灵活。为了验证该监测系统设计的合理性与可行性,本文用所设计的监测系统对15KW三电平NPC光伏逆变器中的IGBT模块进行了在线及离线监测实验,并得到了理想的实验结果。另外,本文所设计的监测系统可测得IGBT模块的多种电气参数,包括结温、壳温、监测电流、IGBT饱和压降等焊料层损伤监测亦需获取的参数,所以该监测系统还有望用于IGBT模块的焊料层损伤监测。