方 杰,郝建红,赵 强,范杰清,董志伟

(1.华北电力大学 电气与电子工程学院,北京 102206;2.北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088)

绝缘栅双极型晶体管 (insulated gate bipolar transistor,IGBT)是由双极型三极管(bipolar junction transistor,BJT)和绝缘栅型场效应管(metal oxide semiconductor,MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,综合了BJT 和MOSFET 的优点,可在大电流与高电压条件下工作,是能源变换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车及新能源装备等领域。

近年来,我国航天科技和高压输电技术快速发展。在航空航天领域,动力及控制等系统的任务越来越多样化;在能源电力方面,分布式新能源和电网智能化的发展需求使高比例电力电子装备成为电网的新特点。作为大功率的功率半导体开关及电力电子变换器的核心器件,IGBT 应用于运载火箭和能源装备时,往往受复杂环境影响和自身结温升高的考验,非线性的工作特性使其成为电路中极易损坏的器件之一。一旦IGBT 性能衰退,就可能导致运载火箭的各种系统和输电系统出现故障,甚至造成飞行器脱离轨道和电网断电等重大事故。已有研究表明,温度每升高10℃,功率器件的失效概率就提升1倍[1]。因此,温度特性作为衡量IGBT 性能的一项重要指标,研究不同工作温度下的静态特性和开关特性是IGBT 设计和应用的一项重要工作。

目前,国内外关于IGBT 的温度特性已有大量研究[2-7]。其中,文献[2]根据IGBT 数据手册拟合出温度特性模型,针对牵引变流器中IGBT 工作温度进行……