浙江大学台州研究院开展科学研究、提供科技成果转化、中试孵化、技术咨询、培训 学历教育和学术交流等服务，承担高层次研究研究性人才的培养工作。使用IGBT电子元件灌封胶固化自动化设备可节省操作人员6人，提高产能50%，实现产品固化全自动上下料，搬运过程中，模块胶水荡漾量不超过1mm，且对产品烘烤数据存储，可查询每个模块的烘烤曲线和历史数据。今天来了解下IGBT电子元件灌封胶固化自动化价格相关方面。   电子灌封胶常温可固化，主要用于常温型电子元器件灌封，汽车点火线圈和线路板保护灌封。耐热型电子元器件灌封和线路板保护灌封。有大功率电子元器件对散热导热要求较高的模块和线路板的灌封保护。有透明要求的电子元器件模块的灌封，特别使用于数码管的常温灌封。适用要求阻燃的中小型电子器件灌封及线路板保护灌封，如电容器包封，固态继电器灌封等。     电子灌封胶主要应用于变压器、高压包、整流器、电容、滤波器、驱动器、点火器、点火线圈、电源控制器、水族水泵、节电模块、LED灯饰、LED护栏灯、LED模块、负离子发生器、电子门锁、氙气灯、增光器、磁力锁、手机、电源盒、超薄电脑、游戏机、数码相机、机场跑道、电子感应模块等，起到灌封，保密，绝缘、防水防潮的作用。   设备实现大功率电力驱动IGBT元件封胶固化核心工艺环节的升级与自动化。设备设置多组机械手和多组加温固化炉，能够实现对固化工艺参数的自动调配和产品物流的自动调度。该设备价格几十万到百万不等，研究院整台设备接入车间物联网系统，具备自主监控、信息采集等智能功能。   以上是浙江大学台州研究院关于IGBT电子元件灌封胶固化自动化设备价格方面相关的一些介绍，如果您想要了解更多相关内容，或者想要咨询服务，可拨打下方联系方式：17132143682

  随着工业制造化的高速发展，许多自动化设备进入人们生活中，浙江大学台州研究院是一家专业自动化检测、自动化生产、机器人、汽车电子等检测或研究生产的公司，那你知道IGBT电子元件灌封胶固化自动化设备工作原理相关的内容，下面和小编一起来了解一下吧。   烘干固化设备是将经喷涂后的工件表面的粉末或油漆在固化烘箱或烘道内的科学温度作用下，然后经熔溶、流平、胶粘成膜等的固化过程，形成理想的、符合工件所需的的具有保护性、装饰性的优良涂层的专用设备。同时烘干固化设备是应用对流传热的原理，以热空气为载体，通过对流的方式将热量传递于工件使工件加热，或利用远红外辐射电加热使工件加热，从而达到涂膜固化、水份烘干之目的。     烘干固化设备在设计和应用过程中，本着以节约能源为基础，满足工艺要求为前提，生产制造适合各种行业的环保型烘干固化设备。烘干固化设备主要由烘干室室体、加热系统、排废系统、温度控制系统、输送系统、电气控制系统等部分。其分类按加热方式分为：对流加热烘干室、辐射加热烘干室；此外，对流加热烘干室又分为电加热、燃油加热、燃气加热、蒸汽加热、燃煤加热等。按结构分为：箱式烘干室、桥式烘干室、通过式烘干室、单行程、双行程、多行程烘干室等。   设备实现大功率电力驱动IGBT元件封胶固化核心工艺环节的升级与自动化。设备设置多组机械手和多组加温固化炉，能够实现对固化工艺参数的自动调配和产品物流的自动调度。   该自动化设备适用于电子、汽车、五金等零部件的高精度固化烘干。设备实现大功率电力驱动IGBT元件封胶固化核心工艺环节的升级与自动化。设备设置多组机械手和多组加温固化炉，能够实现对固化工艺参数的自动调配和产品物流的自动调度。 以上是浙江大学台州研究院关于IGBT电子元件灌封胶固化自动化工作原理方面相关的一些介绍，如果您想要了解更多相关内容，或者想要咨询服务，可拨打下方联系方式：17132143682

  浙江大学台州研究院为浙江大学在台州的直属机构， 是浙江大学为提升温台产业带层次，打造先进制造业基地的区域研发中心。公司开展科学研究、提供科技成果转化、中试孵化、技术咨询、培训 学历教育和学术交流等服务 承担高层次研究研究性人才的培养工作，公司生产的自动化灌封胶固化设备适用于电子、汽车、五金等零部件的高精度固化烘干，你知道IGBT电子元件灌封胶固化自动化有哪些特点吗？ 1、流平性好，适用于复杂电子配件的模压。固化后形成柔软的橡胶状，抗冲击性好，可室温以及加温固化。 2、耐热性、耐潮性、耐寒性优秀，应用后可以延长电子配件的寿命。 3、可以起到防潮、防尘、防腐蚀、防震的作用，并提高使用性能和稳定参数，其在硫化前是液体，便于灌注，使用方便。   4、良好的粘贴和绝缘性有效的敏感电路和元器件的可靠性。 5、优越的减震效果和抗冲击性能，以及绝缘性。湿度差和温度差大，在-50-50℃～+180℃环境下能持续稳定的工作。 6、户外运动时能有效的免除紫外光、臭氧、水分和化学品对电路及电子元件的不良影响，保持设备的运行稳定。在使用电子灌封胶的时候，应根据用量的需求多少，剪开胶管的尖嘴部、挤出。 7、在室温条件下可以固化。空气中的相对湿度和温度可以改变表面的固化速度，温度越高，固化快;温度低，固化慢。通常使用100ml、300ml塑胶管等，冷暗贮存。 8、黏度小，浸渗性强，可充满元件和线间。灌封料具有难燃、导热等，具有极佳的防潮、防水效果。 9、性能好，适用期长，适合大批量自动生产线作业。灌封和固化过程中，填充剂等粉体组分沉降小、不分层。 10、固化物电气性能和力学性能优异，耐热性好，对多种材料有良好的粘接性，吸水性和线膨胀系数小。   以上是浙江大学台州研究院关于IGBT电子元件灌封胶固化自动化特点方面相关的一些介绍，如果您想要了解更多相关内容，或者想要咨询服务，可拨打下方联系方式：17132143682

由于全球新冠肺炎疫情的蔓延，打乱了全球风电产业链生产节奏。意大利、德国、厄瓜多尔等主要原材料和部件产地实行“封国封城”，巴沙木等原材料以及主轴承、齿轮箱轴承、IGBT芯片等部件的进出口受限，直接影响了我国风电整机生产。业内预计，这一状况将持续到今年第二季度或第三季度。疫情就像一面放大镜，将风电产业原有的产业链“吃紧”问题进一步凸显出来，也促使风电业内更深思考：如何破解我国风电产业链的“卡脖子”问题。 供应链“吃紧”状况进一步凸显 记者从多位风电业主处证实，虽然不少风电企业复产复工、加速抢工期，但受风电部件不足及运输等影响，实际施工进度仍将落后预期。 中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩近日预测，国内疫情虽已得到有效控制，但风电产业所受影响还远未消除。陆上风电项目建设工期至少延误6个月以上，海上风电项目受施工窗口期和国际供应链制约更为严重，项目工期至少延后8-12个月。 实际上，叶片和主轴承等关键部件供应“吃紧”在疫情之前已开始显露。去年，风电存量项目加速抢装，风电行业却尚未做好产业链环节的全面应对，叶片、主轴承等部件生产商早已爆单。只是在疫情这个放大镜下，我国风电供应链短板格外凸显。 在曾兼任过华电海兴风电项目经理、中国能源建设集团北京电力建设有限公司（专业）子公司副总经理肖栋看来，疫情暴发后，我国许多风机部件的生产陷入停滞，直接导致风电供应链紧张；在疫情的影响下，劳动力流动受阻，不少零部件厂商处于“用工荒”的境地。“此外，风电物流环节复杂，涉及多省市的海运、陆运、吊装、港口卸船、滚装滚卸等环节，各地开工时间不一、生产配套、交通运输等问题必然会影响到影响风电零部件的供应。” 南高齿一位不愿具名人士向记者坦言：“订单有严格的交货期限，在疫情全球蔓延的情况下，风电部件的交付周期更长了。如今，风电部件的空运价格已经翻了三四倍。纵观全球疫情发展趋势，风电部件空运价格还会再涨，空运价格上涨必将加剧风电部件供应紧张。” 关键部件面临“卡脖子” 回顾近年风电设备国产化进程，一大批企业积极从事风电零部件的开发生产，扩大完善了生产供应体系，我国风机部件基本实现国产化。叶片、齿轮箱、发电机等部件的制造能力已接近国际先进水平，能够满足主流机型的配套需求，并开始小批量出口。轴承、变流器和控制系统的研发也取得了重大进步，并开始批量供应国内市场。塔筒、轮毂、机舱等部件的生产能力完全满足国内市场需求，并向国际市场供货。但是，主轴承、齿轮箱轴承等风电关键部件仍然受制于人，尤其是高端风电主轴承市场，长期被SKF、FAG、罗特艾德勒等跨国巨头所垄断。 “以风电主轴为例，设备研发成本较高、技术更新快，且风电设备大多工况环境恶劣，对相关设备可靠性和稳定性要求高，国内企业在该领域尚未完全突破。”一位风电项目业主人士对记者表示。 目前，风电主轴市场长期被外企占据半壁江山，大兆瓦风机配套轴承更是毫无悬念全部被外企垄断。即便是国内轴承龙头企业瓦轴集团，能够生产的最大轴承也仅为7MW。而今明两年，我国海上风电将更多安装8MW及以上机型。除了产品容量的大小之外，国产主轴与进口主轴的更大差距则在于产品的稳定性和可靠性。 在一位风电设计院专家看来，经过近几年风电行业快速发展，我国风电设备制造已经达到中高端水平，形成具有竞争力的风电装备全产业链。而由于产业转移表现出“粘性”特征，风电设备企业过于依赖现有的经济增长方式，另辟技术升级改造路径尤为艰难。这也是为什么诸多风电设备制造企业宁愿待在“舒适圈”的原因。 需要时间积累和政策扶持 如今，全球风电产业正加速向中国转移，维斯塔斯、西门子-歌美飒、GE三大跨国巨头的风电塔筒、铸件、主轴、叶片等风机供应链均已延伸至中国。这些跨国巨头的标准体系、质量管理也有助于国内配套企业进一步提升产品的稳定性和可靠性。 秦海岩对记者表示，“关键部件国产化率低不是风电产业特有的问题，是很多产业面临的共性问题。在轨道交通等其他行业，高端重载轴承、IGBT同样依赖进口，这是我们基础工业落后的表现。而改变现状需要长时间的积累，更需要相关政策支持。” 肖栋建议，国家在税收等方面给予设备企业一定程度的政策倾斜，为设备企业投融资、 研发创新、 产能扩张创造良好环境。“此外，为加快风电关键零部件国产化，一方面可与国外企业合作，成立合资企业，共同研究风电部件技术，提升风电部件生产水平；另一方面，国内风电行业的龙头企业也要形成合力，实现资源互补，共同提升风电零部件制造技术。” 受访的业内人士一致认为，短期内，设备部件高端产品依然要依赖国外企业，风电设备关键部件国产化任重道远。为不再长期受制于人，亟需解决风电关键部件国产化这块“心病”，降低对外依赖程度。 （文章来源北极星风电网）

　　摘要：电力电子电路主功率器件是电力电子电路核心组成部分，对应其故障特征参数提取技术是实现电力电子电路故障诊断及故障预测的重要技术基础，对于提高电力电子电路的可靠性非常有帮助。该文首先介绍了目前电力电子电路主功率器件的可靠性分布情况，并以失效率较高的主功率开关器件为例，着重分析了有源功率开关MOSFET和IGBT器件失效机理以及主要衰退特征。对现阶段这两种有源功率开关器件故障特征参数提取方法进行了总结分类：故障特征参数直接提取和间接提取。在此基础上，介绍了各故障特征参数提取技术的工作原理，并对这些方法进行了归纳总结，分析了各自的优势及不足，最后指出了功率开关器件故障特征参数提取的研究难点和今后的研究方向。　　现代电力电子电路因其低噪声、高效率、高功率密度等优点，广泛应用于工业、军事、航空航天等领域[1-3]，承担着电能变换、新能源发电等重要作用。随着电力电子电路日趋复杂，功率等级不断提高，特别是应用在某些重要领域如航空、航天时，对电力电子电路可靠性的要求更高。电力电子主功率器件是电力电子主功率电路的核心组成部分，现代电力电子电路大多通过对有源功率器件如功率MOSFET、IGBT等进行开关控制，以实现电能的转换。因此，现阶段对于电力电子可靠性的研究可首先通过对电路中重要功率器件进行状态监测，提取相应的故障特征参数以实现对电路中各个功率器件的故障诊断、故障预测，进而促进整个电力电子电路系统可靠性的提高。　　随着对功率器件失效原理的深入研究，以及传感器技术与信号检测技术的不断发展，要实现对电力电子功率器件的故障诊断、故障预测以及状态监测[4-7]成为了可能。其中，选择合适的故障特征参数以及相应的故障特征提取方法是上述三大技术的基础及难点；因此，针对电力电子功率器件的故障特征参数提取技术研究对于提高电力电子电路的可靠性非常关键。　　本文首先介绍了目前电力电子电路功率器件的可靠性分布状况，分析了现阶段应用广泛的有源功率器件MOSFET和IGBT器件失效原理以及主要衰退特征。然后，针对这两种有源功率器件故障特征参数提取方法的不同对其进行了系统的分类：故障特征参数直接提取和间接提取。介绍了各故障特征参数提取技术的工作原理，并对各参数提取方法进行了归纳和对比，最后指出功率器件故障特征参数提取研究的难点和今后研究发展方向。　　1电力电子电路功率器件的可靠性　　1.1功率器件的可靠性要求　　虽然随着半导体技术以及材料技术的发展，主功率器件(半导体开关与电解电容)的失效率已有所降低，然而主功率器件的失效仍然是电力电子电路失效的主要原因。图1为电力电子电路中器件失效分布图[7]，可以看出，主功率开关管失效率(包括半导体器件与焊接点失效)占了34%。根据故障引起的电路宏观性能的变化程度，可将电力电子电路故障分为灾难性故障和参数性故障[8]。灾难性故障又称硬故障，是指功率电子器件的开路或短路等严重失效而引发的电路故障类型。硬故障具有突发性，往往会导致电路功能发生急剧变化，易造成灾难性的后果，因此对硬故障进行诊断是目前电力电子电路故障诊断的研究热点。参数性故障又称软故障，是指电子器件随着性能的衰退而导致电子器件的特征参数产生偏移的故障模式。软故障具有缓变性，虽不会造成电路功能的突然丧失，但会导致系统的性能的变化，如果不对其进行有效处理，最终会演变为灾难性故障。因此，研究电力电子电路的软故障监测是提高电力电子电路可靠性的重要手段。现阶段，关于对电力电子电路软故障的研究主要集中在器件的可靠性上，主要有功率器件的寿命预测[13-15]、可靠性建模[16-18]、状态监测[7，19]几个研究方向。　　然而，无论是针对灾难性故障还是参数性故障的研究，都必须明确故障特征信号，所以故障特征提取是进行电力电子电路可要性研究的必要过程。要进行功率器件故障特征参数的提取，首先必须明确和选取合适的故障特征参数。而故障特征参数的确立，有赖于对功率器件失效原理的研究。　　1.2功率器件失效机理及衰退特征　　1.2.1功率MOSFET失效机理及衰退特征　　金属氧化物半导体场效应晶体管，简称为MOSFET，是以栅极电压来控制漏极电流的功率管。功率MOSFET具有输入阻抗高、导通电阻低、开关速度快、驱动电路简单及功率损耗小等特点，广泛应用于中小功率电能变换场合。　　图2给出了N型功率MOSFET的等效电路，3个引出极分别为源极(S)、门极(G)、漏极(D)。图2中：Rg、Rbe分别为门极电阻和寄生晶体管T1的基极–发射极电阻；Cgd、Cgs、Cds为寄生极间电容；D1为寄生二极管。功率MOSFET失效的原因主要可分为与芯片相关的失效以及与封装相关的失效两类。与芯片相关的失效原因主要有：1）电气过载；2）静电荷放电；3）寄生晶体管T1的误触发以及寄生二极管D1的反向恢复；4）电离辐射效应与热载流子效应；5）热激发。与封装相关的失效原因主要有：1）引线脱落；2）焊接层失效。实际应用中，功率MOSFET的失效通常是几个因素共同作用的结果，而衰退过程中占主导的因素只有1或2个。　　衰退特性的研究主要集中在电离辐射效应以及热载流子效应上。由于这两种微观效应会破坏氧化层晶体结构和电荷分布，随时间的积累，最终会导致器件宏观特性的改变，其主要表现有：1）阈值电压Uth漂移；2）最大线性跨导Gm减小；3）导通电阻Rdson的增大。　　1.2.2IGBT失效原理及衰退特征　　相比于功率MOSFET，IGBT具有耐压高、载流强的优点，广泛应用于中大功率电能变换场合。在IGBT功率模块里通常含有IGBT芯片和二极管芯片两种半导体硅芯片。在实际应用中，数个IGBT芯片与二极管芯片经过专门结构集成封装在一个IGBT功率模块中，并构成独立功能的换流电路，如单相或多相桥臂[26-27]。其中，半导体硅芯片负责完成换流，而封装结构则提供电气连接、绝缘、散热以及机械强度等辅助功能。在如图3所示的IGBT功率模块里即分别含有2个IGBT芯片和对应的二极管芯片，从而构成一个典型的半桥结构，其中G1、C1、E1与G2、C2、E2分别表示第一个、第二个IGBT芯片的门极、集电极、发射极。而且，各个IGBT芯片和二极管芯片通过铝质键合线相互连接，并灌胶封装成模块。　　IGBT功率模块的失效多为其(itsequivalentcircuit)内部疲劳逐渐积累，并与外部运行环境等多种因素相互作用的综合结果，相关失效模式同样可分为与芯片相关的失效(内部失效)和与封装相关的失效(外部失效)两类。其中，内部失效与IGBT器件的半导体物理特性有关，表现形式为绝缘击穿、热载流子注入和电子迁移等。这主要是由器件内部的高温和电应力所致，其中高温源自器件的非正常短路电流以及局部封装缺陷，而电应力则来源于IGBT关断时集电极电压过冲以及门极静电损伤。外部失效与IGBT器件的封装有关，表现为触点迁移、铝键合线脱落、焊料层开裂等，这主要是由IGBT内部结温波动引起的热应力所致。　　通常而言，由过电压和过电流等外部电应力造成的IGBT内部失效过程比较短，属于IGBT器件瞬态的失效，一般将其归于保护范畴，故不是IGBT器件可靠性研究关注的重点。此外，由IGBT器件老化所引起的外部失效从材料科学的角度看，是由于组成IGBT器件材料的各膨胀系数不一致和结温的波动，从而导致了器件封装铝键合线脱落和焊料层开裂。而现有资料表明，大部分IGBT器件老化失效主要以器件封装失效为主，因此，现阶段针对IGBT故障特征参数提取主要集中在由封装引起的外部失效上[28-30]，此外热载流子效应也有少量研究成果[31]。　　与功率MOSFET类似，IGBT衰退过程在电路上最明显的特征同样是门限电压Uth的升高，以及导通电阻Rdson的增大，此外IGBT导通饱和压降增大和关断时间延长也是其重要特征之一。　　归纳可知，功率开关管在衰退时通常有导通电阻增大，门限电压升高，关断时间减小，门极电流增大等特征信号。这些特征信号直接反应了功率开关管特性参数发生了变化，因而可将其称之为第一故障特征。对这些第一故障特征的提取称之为功率开关管特征参数的直接提取，该种故障特征提取方式通常需要在电路中增加额外的测量元件，以实现故障特征参数的直接提取。　　2功率开关管特征参数的直接提取　　2.1基于功率开关管导通电阻变化的故障特征参数提取　　功率器件MOSFET和IGBT的导通电阻增大是其性能衰退的重要特征之一。在功率开关管故障特征参数提取研究之初，就有研究人员提出利用导通电阻的变化实现对功率开关管性能的监测，即通过测量功率管开通时两端电压以及流过的电流，获得其导通电阻，相关算法较为简单。图4给出了功率MOSFET的导通电阻随着器件老化时间的增加(加速老化)而产生的变化百分比ΔRds(on)的波形曲线[32]，同时以导通电阻增加超过初始值5%作为功率MOSFET的失效门限。　　2.2基于功M率开关管导通压降变化的(OSFETwiththeagingtime[32])故障特征参数提取　　文献[33]提出利用IGBT导通饱和压降的变化实现对IGBT的性能检测。为了得到IGBT模块饱和导通压降随着器件老化衰退的变化趋势，可将被测试的IGBT模块置于功率循环中，然后通过对IGBT门极施加以固定的占空比信号，并同时测量和记录IGBT导通饱和压降的变化。　　IGBT导通饱和压降随着功率循环次数增加而变化的实验数据。实验数据显示，在第600000次功率循环时，IGBT模块饱和导通压降开始出现异常下降，且最终饱和导通压降幅值下降为其初始值的17%。随后，IGBT饱和压降开始上升，在第648000次功率循环时，IGBT饱和压降超过其初始压降并持续上升。　　根据上述实验结果，文献[33]进一步提出了当IGBT导通饱和压降变化范围超过正常值的±15%时，即可认为该IGBT出现严重的功能衰退。　　2.3基于功率开关管门极电流动态特性变化的故障特征参数提取　　一般来说，由于老化疲劳所引起的IGBT单体中的键合线脱落对于IGBT模块整体的寄生电感和电阻影响较为微弱。相比较而言，当IGBT模块中某一单体器件整体出现故障时(如单个IGBT芯片)对IGBT模块寄生参数则会产生较明显变化，从而可引起相应的门极驱动电流波形发生明显改变。因此，文献[34]提出利用IGBT模块门极电流的动态特性变化作为故障特征参数以实现对其进行故障监测，并为IGBT模块完全失效提供相应的预警。　　图6给出了不同内部参数发生故障时的IGBT模块开通和关断时门极电流示意图。可以看出：当IGBT单体键合线脱落时，其对门极驱动电流的影响比较微小，而当IGBT模块内部单个芯片整体失效时，门极驱动电流出现较明显变化。　　2.4基于功率开关管门极电压变化的故障特征参数提取　　图7给出了IGBT门极等效电路示意图，其中，G、S、D、C、E分别表示门极、源极、漏极、集电极、发射极。由于发射极与源极为同一电位(D≈C)，若不考虑内部寄生双极性晶体管PN结的导通压降，则漏极与集电极也为同一电位(S≈E)，因而集–射极电压与漏–源极电压近似相等。可以看出，IGBT米勒电容CGD由两部分组成，其中CGDJ为门–漏极之间的交叠耗尽层电容，COXD为门–漏极之间的交叠氧化电容。根据IGBT模块源–漏极间电压变化情况，米勒电容CGD与CGDJ以及COXD之间的关系为　　⎧COXD，UDS≤UGS　　⎪　　CGD=⎨⎪⎩CCOXDOXD+CCGDJGDJ，UDS>UGS(1)　　其中，交叠耗尽层电容CGDJ为　　qNBεsi　　CGDJ=AGD(2)　　2(UDS−UGS)　　式中：AGD为IGBT芯片中MOSFET部分门–漏极交叠面积；q为电子电荷；NB为基区的掺杂浓度；εsi为硅的介电常数。从式(1)可知，米勒电容CGD的大小与COXD和CGDJ有关。当IGBT器件参数衰退时，会使得交叠耗尽层电容CGDJ的交叠面积参数AGD发生变化，从而最终影响CGD参数。　　3功率开关管特征参数的间接提取　　3.1基于信号处理的特征参数提取　　3.1.1频率分析提取法　　从电力电子系统已有测量点获取的信号，所含的故障特征信号通常很小，尤其是电路处在参数性故障的时候。这就要求对所测的信号进行处理，以便抽取出有用的故障信息或者找出区别于电路正常工作信号的特征。信号处理就是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。基于信号处理的方法有：沃尔什变换[36]、基函数[37]、傅里叶变换、小波变换、高阶谱分析等，也可直接分析可测信号的方差、幅值、频率等特征来作为系统的故障特征参数。由于电力电子电路中包含故障信息的关键点信号通常具有周期性，故可采用傅里叶变换将周期性信号从时域转换到频域中进行分析，并从中提取故障特征。　　电力电子变换器中，电路的工作常分为几个工作模态，不同的工作模态对应不同的开关功率器件的工作，这也决定了输出电压波形的形状。因此，不同功率器件的损坏会使得输出电压波形发生不同的变化，这也意味着输出电压的频谱不一样。文献[38]采用傅里叶分析的方法实现了对三相变流器主电路的故障特征的提取，具体方法为：1）根据幅度频谱特征诊断出故障的类别；2）利用相位特征诊断出故障类中具体的故障元件。然而，对于参数性故障，输出电压并不会出现明显的变化，也就是说频谱变化不大，这就要求对谐波含量进行定量分析。　　文献[39]以控制电机的三相逆变器拓扑作为研究对象，在开关管开通关断瞬间，通过分析开关器件(IGBT)内部寄生参数与电机绕组相互作用所引起的开关管源–漏极电压的震荡幅值和频率，并从中提取高频分量信号作为判断功率管老化状态的故障特征参数。图9给出了3组功率管老化前后关断瞬间源–漏极电压波形，可见由于老化后的3组功率管内部寄生参数发生变化(寄生电阻增大)，使得在器件关断瞬间，功率管源–漏极电压谐振峰值和震荡频率出现明显下降。　　由于IGBT模块性能老化衰退会导致器件内部结温升高、关断时间延长，因此采用IGBT模块构成的三相三桥臂逆变器作为电机驱动时，一相桥臂上下功率管死区时间相对减小。故文献[40]提出利用逆变器输出电流中所含低次谐波受IGBT模块结温影响，而结温又受IGBT模块内部焊料层老化状况影响的对应关系，实现对IGBT老化情况进行监测。逆变器系统控制框图如图10所示，控制逆变器输出在目标谐波频率振荡(对于三相逆变器，可提取输出5次谐波)，从而放大目标谐波ih，而这种被制，因此可以把外环控制器产生的补偿信号v*hc作为状态监测参数间接获得IGBT内部结温的变化，并以此判断IGBT模块焊料层老化情况。　　3.1.2小波分析提取法　　傅里叶变换作为一种全局性的变换，其具有一定的局限性。小波变换是上世纪80年代后期发展起来的应用数学分支，最初由法国学者Daubechiess和Mallet引入信号处理的领域。小波变换是空间(时间)和频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号逐步多尺度细化，能自动适应时频信号分析的要求，克服了傅里叶变换窗口不能随频率变化等缺点，而且，小波分析中用到的小波函数没有唯一性。　　根据小波变换在时频两域都具有表征信号局部特征，可以使得特征矢量降维的能力。文献[41]选用Marr小波进行了4层小波分解，并最终以各层小波包分解系数的最大值作为特征来构成了故障特征矢量。小波变换中不仅小波分解的系数可以作为特征信号的选取，也可以通过计算频带信号的能量特征作为故障特征信号。文献[42]基于小波变换能量特征，并根据电力电子整流装置故障时对频带内信号的能量的影响特性，提取出故障信号能量特征作为故障分类器的输入向量。能量特征信号的提取过程为：在进行小波多尺度分解和单支重构的前提下，通过式(3)求出各频带信号的总能量；最终以能量为元素组成特征向量，作为故障特征信号，如式(4)所示。相比于直接采用小波系数作为特征信号的方法，这种方法更具有物理含义。　　N2jj　　Enk，=∑Xnk，(3)k=1　　T=[Ej，0，Ej，1，...，Ej，2j−1](4)式中：Enkj，为各频带信号的总能量；Xnkj，(n=1，2，…，　　2j−1；k=1，2，…，N)为重构信号Sj，n的离散点幅值；Ej，n为第j层n节点小波包分解数序列Sj，n的能量。　　3.1.3高阶谱分析提取法　　高阶谱又称为高阶累计量谱或者多谱[43]，其分析和处理技术是对付非线性信号和盲信号的有力工具，其具有以下优势：能抑制高斯噪声，提高信号的估计性能；能检测信号的非线性；能有效检测信号的幅值信息和相位信息。　　对于高阶谱分析而言，在实际应用中以双谱和三谱最为常用。假设{x(n)}为零均值k阶平稳随机过程，则双谱(三阶谱)的定义[44]为　　cc　　exp[j(−τωτω11+22)](5)式中c3x(τ1，τ2)为{x(n)}的3阶累积量序列，且双谱习惯上用Bx(ω1，ω2)表示。文献[45]利用双谱参数化估计具有估计方差小、分辨率高、产生目标特征参数少等特点，针对SS8机车主变流器应用ARMA模型法进行双谱分析，从测量的输出电压中进行故障特征信息的提取。　　为了更加细致地描述模式间的二次相位耦合程度，在三阶谱Bx(ω1，ω2)和功率谱(二阶谱)C2x(ω)组合起来一个函数，表达式为　　Bx(ω1，ω2)　　k2x(ωω1，2)=(6)c2x(ω1，ωωω2)c2x(1)c2x(2)　　双相干系数是归一化的双谱，反映了频率ω1和ω2在频率ω1+ω2处的相位耦合程度，对于分析时序列中模式间的非线性十分有用。双相干系数的取值范围为(0，1)，数值越接近1，表明耦合程度越高。文献[46]为了避免信号建模的复杂性，采用了非参数化估计，并采用双相干系数矩阵作为故障特征信息进行故障诊断，诊断精度达99%以上。　　3.1.4自定义函数方法　　电力电子电路现有测量点可测得的参数，虽包含故障信息，但同时也包含了大量的冗余信息，且通常情况下故障信息值很小，故障特征难以分辨。除了用以上特殊的数学分析方法之外，另一种处理问题的方法是：根据电路可测参数间的关系，通过一定的函数构造能够显著反应故障特征的新参数，并将其作为电路的故障特征参数。　　选取的电路故障特征参数往往不仅受特定故障模式的影响，而且还受电路工作条件以及其他元件参数变化的影响。输出电压是电力电子电路中核心的控制量，因此常有研究将其作为故障特征参数提取的来源。文献[47]讨论了Buck电路工作条件、元件参数(Ui为输入电压；RL为负载；Ron为MOSFET的导通电阻；ESR为滤波电容的等效串联电阻；C为滤波电容)的变化对输出电压纹波比δ(输出电压纹波幅值与直流量的比值)的影响。　　为了将变化单极性化，文中构造新的电路故障评估指标Δδ：　　Δ=δδδδ(−0)/0×100%(7)式中δ0为Buck电路初始时刻(健康时)某一工作条件下的输出电压纹波比。文中以Δδ评价Buck电路的健康状况，当其超过给定阈值时，便认为电路发生故障。　　文献[48]针对开环的Boost电路，根据元器件的变化情况及电路整体性能的退化规律，选择输出电压基准变化率ω作为电路的故障特征参数，其中输出基准变化率ω定义为　　Uout−Uout*　　ω=*×100%(8)　　Uout　　式中：U*out表示电路输入电压为Uin时，在电路元器件参数及电路工作参数均为初始值时，电路的输出平均电压；Uout表示电路输入同为Uin时，在元器件参数退化和电路工作参数变化的情况下，电路的输出平均电压。文中将ω>2%作为电路的故障判据，并基于此进行了故障预测的仿真研究。　　上述方法的本质都是通过某种方式放大电路的故障特征信号，并以此作为电路的故障特征参数。通过以上方法获得的故障特征参数只是与故障特征相关的一个因变量，通常并不具有实际的物理含义。此外，上述方法均未从原理上进行分析，且处理数据的方式较为复杂，不利于硬件实现，因而目前的大部分工作只停留在仿真的阶段。　　3.2基于系统辨识的特征参数提取　　系统辨识是根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型，是现代控制理论中的一个重要分支。通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，在预测系统的输出以及控制器的设计中已有广泛的应用[49-52]。目前，在电力电子电路故障诊断及预测领域也有少量的应用[53]。　　要进行系统辨识，必须要先获得系统的模型结构，这通常是通过先验知识获得。在获知系统的模型结构后，使用输入、输出数据通过求解算法来确定模型中的未知参数，进而获得系统有效模型。因此，系统模型结构、输入输出数据、求解算法是系统辨识的三要素。　　文献[54]针对DC/DC电路，分别建立了Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、反激及正激变换器的时域混杂系统模型。　　4结论　　随着电力电子系统可靠性问题的突出，电力电子故障诊断与预测技术已成为研究热点。电力电子主功率器件作为电力电子电路核心，其正常与否直接关系到电力电子电路安全可靠工作。因此，针对电力电子电路主功率器件的故障特征提取技术作为电力电子系统故障诊断与预测中的重要环节和技术基础，受到了国内外学者的广泛关注。　　功率器件故障特征参数提取技术作为一门新兴研究领域，涉及范围广泛，其中包含器件失效原理研究、电力电子电路精确建模、信号处理、微弱信号检测技术等。从电力电子专业角度来看，关于功率器件故障特征参数提取技术主要有以下研究重点：　　1）功率器件失效机理研究。　　功率器件失效机理研究室目前电力电子电路可靠性及故障预测的难点。器件和电路失效物理模型复杂，在各种环境应力下性能衰退机制和规律相差较大，物理模型难以确立。　　2）故障特征参数的确定。　　随着功率器件逐渐老化，其本身对电路所产生的输入输出特性也将随之退化，如何选取故障特征参数，并通过监测选定的电路特性参数获得此特征参数是现阶段研究热点之一。　　3）利用尽可能少的检测点实现对功率器件故障特征参数的提取。　　现阶段关于功率器件各种故障特征参数提取大多存在检测点较多，实际应用较为复杂等问题。检测点过多不仅增加了电路成本，同时不利于系统可靠性提高。因此，利用尽可能少的检测点，甚至直接利用电路现有检测点，如电路控制中所用的输入输出电压电流检测、散热装置温度检测等，实现对功率器件故障特征参数提取是现阶段故障特征参数提取技术一个重要的研究趋势。　　

　　摘要：碳化硅作为一种宽禁带材料，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率等优点，可以实现高压、大功率、高频、高温应用的新型功率半导体器件。该文对碳化硅功率半导体器件的最新发展进行回顾，包括碳化硅功率二极管、　　MOSFET、IGBT和晶闸管，对其在电力系统的应用现状与前景进行展望。高压大容量碳化硅功率半导体器件的迅速发展，将对电力系统的发展带来深远的影响。　　一个理想的功率半导体器件，应当具有下列理　　想的静态和动态特性：在阻断状态，能承受高电压；在导通状态，具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态和转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和du/dt，具有低的开关损耗，并具有全控功能。自从20世纪50年代硅晶闸管问世以后，功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标做出了不懈的努力，并已取得了世人瞩目的成就。早期的大功率变流器，如牵引变流器几乎都是基于晶闸管的。到了20世纪80年代中期，4.5kV的GTO得到广泛应用，并成为在接下来的十年内大功率变流器的首选器件，一直到IGBT的阻断电压达到　　3.3kV之后，这个局面才得到改变。与此同时，对　　GTO技术的进一步改进导致了IGCT的问世，它显示出比传统GTO更加显著的优点。目前的GTO开关频率大概为500Hz，由于开关性能的提高，IGCT和大功率IGBT的开通和关断损耗都相对较低，因此可以工作在(1~3)kHz的开关频率下。至2005年，以晶闸管为代表的半控型器件已达到7107W/9000V的水平，全控器件也发展到了十分高的水平。当前，功率半导体器件的水平基本稳定在109~1010WHz左右，已逼近了由于寄生二极管制约而能达到的材料极限。　　近年来现代硅基功率半导体器件的迅速发展和成熟，促使各种新型大功率电力电子装置成功地应用于各种工业电源、电机驱动、电力牵引、电能质量控制、可再生能源发电、分布式发电、国防和前沿科学技术等领域。　　众所周知，20世纪80年代末，电力系统已发展成为超高压远距离输电、跨区域联网的大系统，90年代末开始，以风电为代表的可再生能源的接入极大推动了电力系统的技术进步。社会经济和电力系统的迅速发展，人们对现代电力系统安全、稳定、高效、灵活运行控制要求的日益提高，促使现代电网的管理和运营模式正在发生深刻的变革。近十几年来，大功率半导体器件和变流技术的飞速发展，使现代高性能电力电子装置在电力系统应用中展示了强大的生命力。较之传统的电力系统控制设备而言，现代高性能电力电子装置具有一系列特点：具有变流、变频和调相能力；快速的响应性能　　(数ms)；利用极小的功率控制极大功率；可实现高精度控制(对于50~60Hz系统，器件触发相位可精确到0.1)；变流器体积小、重量轻等。因此，近年来电力电子技术在电能的发生、输送、分配和使用的全过程都得到了广泛而重要的应用，但是，与其它应用领域相比，电力系统要求电力电子装置具有更高的电压，更大的功率容量和更高的可靠性。由于在电压、功率耐量方面的限制，上述这些硅基大功率器件不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，导致装置的故障率和成本大大增加，制约了现代电力电子技术在现代电力系统中的应用。　　近年来，作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电特性，正越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要系统优势在于具有高压(达数万伏)高温(大于500℃)特性，突破了硅基功率半导体器件电压(数kV)和温度(小于150℃)限制所导致的严重系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研发出来，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在600~1700V。随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器件的道路上取得进步。随着高压碳化硅功率器件的发展，已经研发出了19.5kV的碳化硅二极管，3.1kV和4.5kV的门极可关断晶闸管(GTO)，10kV的碳化硅MOSFET和13~15kV[6-7]碳化硅IGBT等。它们的研发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统中的高压领域开辟全新的应用，对电力系统的变革产生深远的影响。　　1碳化硅电力电子器件进展简介　　1.1碳化硅材料特性　　对于单极型的功率器件，式(1)表示其材料物理局限性的机理：　　Rdrift_SP4UB2/(0rEc3)(1)式中：Rdrift_SP为器件的导通电阻；UB为器件的击穿电压；0r为介电常数；为载流子迁移率；Ec为材料的临界击穿电场。由式(1)可知，实现低的导通电阻的方法是提高材料的临界击穿电场，即选择宽禁带的半导体材料。碳化硅是典型的宽禁带半导体材　　料，4H-SiC的禁带宽度为3.26eV，远大于硅的　　1.1eV，因此碳化硅具有较高的击穿电场和较低的本征载流子浓度，使得碳化硅器件能够在高电压、高温下工作。同时，碳化硅具有较高的热导率。　　基于碳化硅材料的功率器件经过了长时间的研究，目前已经具有较高的成熟度和可靠性。2010年业界发布了6寸的碳化硅晶圆成功问世的信息，毫无疑问这将使大大降低碳化硅器件的制造成本成为可能，并为碳化硅功率器件的发展提供坚实的基础。　　1.2碳化硅功率二极管　　碳化硅功率二极管有3种类型：肖特基二极管(Schottkybarrierdiode，SBD)、PiN二极管和结势垒控制肖特基二极管(junctionbarrierSchottky，JBS)。在5kV阻断电压以下的范围，碳化硅结势垒肖特基二极管是较好的选择。JBS二极管结合了肖特基二极管所拥有的出色的开关特性和PiN结二极管所拥有的低漏电流的特点。把JBS二极管结构参数和制造工艺稍作调整就可以形成混合PiN-肖特基结二极管(mergedPiNSchottky，MPS)。由于碳化硅二极管基本工作在单极型状态下，反向恢复电荷量基本为零，可以大幅度地减少二极管反向恢复引起的自身瞬态损耗以及相关的IGBT开通瞬态损耗，非常适用于开关频率较高的电路。　　PiN结二极管在4~5kV或者以上的电压时具有优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。有文献报道阻断电压为14.9和19.5kV的超高压PiN二极管，在电流密度为100A/cm2时，其正向压降分别仅为4.4和6.5V。这种高压的PiN二极管在电力系统，特别是高压直流输电领域具有潜在的应用价值。　　1.3碳化硅MOSFET器件　　功率MOSFET具有理想的栅极绝缘特性、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性，在硅基器件中，功率MOSFET获得巨大成功。同样，碳化硅MOSFE也是最受瞩目的碳化硅功率开关器件，其最明显的优点是，驱动电路非常简单及与现有的功率器件(硅功率MOSFET和IGBT)驱动电路的兼容性。碳化硅功率MOSFET面临的两个主要挑战是栅氧层的长期可靠性问题和沟道电阻问题。　　随着碳化硅MOSFET技术的进步，高性能的碳化硅MOSFET也被研发出来，已有研究结果报道了具有较大的电压电流能力的碳化硅MOSFET器件。三菱公司报道的1.2kV碳化硅MOSFET器件的导通比电阻为5mcm2，比硅基的CoolMOS的性能指数好15~20倍。美国Cree公司报道了8.1mm8.1mm、阻断电压10kV、电流20A的碳化硅MOSFET芯片，其正向阻断特性如图3所示。通过并联这样的芯片得到的模块可以具备100A的电流传输能力。该器件在20V的栅压下的通态比电阻为127mcm2，同时具有较好的高温特性，在200℃条件下，零栅压时可以实现阻断10kV电压。　　在碳化硅MOSFET的可靠性研究方面，有研究报道了在350℃下碳化硅栅氧层具有良好的可靠性。20年以来碳化硅MOSFET栅氧层的可靠性得到明显提高。这些研究结果表明，栅氧层将有望不再是碳化硅MOSFET的一个瓶颈。　　1.4碳化硅IGBT　　由于式(1)中的理论限制，在碳化硅MOSFET器件中，其通态电阻随着阻断电压的上升而迅速增加。在高压领域，碳化硅IGBT器件将具有明显的优势。由于受到工艺技术的制约，碳化硅IGBT的起步较晚，高压碳化硅IGBT面临两个挑战：第一个挑战与碳化硅MOSFET器件相同，沟道缺陷导致的可靠性以及低电子迁移率问题；第二个挑战是N型IGBT需要P型衬底，而P型衬底的电阻率比N型衬底的电阻率高50倍。因此，1999年制成的第一个IGBT采用了P型衬底。经过多年的研发，逐步克服了P型衬底的电阻问题，2008年报道了13kV的N沟道碳化硅IGBT器件，比导通电阻达到22mcm2。对15kV的N-IGBT和MOSFET的正向导通能力做了一个比较，在结温为300K时，在芯片功耗密度为200W/cm2以下的条件下，MOSFET可以获得更大的电流密度，而在更高的功耗密度条件下，IGBT可以获得更大的电流密度。但是在结温为127℃时，IGBT在功耗密度为50W/cm2以上的条件下就能够导通比MOSFET更高的电流密度。同一年，该团队还报道了阻断电压达到12kV的P沟道碳化硅IGBT，导通比电阻达到14cm。　　新型高温高压碳化硅IGBT器件将对大功率应用，特别是电力系统的应用产生重大的影响。在15kV以上的应用领域，碳化硅IGBT综合了功耗低和开关速度快的特点，相对于碳化硅的MOSFET以及硅基的IGBT、晶闸管等器件具有显著的技术优势，特别适用于高压电力系统应用领域。　　1.5碳化硅晶闸管　　在大功率的工频开关应用中，比如高压直流输电(highvoltageDC，HVDC)、动态无功功率补偿、超大电流电解等，晶闸管以其耐压高、通态压降小、通态功耗低而具有较大优势。对碳化硅晶闸管的研究主要集中在GTO上。碳化硅门级换流晶闸管(SiCcommutatedgateturn-offthyristors，SiCGT)的研发也受到特别的关注。2006年有研究报道了面积为8mm8mm的SiCGT芯片，其导通峰值电流高达200A[11]。2010年报道了单芯片脉冲电流达到2000A的SiCGT器件。