高压大功率IGBT器件可靠性探讨

电力电子技术是最为先进的电能变换技术，其高度灵活性和高效率的特点，促使其蓬勃发展。随着高压直流输电和电力机车等领域的不断发展，高压大功率IGBT器件作为其中重要的电力电子器件，其可靠性问题得到了国内外研究机构的广泛关注。标准GJB451A-2005对可靠性的定义是：“指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。”所以可以定义功率半导体器件的可靠性是：“指在一定的条件下，器件所能执行一定功能的能力。”

为给高压大功率领域可靠性设计者以及终端用户提供更多高压大功率IGBT器件的可靠性信息，在汉斯出版报社《智能电网》期刊有论文中阐述了高压大功率IGBT器件可靠性的发展与研究现状。文中对故障诊断和状态监测的研究方法进行了分析，对于寿命预测模型进行了分类总结以及优缺点对比分析。

高压大功率IGBT器件的广泛应用使得其可靠性问题越来越得到关注。本文通过了解国内外研究机构对于可靠性的研究现状，总结了故障诊断、寿命预测和状态监测这三个方向的具体研究内容，并且指出了其未来的发展趋势：

对于高压大功率IGBT器件的故障诊断，目前的研究基本都是基于特定的电路或者有限的应用场景进行的，通用性不高。IGBT器件故障诊断未来的发展应该朝着建立通用型的针对具体IGBT器件的诊断方法不断迈进，同时随着超声波扫描等各种成像仪器的不断发展，IGBT器件的故障诊断可以更多的通过直接观察的方法进行，这样可以避免故障测量值的误差带来的影响。

对于高压大功率IGBT器件的寿命预测，解析寿命预测模型未考虑具体物理过程而是利用数据拟合来进行模型的建立，通用性不高，且大部分适用于焊接式IGBT模块，适用范围有限。而物理寿命预测模型虽然考虑了物理过程但模型参数较难获得，并且IGBT器件的具体失效模式目前仍在研究过程中，通过目前可能的失效模式来建立物理寿命预测模型势必会对预测结果造成一定影响。IGBT器件寿命预测未来会向着压接型IGBT器件的方向发展，并且对于具体失效模式的研究仍会继续。

对于高压大功率IGBT器件的状态监测，基于传感器的状态监测方法对于传感器的灵敏度要求较高，基于表面端部特性的状态监测方法测量较为困难且误差较大，基于模型的状态监测方法对于模型的建立较为困难。因为目前有关IGBT器件状态监测的研究很少，所以未来的研究前景很广阔，随着各类传感器装置的不断发展，IGBT器件状态监测将会更加依赖于基于传感器的评估方法。