高压大功率IGBT器件是柔性直流输电技术不可或缺的功率核“芯”。随着柔性直流输电技术的发展,高压大容量压接型IGBT器件已成为柔直装备的首选功率器件。如何评估压接型IGBT的性能与可靠性,对于保障工程用IGBT的质量至关重要。现有测试方法、标准以及测试设备,都是适用焊接型或TO封装的中小功率器件,无法满足电网用高压大功率压接型IGBT的性能评估需求,亟需紧密围绕压接型IGBT器件的特点,开展成套测试评估技术研究,研制核心测试平台,实现不同封装技术路线的压接型IGBT综合性能评估。
项目由全球能源互联网研究院有限公司牵头,联合华北电力大学、重庆大学、杭州中安电子有限公司、西安精华伟业电气科技有限公司,依托国家02重大专项、国家重点研发计划等项目,深入开展压接型IGBT性能参数、可靠性和应用可靠性三个方面的测试技术研究。
(1)提出了气液混合驱动压力控制方法,实现快速无干扰测试;提出了低寄生参数优化与设计方法,提高被测器件与设备的安全性;提出多芯片分组控制的器件内部结温测量方法,实现IGBT器件内部结温分布评估;提出双面热阻同步测试方法,实现压接IGBT热阻的快速准确测量;提出“丰”字型结构的壳温多点测量方法,提高压接IGBT壳温测量的兼容性和测试效率。
(2)提出了基于漏电流的实时结温校准方法,实现高温反偏试验时压接型IGBT结温的准确测量;提出基于瞬态热阻抗补偿的结温修正方法,实现功率循环试验时压接型IGBT器件结温准确测量;提出大功率IGBT器件混合功率循环测试电路拓扑,实现不同参数、不同封装形式的器件同时功率循环试验;提出计及内部材料疲劳寿命的压接型IGBT器件寿命模型建模方法,实现不同封装结构IGBT的可靠性建模与寿命评估。
(3)提出基于等效工况的波形构建方法,快速实现器件是否满足应用要求的预评估;提出IGBT器件重复极限应力下的性能退化测试方法,实现无重复压装条件下器件的关键性能参数检测。
基于上述关键技术及研究成果,建成目前国内参数等级最高、功能最全的压接型IGBT模块测试评估平台,平台获得CNAS和CMA二合一认证,满足不同厂家不同封装结构的4500V/3000A及以下等级压接型IGBT模块的测试需求。本项目的研究成果主要应用情况:一是直接服务于国产化压接IGBT模块研制,支撑3300V/1500A、4500V/3000A系列国产化压接IGBT器件研制及工程应用;二是为工程用压接IGBT模块提供测试与分析服务,支撑张北、乌东德、白鹤滩等国家重大柔直工程建设;三是支撑国产化功率器件的自主化研发与应用,为国内器件厂商提供测试服务和测试设备。近三年来,累计为17家单位提供器件测试服务,为87家单位提供测试设备。
评价单位:“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团 (中国电工技术学会)
评价时间:2022-09-05
综合评价
高压大功率压接IGBT器件,具有电压等级高、通流容量大、双面散热等优点,是柔直换流阀、高压直流断路器等先进输电装备的首选功率器件。但现有IGBT测试标准、测试设备,只适用于焊接或TO封装的中小功率器件,不能满足高压大功率压接IGBT的性能评估需求。为了保障压接IGBT在柔直工程中的可靠应用,同时也促进国产化压接IGBT的研发,迫切需要开展压接IGBT成套测试评估技术研究和测试平台研制。
该项目深入研究压接型IGBT性能参数、可靠性以及模拟工况等试验技术,突破了压接IGBT低干扰、低寄生参数动态测试、多种状态下IGBT结温准确测量以及波形构建等核心技术,提出了国际领先的多支路混合功率循环测试拓扑和等效工况评估方法,研制出压接型IGBT动静态参数、功率循环、等效工况等关键测试设备,形成全套压接型IGBT可靠性评估方法,成功服务于张北工程、白鹤滩工程和乌东德工程,有力推动了功率半导体检测设备国产化和产业化,取得了良好的经济和社会效益。
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