欢迎光临~97超碰caoporen公开,正弦波逆变电源,电力UPS
  咨询电话:021-51095123

技术资料

逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究

逆变器厂家介绍了高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型。此模型涉及的湿度加速因子是从温湿偏置逆变器厂家实验中提取的;高压IGBT的温湿偏置逆变器厂家实验在不同的湿度和不同的电压下进行测试,目的是为了找出湿度和电压对高压IGBT寿命的影响。最终,97超碰97资源在线观看把湿度和电压对高压IGBT寿命的影响以及温度因数都集成到寿命预估模型中。通过逆变器厂家实验,97超碰97资源在线观看同时发现湿度对高压IGBT模块的寿命有很大影响。

1、引 言
在一些电力电子应用场合,不仅需要高压IGBT模块有优异的性能,还需要具有相当高的可靠性;为了满足实际需求,希望高压IGBT模块的寿命能达到30年,所以,高压IGBT模块的寿命预估非常重要。以前,尽管97超碰97资源在线观看都知道湿度会对高压IGBT模块的寿命产生很大影响,但是没有一个准确的寿命预估模型把湿度因素考虑进来。逆变器厂家持续研究湿度对高压IGBT模块可靠性的影响,从而得到新的高压IGBT模块的寿命预估模型,通过这个模型来预估高压IGBT的寿命。同时,逆变器厂家通过采用SCC(Surface Charge Control)技术开发了新一代高压IGBT模块,具有抵御高湿度的能力。

2、高湿引起高压IGBT模块
失效机理
逆变器厂家对湿度引起的失效模式进行了研究。高湿引起高压IGBT模块的失效机理详见PCIM 2015论文[2]。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究
一般来说,击穿电压会随着IGBT芯片边缘电荷量QSS的增加而降低。图1为6.5kV 高压IGBT芯片的击穿电压随着QSS变化的曲线图。高湿度工况下的失效机理如下所述。
当给集电极和发射极之间施加电压,高压IGBT内部的凝胶会被电极化,芯片的边缘会累积电荷QSS,同时,凝胶中的湿气会加速电荷的集聚,此时,其击穿电压在高湿环境下会下降。所以湿度和电压会加速IGBT模块的退化,同时温度也会加速IGBT模块的退化。
逆变器厂家通过采用新的IGBT芯片边缘技术SCC(Surface Charge Control)提高了高压IGBT模块在抵御高湿度方面的鲁棒性。
为了抑制IGBT芯片边缘电荷集聚,SCC技术采用了优化的半绝缘性材料替代传统的绝缘材料,这个半绝缘性层为集聚的载流子提供了通路,如图3所示,在高湿工况下,产生的载流子会通过半绝缘层传递出去,避免了电荷的大量集聚。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究

3、湿度影响下的寿命预估模型
C. Zorn介绍了考虑湿度、温度和电压的加速模型[1]。
公式中,αf为测试的加速因子,也就是加速(后缀为a)测试条件下MTTF(Mean Time To Failures,平均无故障时间)与参考(后缀为u)测试条件下MTTF之比。EA是活化能,在0.79eV和0.95eV之间,k为玻尔兹曼常数。指数x为相对湿度的影响,指数y为电压的影响,都是经验数据,但是必须通过实际评估来确认。97超碰97资源在线观看把此加速模型扩展到寿命预估模型中。
 其中:LTb:在参考条件下的基本寿命;
          RH[%]: 用于寿命计算的外界环境相对湿度;
T[℃]:用于寿命计算的外界环境温度;
V[V]:用于寿命计算的电压;
参考条件下的相对湿度为:RHu=75%。
参考条件下的环境温度为:Tu=25℃。
参考条件下的电压为:Vu=1500V。
相对湿度的经验影响因子为x。
电压的经验影响因子为y。
活化能EA=0.79eV。
玻尔兹曼常数k=8.62×10-5eV/K。
LT是考虑湿度、温度和电压的预估寿命,公式中的参数,LTb是参考条件下的基本寿命,与每个高压IGBT模块的结构相关,湿度加速因子πH,温度加速因子πT,电压加速因子πV,其它的参数来自加速模型。在此寿命估算模型中,活化能EA定义为最小值0.79eV。同时,参考条件,RHu=75%和Tu=25℃是东京8月份的平均环境条件。除此之外,Vu=1500V为直流网压。
4、加速因子的估算
4.1  温湿反偏逆变器厂家实验测试结果
3.3kV高压IGBT的温湿反偏逆变器厂家实验是在以下三个条件下测试:测试条件A(Ta=85℃,相对湿度=85%,VCE=2800V),测试条件B(Ta=85℃,相对湿度=95%, VCE=2800V),测试条件C(Ta=85℃,相对湿度=95%, VCE=2000V),测试结果如图4,图5和图6所示。
根据失效机理,湿度引起的失效应该在芯片的边缘区域。逆变器厂家实验过程中发生的失效点,同样在芯片的边缘,如图7所示。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究

4.2  湿度加速因子
如图4所示,在测试条件A的平均寿命为3023个小时。同样,如图5所示,在测试条件B的平均寿命为309个小时。所以,从相对湿度85%到相对湿度95%,加速因子αf_A-B通过计算为3023/309=9.78。相对湿度的经验影响因子x通过下式计算:
这里RHa_testB=95%, RHa_testA=85%, 所以上式的计算结果x=20.5。
4.3  电压加速因子
如图5所示,在测试条件B的平均寿命为309个小时。同样,如图6所示,在测试条件C的平均寿命为490个小时。所以,从电压2000V到电压2800V,加速因子αf_C-B通过计算为490/309=1.59。电压的经验影响因子y通过下式计算:
这里Va_testB=2800V, Va_testC=2000V,, 所以上式的计算结果y=1.37。

5.  3.3kV IGBT寿命预估
5.1 基本寿命时间
这里,参考条件定义为RHu=75%,Tu=25℃和Vu=1500V。通过公式(1),可以得到测试条件A中的加速因子αf_A为5.31k,测试条件B中的加速因子αf_B为52.0k,测试条件C中的加速因子αf_B为32.8k。综合这些加速因子,温湿反偏逆变器厂家实验测试A、测试B和测试C转换为如表1、表2和表3所示的参考条件。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究
以上失效点集成为图8所示的威布尔曲线图,从图中可以得到,在参考条件下F(t)=10%的寿命为1210年。同时,在此威布尔分析中,排除了最大点和最小点。所以,在参考条件下,3.3kV IGBT的寿命LTb=1210年。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究
5.2 寿命预估模型
所有参数通过温湿反偏逆变器厂家实验A、逆变器厂家实验B和逆变器厂家实验C得到确认。所以新的寿命预估模型如下:
 LTb=1210年,Tu=25℃,Vu=1500V,x=20.5,y=1.37,EA=0.79eV,k=8.62×10-5 eV/K
新的寿命预估模型仅考虑了湿度引起的失效,但是在实际运行时必须考虑除了湿度以外其它因素引起的失效。

5.3 寿命预估结果
通过以上寿命预估模型,可以预估3.3kV IGBT在不同工况下的寿命。图9展示了寿命预估结果,包含了在直流1500V下1年、30年和1000年的温度湿度矫正曲线。通过这些曲线,97超碰97资源在线观看可以看到3.3kV IGBT有足够强的抵御湿度能力。
逆变器厂家介绍高压IGBT模块在湿度影响下的寿命预估模型研究
从上图可以看出,相对湿度增加11%或者温度增加40℃,都会造成寿命从1000年减为30年,所以,相对来说,相对湿度的影响比温度影响更大。一般来说,当变流器内部升温时,绝对湿度会保持不变。如果环境条件从温度38.9℃、相对湿度83.0%变为温度42.6℃、相对湿度68.8%,但是绝对湿度值保持40g/m3,寿命会从30年增加到1000年。所以,预加热是一种非常有效的抑制湿度失效的方法。
当然,1000年的计算值仅仅是考虑湿度情况下的寿命,如果考虑上其它因素,比如温度循环寿命等,IGBT模块实际寿命在实际中并没有这么长。
同时,以上寿命预估模型是基于温湿反偏逆变器厂家实验,所以没有考虑温度快速变化的情况。特别当快速冷却会造成凝露,比高湿工况更加严酷。在实际工况中,这种温度快速变化的工况也应该考虑。为了防止凝露,同样的,预加热是一种有效的手段。

6.  结 论
逆变器厂家介绍了考虑湿度影响的寿命预估模型。通过这个模型,得到了1500V情况下的1年、30年和1000年的温度湿度矫正曲线,并且确认了3.3kV IGBT模块具有足够的抑制湿度失效的能力。
同时,逆变器厂家确定了高湿会对高压IGBT模块的寿命产生很大的影响,所以如果变流器在高湿工况下时,必须考虑湿度带来的影响。预加热是一种非常有效的抑制湿度失效的方法。

7.  参考文献
[1]Christian Zorn, Nando Kaminski, “Acceleration of Temperature Humidity Bias(THB) Testing on IGBT Modules by High Bias Levels,” 2015 IEEE
[2]N. Tanaka, et al., “Robust HVIGBT Modules Design against High Humidity,” PCIM Europe2015
[3]Shigeto Honda, Tatsuo Harada, Akito Nishii, Ze Chen, Kazuhiro Shimizu, “HighVoltage Device Edge Termination for Wide Temperature Range plus Humidity withSurface Charge Control (SCC) Technology,” ISPSD 2016.

联系97超碰97资源在线观看

CONTACT US

服务热线:021-51095123

手机/微信:13761987446

邮 箱:xuxinpower@126.com

网 址:http://www.parachicas.net

用手机扫描二维码关闭
二维码
97超碰97资源在线观看