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电动汽车驱动
★ 4.0
一种面向功率半导体器件的在线换流器级老化故障模式分离方法
An Online Converter-Level Wear-Out Failure Mode Separation Method for Power Semiconductor Devices
| 作者 | Yingzhou Peng · Kaichun Wang · Xing Wei · Zhikang Shuai · Huai Wang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率半导体器件 磨损模式分离 在线解决方案 寿命模型 可行性验证 |
语言:
中文摘要
引线键合功率半导体器件有两种主要的与封装相关的老化模式:键合线脱落和焊点退化。在运行的功率变换器中区分这两种老化模式非常重要,这样可以定位退化点,并分别监测老化过程。因此,这有助于实现功率半导体器件封装的优化设计以及开发更精确的寿命模型。本文重点研究功率器件运行时主要老化模式的分离问题。通过变换器级导通电压测量电路,获取功率器件输出电流 - 电压(I - V)特性曲线上的两个点,从而实现功率变换器中所有功率器件老化模式的分离。与传统方法相比,该方法是一种在线解决方案,从变换器层面来看适用于不同类型的功率器件,大大简化了实施过程。最后,通过单相逆变器案例研究验证了所提方法的可行性和有效性。
English Abstract
Wire-bonded power semiconductor devices have two main package related wear-out modes: bond-wires lift-off and solder joint degradation. It is of importance to separate them in an operating power converter, so that the degradation point can be localized and the wear-out procedures can be monitored separately. Consequently, it enables the optimization design of package and the development of more accurate lifetime model for power semiconductor devices. This article focuses on separating the main wear-out modes when power devices are in operation. It takes two points in the output I–V characteristic of power devices through a converter-level on-state voltage measurement circuit to realize the separation of wear-out modes for all power devices in a power converter. Compared with conventional methods, it is an on-line solution and applicable to different types of power device from the view of converter-level, resulting in much simplified implementation. Finally, the proposed method is demonstrated through a single-phase inverter case study to verify its feasibility and effectiveness.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项功率半导体器件在线失效模式分离技术具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中,IGBT、MOSFET等功率器件是决定系统可靠性和寿命的关键部件。该技术能够在设备运行状态下区分键合线脱落和焊层退化两种主要失效模式,这为我们实现预测性维护和精准故障定位提供了新的技术路径。
该方法的核心价值在于通过变流器级的在线导通压降测量,实时监测所有功率器件的退化状态。对于阳光电源在全球部署的数百GW光伏和储能系统而言,这意味着可以从被动的故障响应转向主动的健康管理。特别是在大型地面电站和工商业储能项目中,通过分离不同失效模式,我们能够优化功率模块的封装设计,针对性地改善薄弱环节,从而延长产品使用寿命并降低全生命周期成本。
从技术成熟度评估,该方法已在单相逆变器上得到验证,但向三相大功率系统的扩展仍需工程化开发。主要挑战包括:多器件并联时的测量精度保证、复杂工况下的信号处理算法优化,以及与现有监控系统的集成。然而,这也为阳光电源带来了差异化竞争机遇——将此技术集成到iSolarCloud等数字化平台,可构建更智能的资产管理体系,提升产品附加值。
建议将该技术纳入下一代逆变器和储能PCS的研发路线图,优先在高可靠性要求的应用场景(如海上光伏、极端气候地区)进行试点验证,同时积累数据建立更精准的器件寿命模型,强化阳光电源在系统可靠性领域的技术领先地位。