基于半直接耦合的压接型IGBT模块功率循环仿真方法

李岩，侯婷，何智鹏，姬煜轲

(直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院)，广州 510663)

0 引言

压接型IGBT模块由于具有高耐压、大额定电流、失效后短接电路等特点，逐渐取代了传统焊接型IGBT模块成为市场应用的主流[1]。随着我国近年来大容量柔性直流项目的大量开展，压接型IGBT模块的市场份额得到进一步提高。

随着压接型IGBT模块的大规模应用，其可靠性研究以及寿命预测逐渐得到了学者的关注。功率循环实验是建立电力电子器件寿命模型并研究其失效机理的重要实验方法[2]。虽然功率循环实验通过设置相较于实际工况更高的运行结温和更大的温度波动范围以达到加速器件失效的效果，然而由于疲劳积累过程缓慢，该实验依然对时间和电能存在巨大消耗。重庆大学陈民釉团队得到的实验数据显示，对某型号额定电流50 A的压接型IGBT模块进行功率循环试验时，结温波动范围为30 ℃到140 ℃，在6 000次循环后才出现失效[3]。此外，由于压接型IGBT模块在功率循环过程中存在温度梯度，因此器件结温与壳温测量点的选择对于器件可靠性评估和寿命预测有着比较大的影响。因此，建立一种高效便捷的功率循环仿真方法，对有效解决这一问题具有重要意义。

有限元分析(finite element analysis, FEA)是指把一种实际中的连续的物体模型划分为有限个单元，另外存在着有限个节点把这些单元相互连接起来对各节点进行计算的算法[4]。该算法可以适用于三维物体多物理场行为的描述。……