一種混沌映射隨機數在IGBT驅動模塊中的應用

陳 航，馬家慶，王 霄

（貴州大學 電氣工程學院，貴陽550025）

0 引 言

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管）是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率電力電子器件，具有驅動功率小、飽和壓降低的特點，是能源轉換與傳輸的核心控制器件，其安全性與可靠性已成為電力電子技術研究領域的重點之一。據統計變流器中31%的故障是由功率模塊引發，60%以上的模塊故障是由熱疲勞引起［1］。隨著IGBT器件結溫的升高，其安全運行裕度越小。通常IGBT模塊是由不同熱膨脹系數的疊裝材料組成，IGBT模塊在大功率狀態運行下會產生大量的熱量，散熱不足時，結溫升高致使IGBT模塊主要散熱材料焊料層失效，導致IGBT模塊不能正常工作，對整個輸電網絡造成一定程度的破壞［2］。隨著絕緣柵雙極晶體管向高功率和高集成度方向發展，在高頻傳導和開合下不斷產生大量的熱，熱產生問題日益突出，對IGBT模塊內部結構優化設計，散熱屬性分析和散熱的要求越來越高［3］。因此，研究IGBT的溫升抑制方法對提高其壽命具有重大意義。

國內外學者對IGBT模塊的散熱效率進行了大量的研究工作。風力發電系統中IGBT模塊長時間工作會使焊料層疲勞失效，借助建立IGBT模塊電-熱-機械應力多物理場模型，探究了焊料層空洞大小和位置對IGBT模塊熱-機械應力的影響規律，同時對不同焊料層失效程度對溫度梯度的影響規律進行了分析，這對IGBT模塊的壽命評估具有重要意義［4］。通過建立較為準確的IGBT模塊通態損耗和開關損耗的計算方法，考慮了溫度對損耗的影響，并采用等效熱阻法推導出各點溫度，在此基礎上設計了適用的強迫風冷散熱系統［5］。……