凸台式与弹簧式压接型IGBT器件的对比研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxun416
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柔性直流输电技术的不断发展对应用在柔性直流输电系统中的IGBT器件提出了更多的要求。压接型IGBT器件因符合柔性直流输电系统等领域高电压、大电流以及高功率密度的发展需求而得到重视,尤其是其易于串联的特性使得它非常适用于高压应用领域。目前以WESTCODE、TOSHIBA公司为代表的凸台式封装结构和以ABB公司为代表的弹簧式封装结构的两种压接型IGBT器件已成功应用到柔性直流输电工程中。我国压接型IGBT器件研究起步晚,目前针对压接型IGBT器件内部压力温度分布及疲劳寿命等的研究并不多,且由于ABB对弹簧式结构的专利封锁,其他所有厂家的封装形式均为凸台式,已有研究多集中在凸台接触式压接型IGBT上,并没有针对弹簧式压接型IGBT器件进行过深入研究,仅ABB公司发布了一些针对其公司产品的说明介绍。而弹簧式结构与凸台式结构有很大不同,其内部压力温度分布特点及疲劳寿命情况均尚不明确,对比研究这两种不同压接结构器件的压力温度及疲劳特征可以进一步明确两种结构的优缺点,有助于器件结构设计的优化,具有重要现实意义及研究必要性。本文基于有限元法建立了两种压接型IGBT器件的有限元仿真模型,分别针对器件稳态(正常加压未工作和正常工作状态)、功率循环瞬态及疲劳几种不同工况对比分析了器件内部的压力温度分布。仿真结果表明,稳态下两种结构的压接型IGBT器件在正常加压状态下压力分布均比较均匀,由于弹簧结构的存在使得弹簧式压接型IGBT器件在正常工作状态下压力分布更为均匀;功率循环工况下由于凸台式结构实现双面散热其散热效果优于弹簧式的单面散热故凸台式压接型IGBT器件芯片结温稍低,而弹簧式压接型IGBT器件由于碟簧的作用其内部压力分布更为均匀,整体疲劳寿命也更长。最后本文基于仿真分析结果,对压接型IGBT器件的结构优化提出了可能的解决方案。
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