周生奇， 周雒维， 孙鹏菊， 李亚萍

(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044)

0 引言

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor－IGBT)是复合型电力电子器件，集成了电力晶体管BJT和电力MOSFET的优点，在通流能力、耐压水平、开关速度等方面具有显著的比较优势，且驱动简单，是目前发展前景最好的关键电力电子器件之一，近年来，伴随半导体制造技术的进步和变流技术的完善，IGBT的通流能力和耐压水平有了很大的提高(6.5 kV/3.6kA)，应用领域和层次也得到相应地拓展，逐渐成为一些新领域中，比如风力发电、电动汽车、舰船综合电力推进等，电力电子设备的主导功率器件［1－3］。不过，新的应用也给IGBT带来严峻的挑战［2，4］:以风力发电为例，风能变化快、预测困难，输出功率波动剧烈，导致IGBT持续经受极大的热冲击，加剧了老化进程，显著降低了运行可靠性，致使在常规应用中原本可靠的IGBT变得极其脆弱，成为了制约风力发电的瓶颈因素之一，逐渐引起国内外学者对使IGBT可靠性问题的关注［5］。近20年来，有大量的关于IGBT模块可靠性问题的成果报道，大致可归纳为两类:首先是失效机理研究，明确主要的失效原因和模式［6－8］;其次是运行过程中IGBT故障诊断［9－13］以及可靠性衰退程度评估［14－16］，提出一些寿命预测模型，在很大程度上促进了IGBT模块运行中可靠性的研究，但是由于商业化IGBT多以模块的形式密闭封装，造成与可靠性衰退相关信息的缺失，因此上述文献提出的方法和寿命模型都存在一定的局限，例如文献［14］提出以集射极饱和压降的变化作为参数评估IGBT可靠性退化程度，但集射极饱和压降在很大程度上受结温影响，而结温又很难获取，因此，文献［14］提出的方法尚需进一步完善。……