张忻庾，向大为，钟响

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

0 引言

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种全控型电力电子器件，具有驱动简单、开关频率高、容量大等优点。IGBT作为中大功率变换器的核心器件，广泛应用于新能源发电、柔性直流输电、轨道机车牵引、电动汽车驱动以及航空航天等重要领域[1]。然而，由于IGBT通常运行在高电压、大电流以及高频高速开关的恶劣环境下，其封装结构与芯片本体往往会逐渐老化，最终导致IGBT完全失效甚至造成灾难性后果或重大经济损失与严重社会影响。研究IGBT失效机理及其特性可为IGBT健康状态监测与故障预诊断提供依据，相关工作具有重要理论意义与工程价值。

目前，国内外研究的IGBT状态监测与故障预诊断技术可大致归纳为三种方法：基于模型的方法、基于器件参数监测的方法以及基于变流器系统变量检测的方法。基于模型的方法根据器件可靠性模型，利用器件结温变化的历史过程对模块寿命进行预测。通过对器件可靠性模型进行大量研究（如Arrhenius 模型、Coffin-Manson 模型等[2]），并利用典型运行工况对器件设计寿命进行核算，Bryant、Musallam等[3-4]将该技术应用到实际运行的变流器系统中，在运行工况不断变化的条件下进行“在线”寿命预计。文献[5]通过电热仿真研究了系统运行工作点对于发电机PWM谐波以及变流器功率器件结温的影响；基于器件参数监测的预诊断方法对功率器件通态电压Vce(on)、阈值电压Vth、电流变化率di/dt等参数进行监测，一旦参数变化超过一定临界值就表明出现老化或者故障。……