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不同工况条件及温度分布下高压IGBT模块三维空间电荷分布特性
3D Spatial Charge Distribution Characteristics of High-Voltage IGBT Modules under Various Operating Conditions and Temperature Profiles
| 作者 | |
| 期刊 | 高电压技术 |
| 出版日期 | 2025年12月 |
| 卷/期 | 第 2025 卷 第 12 期 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | IGBT 多物理场耦合 热仿真 有限元仿真 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 |
版本:
高压IGBT模块的空间电荷分布是影响封装绝缘安全的关键因素。本文建立电-热-电荷多物理场耦合模型，揭示其三维空间电荷分布规律，验证了模型有效性；发现空间电荷峰值位于铜电极/Al2O3陶瓷/硅胶三相交界处，且受温度与导通电流显著影响。
高压IGBT模块空间电荷是影响其封装绝缘安全的主要威胁之一,空间电荷分布不仅与运行工况有关,且受内部温度分布影响较大.该文以高压IGBT模块为研究对象,建立三维双极性载流子模型,在此基础上,构建IGBT模块电-热-电荷多物理场耦合模型,获得IGBT模块空间电荷三维分布特性,计算结果与实验测量结果一致性较好,验证了所建模型的有效性.基于此,重点研究了不同工况条件、不同温度分布对IGBT模块绝缘封装空间电荷分布的影响规律,结果表明:IGBT模块空间电荷最大位置出现在铜电极、Al2O3陶瓷基板和封装硅胶三者联结点处,在封装硅胶-IGBT交界面处,温度越高,空间电荷密度越大,且导通电流大小对空间电荷最敏感.该研究为IGBT模块三维空间电荷分布计算及绝缘封装优化设计提供了理论依据.
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SunView 深度解读
该研究直接支撑阳光电源组串式逆变器、ST系列PCS及PowerTitan储能系统中高压IGBT功率模块的可靠性设计与寿命预测。IGBT模块在高温高电流工况下的空间电荷积聚易引发局部电场畸变和绝缘老化，影响产品在工商业光伏及电网侧储能场景中的长期运行安全。建议在新一代逆变器与PCS热管理设计中嵌入多物理场耦合仿真流程，优化陶瓷基板-硅胶界面材料选型与灌封工艺，并在iSolarCloud平台中增加基于电荷演化模型的IGBT健康状态预警算法。