肖 飞，马伟明，罗毅飞，刘宾礼，贾英杰，李 鑫

(海军工程大学 舰船综合电力技术国防科技重点实验室， 湖北 武汉 430033)

现代大容量电力电子装置和系统是一种多时间尺度的电力电子混杂系统，其中，全控型电力电子器件——绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是实现高性能电能变换与控制的核心部件，它一方面可以保证电能变换装置具有良好的动、静态性能，另一方面可以降低整个装置的体积、成本、噪音和减少维护等。IGBT综合了金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)和双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)的结构，具有驱动简单、功率等级高、功耗小、热稳定性好等优点，被广泛应用于各种中、大功率电力电子装置中。

电力电子器件及其组合混杂系统包含各种不同时间尺度运行的器部件，其工作状态、机理描述以及电、磁、热等特性均表现出复杂的动力学行为。既有单个器件的开关瞬态载流子运动的纳秒级过程，又有组合开关的微秒级过程，同时也有贯穿始终的热传递过程；既有器件内部物理关系，又有器件与其他连接部件及其组合之间的耦合关系。目前的电力电子混杂系统装置应用设计中大多还未考虑多时间尺度下核心功率半导体器件瞬态动力学特性及其耦合关系，遵循的是静态或准静态设计准则与方法，难以实现系统的精确设计，无法保证全工作边界内系统的性能与安全，难以克服经济性与可靠性之间的矛盾。因此，迫切需要查明电力电子器件及其组合混杂系统多时间尺度的动力学表征方法，为电力电子装置的精确、可靠设计提供器件层面的支撑。……