【摘 要】
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电力电子系统具有能量转换效率高和可控性好的优点,已被广泛应用于航空航天、工业自动化、交通运输、可再生能源发电等领域。但是,由于工况复杂且严苛,电力电子系统的可靠性要求较高。然而,功率器件作为电力电子系统的关键单元,其对系统的安全性和可靠性起着决定性的作用。IGBT模块是一种应用最为广泛的功率器件,故本文以IGBT模块为研究对象,主要从IGBT模块组成的Buck变换器的电磁干扰信号与芯片结温和模块内
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电力电子系统具有能量转换效率高和可控性好的优点,已被广泛应用于航空航天、工业自动化、交通运输、可再生能源发电等领域。但是,由于工况复杂且严苛,电力电子系统的可靠性要求较高。然而,功率器件作为电力电子系统的关键单元,其对系统的安全性和可靠性起着决定性的作用。IGBT模块是一种应用最为广泛的功率器件,故本文以IGBT模块为研究对象,主要从IGBT模块组成的Buck变换器的电磁干扰信号与芯片结温和模块内部键合线老化程度的关系入手开展相关研究工作,具体研究内容如下:（1）分析了Buck变换器中共模电流和差模电流路径,指出了差模电流由集电极电流变化率产生的机理,详细分析了芯片结温和模块键合线老化对差模干扰的影响,说明其更适合监测模块状态。首先分析了IGBT芯片的工作原理及其特性,研究了IGBT芯片关断过程中温度对集电极电流变化速率的影响。在此基础上,对IGBT模块封装结构进行分析,阐述了键合线脱落对Buck变换器中差模干扰路径的影响,指出了结温与键合线脱落是引发差模干扰变化的两个主要因素。（2）提出了一种基于差模干扰信号幅频特征的IGBT模块键合线老化监测方法。考虑结温变化和键合线老化对差模电磁干扰信号的影响,搭建了实验测试平台,并分别在标准工况和实际工况下测量功率回路中差模干扰信号全频段峰值,并得到了基于低频段的差模干扰信号峰值监测IGBT模块内部键合线老化程度的方法。（3）提出了一种基于差模干扰信号相频特性的IGBT模块键合线老化在线监测方法。分析了IGBT芯片开关过程中的电流变化规律,研究了键合线老化程度与差模干扰信号相频特性的关系,搭建了一个差模干扰信号相角特性测量系统并实现了基于差模干扰信号相角特征的IGBT模块内部键合线老化程度的在线监测。
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