基于智能信息处理技术的igbt可靠性分析方法研究

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1、分类号：TM411密级：公开UDC：621.3编号：201431401077河北工业大学硕士学位论文基于智能信息处理技术的IGBT可靠性分析方法研究论文作者：李昊宇学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：李玲玲职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金(51475136)天津市科技特派员项目(16JCTPJC50700)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEA

2、RCHONIGBTRELIABILITYANALYSISMETHODBASEDONINTELLIGENTINFORMATIONPROCESSINGTECHNOLOGYByLiHaoyuSupervisor:Pro.LilinglingNovember2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51475136.andtheTianjinScienceandTechnologyCommissionerProject.No.16JCTP

3、JC50700.I摘要在过去的几十年，风力发电取得了很大的进步。目前风力发电是最具有代替传统能源发电的新能源发电的潜力。根据欧洲风能协会的报告，一个风力发电机工作3到6个月所获得的能量相当于风力发电机从制造，安装，到寿命耗尽所需要的能量。随着新能源发电的迅速发展，在新能源发电中，起到非常重要作用的IGBT模块也越来越受到人们重视。经过三十多年的发展，绝缘栅双极晶闸管(IGBT)广泛的应用于大功率场景。研究人员通过探索主动和被动的解决方案，机械结构，封装设计和控制策略来研究IGBT的可靠性问题。即使在复杂的严苛的工作环境下，I

4、GBT也要求需要具备较高的可靠性。根据工业测量研究表明，在电力转化系统中，半导体和焊接导致的故障占总体故障的34%，在所有的失效问题中，这个问题是占比最高的。因此很有必要去探讨IGBT的失效机理来提高IGBT的可靠性。论文的主要工作如下：1.在分析研究IGBT可靠性之前，对IGBT模块的结构性能进行深入了解。在MATLAB中建立IGBT特性仿真电路，包括动态特性仿真电路，静态特性仿真电路和热特性仿真电路，分析IGBT参数对IGBT特性的影响。2.随着IGBT的发展，传统IGBT可靠性已经很高。在正常工作状态下使用IGBT，直

5、到IGBT失效，如果使用这种方式来测量与IGBT寿命相关的各个参数，实验和时间成本过高。所以通过加速寿命试验缩短实验周期，降低实验和时间成本。本文分析了加速寿命试验的可行性，以NASA发布的加速寿命试验，分析IGBT故障时哪些数据明显发生变化。3.使用智能信息处理技术随机森林算法，建立IGBT封装温度的监测模型。使用NASA发布的加速寿命试验数据中的电参数以及散热片温度作为算法的输入，模块的封装温度作为算法的输出。该模型作为IGBT封装温度的状态监测模型，最后通过实验得出该模型输出的封装温度与实际封装温度的拟合度R值，R值在

6、可接受范围，说明算法对封装温度的拟合较好。4.以大批量的IGBT数据为基础，研究IGBT在某个时间段的失效率。分别使用随机森林算法和改进后的随进森林算法对IGBT在某个时间段的失效率进行拟合，通过对比得出改进的随机森林算法对IGBT的失效率拟合较好。关键字：绝缘栅双极晶闸管可靠性分析方法故障预测加速老化IIIABSTRACTInthepastdecades,windpowerhasmadegreatprogress.Atpresent,windpowergenerationisthemostprobablynewenergy

7、sourcestoreplacetraditionalenergysources.AccordingtotheEuropeanWindEnergyAssociationreport,Awindturbineworks3to6monthstoobtaintheenergyequivalenttothemanufacturing,installation,andtheenergyrequiredtorunoutofthewindturbine.Withtherapiddevelopmentofnewenergypowergene

8、ration,theIGBTmodule,whichplaysaveryimportantroleinthegenerationofnewenergy,hasbeenpaidmoreandmoreattentionbypeople.Aftermorethanthirtyyearsofdev