اقتنعت تشن لى تشى قانغ، وكريم البرقوق، تيان شنغ
(كلية الهندسة الكهربائية، جامعة خبى، وتيانجين 300130، الصين)
الرابطة سلك قبالة رقاقة IGBT هو شكل شائع من الفشل، والفشل في سلك الألومنيوم الرابطة إلى حد ما يؤثر على مقاومة بوابة طائشة. سوف تغير مقاومة طائشة تسبب تغيرات في القطب البوابة الكهربائية، وبالتالي تغيير مقاومة الضالة لتوصيف البوابة إشارة عن طريق قياس التغيير، ومن ثم تحديد ما إذا كان هناك رقائق IGBT تقع قبالة الأسلاك السندات فشل الألومنيوم. يتم دراسة الضالة مقاومة الباب الكهربائي بين العلاقات الأسلاك الرابطة وخطأ، ويوفر أساسا لتحديد IGBT وحدة الألومنيوم فشل الأسلاك الرابطة.
وIGBT، الألومنيوم الأسلاك الرابطة، مقاومة الضالة
بوابة معزولة الترانزستورات ثنائية القطب (معزول بوابة الترانزستور ثنائي القطب، IGBT) أصبحت قوة عالية التردد نظام التحويل الإلكتروني واسع التيار الأكثر استخداما لجهاز أشباه الموصلات السلطة. وفقا لمسح الأجانب ، جهاز أشباه الموصلات السلطة في تحويل الإلكترونية السلطة هو الجزء الأكثر ضعفا، ونسبة الفشل 31. خلال عملية الضرر جهاز السلطة ويرجع ذلك أساسا إلى تذبذب التيار الكهربائي الناجم عن إجهاد الحراري يتسبب في الجهاز لتقلبات درجة الحرارة وتشوه الميكانيكية للمجموعة والضرر التعب المتراكم ، مما يؤدي في النهاية إلى فشل الجهاز IGBT، الألومنيوم الأسلاك الرابطة من هو الأكثر واحدة من وضع الفشل الرئيسي. وهكذا، ومراقبة أسلاك الألومنيوم السندات IGBT يخطئ في وقت مبكر الدولة الكشف، وهذا هو، هو وسيلة هامة لتحسين موثوقية عملها.
في السنوات الأخيرة، وفشل أسلاك الألمنيوم الربط المحلي والدولي، وقد تم رصد حالة الكثير من البحوث. في تحليل الفشل، أداء السقيفة الرئيسي وحدة عن طريق المحاكاة من أسلاك الألمنيوم الترابط . في ولاية الرصد، وفشل الألومنيوم الترابط الأسلاك تؤثر أولا تخطيط المناطق الداخلية من وحدة IGBT، والتي تؤثر بدورها على خصائص نهاية ، مثل الجهد التشبع، والبوابة إشارة، والجهد عتبة، والمنعطف الوقت وحتى تعكس حالة المعلمة رصد حالة الشيخوخة للجهاز. وعموما، جعلت الدراسة من حيث آليات الفشل وتقييم موثوقية الأجهزة IGBT تقدما كبيرا. الأساليب التقليدية تقييم موثوقية لها مزايا خاصة بهم، ولكن لديها أيضا حدوده. وعلى سبيل المقارنة الشاملة، والورق، وفيه إشارة تحديد باعتبارها الألومنيوم الترابط تغييرات خطأ الأسلاك IGBT ديناميكية من الجهد البوابة.
سلك الربط يؤدي قبالة حلبة يعادل الداخلية للرقاقة IGBT يتم تغيير، وسينعكس هذا التغيير في البوابة إشارة كهربائية. منذ مقاومة الضالة من الصعب قياس، فمن الممكن أن تعكس بشكل غير مباشر على تأثير الأعطال على مقاومة الضالة من خلال تغيير البوابة إشارة الجهد. وهنا تأخذ قياسها تجريبيا VGE، لتحليل التباين فشل خط الربط خلال الألومنيوم، على أساس المويجات والطاقة الكون نظرية الباب الجهد الأوقات إشارة المويجات حزمة التحلل واستخراج المعلومات المميزة، ورصد حالة IGBT وقدمت عليه.
آلية فشل والخصائص الهيكلية وحدة 1 IGBT
1.1 فشل آليات
بحث آلية فشل جهاز السلطة هي أساس تقييم حالته. الرقم 1 هو بنية الطبقات وحدة IGBT. معامل التمدد الحراري من كل مختلف المواد طبقة (CET)، بحيث عندما يتعرض وحدة لتسخين والتبريد دورة أو الصدمة الحرارية، وإجهاد في مواد مختلفة من مختلف يؤدي الأسلاك ارتباط حراري أو نسفت، مما يؤدي في النهاية إلى فشل وحدة IGBT. عندما تعمل في التيار الكهربائي أو يتجاوز الحالي مجموعة مصنفة، قد ينتج الإجهاد المفرط الكهربائية، ويزيد من فقدان الطاقة، جهاز المحموم المحلي، حتى تذوب المواد، ودائرة كهربائية قصيرة أو مفتوحة، وهذا يعني ان التوتر الكهربائي الانتقال إلى الإجهاد الحراري ، مما أدى إلى فشل رقاقة.
1 IGBT الرسم التخطيطي حزمة
بواسطة التحليل الوارد أعلاه، IGBT عملية الفشل يمكن تلخيصها على النحو التالي: خلال عملية الجهاز، العوامل مثل الإجهاد الحراري، والإجهاد الكهربائية بحيث يتم تغيير المعلمة المادية في وحدة IGBT، الحالي من خلال أسلاك الألومنيوم السندات إعادة متوسط الحالية، بحيث أنه بحلول السندات الألومنيوم بشكل فردي يتم زيادة الأسلاك الحالية للإسراع في الصمامات من الألومنيوم، وعندما أسلاك الألومنيوم السندات وعن فشل قبالة رقاقة نتيجة.
1.2 خصائص هيكل
أسلاك الألمنيوم السندات تقع قبالة يحدث فشل بعد آثار المعلمات جهاز IGBT تبتعد الشبكة بالكامل. المعلمات الدائرة بوابة الضالة من أسلاك الألمنيوم الترابط ورقاقة IGBT.
الألومنيوم سلك الترابط مع رقاقة يحتوي على المقاومة الضالة، الحث الضالة والسعة الضالة، هناك الحث المتبادل بين أسلاك الألمنيوم الترابط، لتبسيط التحليل، والحث المتبادل بين أسلاك الألومنيوم السندات لا يكاد يذكر، وهذا المعلمات ذات الصلة هي أساسا الألومنيوم الحث سلك الربط الضالة والمقاومة الضالة، على التوالي، كل سلسلة الألومنيوم طائشة محاثة ومقاومة الضالة، ترتبط parasitics IGBT رقاقة أساسا إلى السعة الضالة.
A MOSFET وIGBT رقاقة BJT قسمين، FIG. يظهر 2 هيكل داخلي نموذجي للرقاقة IGBT. MOSFET طائشة السعة المرتبطة يتألف المعلمة: البوابة - مصدر معدنة السعة CM، البوابة - السعة مصدر COXS أكسيد المعادن، بوابة - استنزاف تداخل السعة الأكسدة COXD، بوابة - استنزاف تداخل السعة من طبقة استنزاف CGDJ، بوابة - استنزاف تداخل السعة من CDSJ طبقة نضوب، حيث يتكون CM COXS CGE، وتكوين COXD مع CGDJ CGC. المعلمات المرتبطة BJT طائشة تشمل: راديو - جامع السعة إعادة توزيع CCER، قاعدة - جامع نشر السعة CEBD قاعدة - جامع السعة تبديد CEBJ، والتوصيل قاعدة التشكيل المقاوم RB.
A التكوين الداخلي النموذجي للFIG 2 IGBT رقاقة
2 الألومنيوم سلك الربط من تأثير خطأ
عوامل مثل نظرا لقوة التقلبات الناجمة عن أسلاك الألومنيوم الترابط تقع قبالة الفشل، لأول مرة يغير فيها الحث طائشة الخاصة والمقاومة الضالة. بوابة - باعث الجهد للمكثف ومحطة له علاقة مباشرة، فإن السعة النهائية الألومنيوم الترابط الأسلاك يؤثر كل ذلك، والتي بدورها تؤثر على البوابة - باعث الجهد.
سلك 2.1 الترابط قبالة القطب مقاومة طائشة على بوابة
الألومنيوم الأسلاك الرابطة متصل كهربائيا إلى مفتاح، عادة عدد قليل من بالتوازي مع ذلك، فإن كل من السلك الترابط والمقاومة الطفيلية في سلسلة مع الحث الضالة، كما هو مبين في الشكل 3. عند زيادة السلك جزء الترابط خارج، كسر أو انفتال، والحد من عدد الجذور في موازاة ذلك، الحث الضالة تعادل والضالة الألومنيوم مقاومة السلك الترابط.
FIG 3 الحث الضالة ومقاومة الطفيلية في الدائرة المكافئة
سوف الألومنيوم فشل خط السندات تؤثر أيضا على إنهاء مكثف، تيار كبير كل وحدة وحدة IGBT وعادة ما تتألف من اثنين أو أكثر بالتوازي مع رقاقة IGBT، ورقاقة IGBT 4 هي الدائرة المكافئة للبوابة. CGC وCGE هي المعالم الرئيسية التي تؤثر على الجهد البوابة، تأثير CCE يمكن تجاهلها.
FIG 4 IGBT البوابة يعادل الدائرة رقاقة
يتم احتساب CGE على النحو التالي:
حيث يمثل AGE من البولي سيليكون البوابة المعدنية مجال باعث متداخلة، dOX_GE يمثل سمك طبقة أكسيد بينهما، على التوالي، وثابت العزل الكهربائي من فراغ العزل طبقة أكسيد ثابت. الأسلاك السندات الألومنيوم تسبب كل من CGE النقصان.
حسبت ميلر السعة CGC وتكوين COXD CGDJ:
CGDJ بواسطة الصيغة يدل على قيمة VCE، وبالتالي فتح الباب خلال عابرة - جامع السعة CGC القيمة المعادلة ليست ثابتة:
حيث، AGD جزء من IGBT بوابة رقاقة MOSFET - استنزاف تداخل المجال؛ Q هي شحنة الإلكترون، NB هو تركيز المنشطات في المنطقة الأساس؛ si هو ثابت العزل الكهربائي من السيليكون. منذ AGD الأسلاك الرابطة ومقابل كل نقصان، CGDJ وCOXD النقصان، وبالتالي تقليل CGC.
من التحليل أعلاه، السلك جزء الألومنيوم الترابط قبالة تأثير المقاومة الضالة والحث الضالة ما يعادلها، تؤثر أيضا على القيم السعة المكافئة لجميع قبالة طائشة. أيضا، لأن الفرق في السعة بوابة تعادل من الألومنيوم الترابط حجم المقاومة الأسلاك، أسلاك الألمنيوم الترابط مقابل كل ذلك، السعة الضالة من التباين الجهد على بوابة المهيمنة.
2.2 الاختلاف مقاومة طائشة على الجهد الموجي بوابة
يتم تغيير وحدة IGBT النتائج أن هناك اختلافات المعلمة في بوابة الضالة الموجي اطلاق التيار الكهربائي. وVCE وVGE من IGBT يتغير عملية فتح عابرة يمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل كما هو موضح في الشكل (5):
جهاز FIG 5 IGBT تتحول عملية عابرة
المرحلة 1 (T1 < تي < T2): بوابة يبدأ الجهد VGE أن ترتفع ولكن لم تصل بعد VGE (ال)، أجهزة IGBT هي لا تزال في حالة OFF. فريق الخبراء الاستشاري والبوابة الحالية لCGDJ وقت الشحن ثابت = (رو + ر.غ) (الفريق + CGDJ). السندات الألومنيوم أجزاء خط زائفة زيادة المقاومة خطأ، وبالتالي زادت بوابة وقت صعود التيار الكهربائي، ومعدل الزيادة تباطأ، وعدم رقاقة مما أدى إلى انخفاض CGE، أي، يتم تقليل السعة بوابة الدائرة طائشة الداخلية، وهي المرة ارتفاع الجهد بوابة حفظ الصغيرة، يرتفع بشكل أسرع.
المرحلة 2 (T2 < تي < T3): يتجاوز الجهد بوابة VGE (ال)، يتم تشغيل جهاز IGBT جرا. ميلر السعة CGC غير موجودة، بحيث هضبة ميلر يبدو VGE، وCGC شحن كامل مصدر في الوقت الراهن، وبالتالي فإن مدة هضبة ميلر المتعلقة CGC. سلك الربط يؤدي كل من CGC يتم تخفيض، لذلك سيتم تقصير مدة هضبة ميلر. منصة ميلر تحتاج لالتقاط الذبذبات مع ارتفاع القرار.
المرحلة 3 (T3 < تي < T4): VCE تشبع الجهد خفضت إلى الدولة، VGE تدريجيا إلى قيمة حالة مستقرة. (3) يبين ذلك، CGC = COXD ثابت. مع المرحلة، يخطئ من الألومنيوم الترابط الأسلاك جزء VGE يرتفع تباطأ، VGE يرتفع بشكل أسرع عندما فشل رقاقة.
وخلاصة القول، المرحلتين الأولى والثالثة لها نفس التباين، في حال فشلت في الاستيلاء على هضبة ميلر، وهو الأول من ثلاث مراحل تحليل معا.
3 اختبارات تجريبية والنتائج
تسبب الجهاز IGBT فشل خط الألومنيوم السندات في محاكاة المختبر من الظروف الدراجات السلطة الفعلية وعوامل أخرى. الاختلاف في الجهد بوابة الألومنيوم سفك الأسلاك الرابطة.
FIG 6 هو الدائرة خصائص التحول الاختبار، فولت = 450 V، ارتفاع مستوى القيادة الجهد +15 V، تردد 10 كيلوهرتز، ومقاومة الحمل و3 MH، 20 ، المقاومة بوابة النمو الحقيقي = 10 ، وأخذ العينات تردد الذبذبات 1.25 GS / ثانية. قياس أسلاك الألومنيوم السندات العادية وخارج IGBT البوابة 1-6 وحدة الجذر بدوره على الجهد VGE الكهربائي، FIG. 7 هو سقوط قبالة الفشل عند حدوث بوابة الجهد الكهربائي الموجي راجع FIG العادية افتتاح والترابط أسلاك الألمنيوم.
حلبة اختبار FIG 6
وكما يتبين من الشكل، عندما ينحاز السلك الترابط الألومنيوم على رقاقة IGBT هذا هو كل فشل قبالة رقاقة، الطول الموجي VGE إلى اليسار، أي زيادة معدل الارتفاع، وعندما جزءا من الأسلاك الرابطة الألومنيوم سقوط حالا يحدث الفشل، وVGE الموجي إلى الجانب الأيمن، أي يقلل من معدل ارتفاع، ولكن وجود العديد من المعلمات الطفيلية، الموجي لا تقع مع أسلاك الألمنيوم الترابط يزيد تدريجيا عدد جذور لها وجود تحيز هبوطي ولكن الصليب. منذ هدفنا هو لا يحكم بدقة عدد قليل من أسلاك الألمنيوم الترابط من الألومنيوم الأسلاك الرابطة ولكن ما إذا كانت هناك ذرف الظاهرة، وسوف واحدة من الألومنيوم سلك الربط من تسريع الألومنيوم وغيرها من الأسلاك الرابطة تسقط، طالما رصد استثناء VGE يحدث على يجب أن يتم استبدال وحدة IGBT.
FIG الألومنيوم الأسلاك الرابطة (7) والطبيعي الموجي بوابة الجهد عند الخطأ
4 ميزة خطأ استخراج المعلومات
وليدة التغيرات الموجي أخطاء VGE قد لا يكون واضحا، وهناك بعض القيود المفروضة على الاعتراف العين البشرية، الأمر الذي يتطلب إشارة قياس تتم معالجتها وذلك لاستخراج المعلومات المفيدة أو الفشل في العثور على مختلف إشارة مميزة من التشغيل العادي للدائرة. هذا التحليل قسم المويجات جنبا إلى جنب مع الكون من المعلومات، المويجات حزمة التحلل إشارة الطاقة وكمية ميزة خطأ، التي يتم الحصول عليها الكون الطيف، والتباين الكون من قبل الجهاز IGBT لتحديد ما إذا كان فشل أسلاك الألومنيوم الترابط.
وجنبا إلى جنب المويجات تحويل والكون، المويجات الكون الطاقة إشارة، وقت الكون المويجات يمكن تعريف ومحسوبة. أجهزة IGBT هذه التغييرات VGE الشيخوخة الفشل، وهذا يعني أن الجهد ليس هو نفس الطيف الترددي، والطاقة المقابلة لكل إشارة النطاق الترددي وأيضا تغيير، وحساب من الكون الطاقة المويجات اختار هنا للتحليل.
مجموعة E = E1، E2، ...، إم، المويجات VGE الطاقة إشارة م على نطاق واسع. المويجات المتعامدة تحويل مميزة، إجمالي الطاقة في غضون فترة زمنية معينة إشارة نافذة E تساوي مجموع المكونات في Ej السلطة، شريطة PJ = في Ej / E، وpj = 1، والمويجات الكون الطاقة المقابلة محددة على النحو التالي:
PJ حيث يمثل في Ej مقياس الطاقة من نسبة من وظيفة الكلية من الطاقة، وقوة كل عنصر هو:
حيث، دي جي (ن) هو معاملات المويجات، ن هو عدد نقاط أخذ العينات. للتغلب على ارتفاع وتيرة المويجات التحلل فقرا قرار تردد في مشكلة التردد المنخفض من القرار الزماني الفقراء، والورق الدقيقة، المويجات حزمة التحلل.
المويجات الكون الطاقة ممثل إشارة لتوزيع الطاقة في جداول المويجات المختلفة. أبسط عنصر تردد إشارة، فإن أكثر تتركز الطاقة إشارة على عدد قليل من المقاييس، أصغر الكون الطاقة المويجات .
وفقا للمعادلة (5)، صيغة (6) من إشارة الجهد والمويجات حزمة تحلل النتائج الكون الطاقة الحساب التي تم الحصول عليها في الجدول رقم 1.
وكما يتبين من الجدول رقم 1، VGE الكون الطاقة حيث بلغت قيمة مميزة تميز أسلاك الألمنيوم الترابط من الفشل. عندما تتساقط سلك الألومنيوم الترابط قبالة الجذرية 1-5، يقلل من قيمة الانتروبي الطاقة VGE بنسبة 26 إلى 37، على الرغم من عدم وجود زيادة في عدد الترابط مع أسلاك الألمنيوم الجذر خطأ خفض بدقة، ولكن أيضا فيما يتعلق يحدث عادة تغييرات كبيرة، وعندما كل من سلك الربط الألومنيوم الذي يزيد من قيمة الانتروبي الطاقة 99،96 بالمقارنة مع طبيعتها تغيرت كثيرا. لذلك، لسقوط حالا حالة فشل مراقبة IGBT أسلاك الألمنيوم الترابط مع الكون الطاقة من تحليل المويجات هو ممكن، وهذه الطريقة سهلة التنفيذ واضح المعنى المادي.
5. الخاتمة
استنادا إلى تحليل تأثير عدم الترابط أسلاك الألمنيوم مقاومة الضالة والجهد على البوابة، من خلال محاكاة التجريبية من فشل خط الألومنيوم السندات والتغيير قياس بوابة الجهد، والاستنتاجات التالية:
قبل وبعد فشل خط السندات (1) ألومنيوم بوابة بدوره على التغيرات الجهد وتظهر قاعدة معينة: من جزء من أسلاك الألومنيوم الترابط منحازة VGE لخفض الاتجاه الصحيح، في الزاوية اليسرى العليا للاتجاه الموجي التحيز مقابل كل ذلك.
(2) الطاقة قيمة الانتروبي فشل خط حساب الألومنيوم السندات المويجات طاقة الكون الخوارزمية قبل وبعد تغيير قيمة خطأ بكثير من العادية نتيجة لذلك، بديهية ودقيقة، توفر أساسا لرصد حالة الجهاز IGBT.
مراجع
يانغ شاويانغ، BRYANT A، MAWBY P، وآخرون. استطلاع industrybased من الموثوقية في المحولات الإلكترونية السلطة المعاملات .IEEE للتطبيقات الصناعة، 2011،47 (3): 1441-1451.
جوناس Sjolte، Gaute Tjensvoll، تحليل مارتا Molinas.Reliability من IGBT العاكس لتحويل طاقة الأمواج مع التركيز على الدراجات الحرارية المعاملات .IEEE للتطبيقات الصناعة، 2014،1-7.
لاي وي، تشن مين اليورانيوم، ران لي، وآخرون. IGBT في ظل ظروف اختبار الشيخوخة تحليل آلية فشل الجمعية الصينية للهندسة الكهربائية، 2015 (20): 5293-5300.
خصائص درجة الحرارة تحت يو شين شينغ دومينغو، مداولات، الأسلاك الرابطة، وما إلى ذلك وحدة السلطة خطأ .IGBT إلكترونيات القوى، 2015 (2): 55-57.
Chunlei، Zhengli بينغ، هيغروميسين الجانب، الخ آثار تحليل الفشل الأسلاك الرابطة للأداء وحدة IGBT جمعية الكهربائية، 2014 (S1): 184-191.
JI B، PICKERT V، CAO W P، وآخرون al.Onboard حالة مراقبة من التعب لحام في وحدات الطاقة IGBT .IEEE الدولية onDiagnostics ندوة عن الآلات الكهربائية، الطاقة والالكترونيات محركات (سدي MPED)، 2013،9-15.
نيشاد المسار، Diganta داس، كاي غوبل، وآخرون al.Identification المعلمات السلائف فشل لبوابة معزولة الترانزستورات ثنائية القطب (IGBTs) مؤتمر .International على الإنذارات والإدارة الصحية، 2008،1-5.
وي كيكسن، دو شينغ، شيه ينلين، وآخرون al.Study من الأسلاك الرابطة آثار الفشل على إشارات قابلة للقياس الخارجية من وحدة IGBT مجلات .IEEE المجلات، 2014،14 (1): 83-89.
بحوث يانغ أسلوب التقييم على أساس قياس الجهد تشبع IGBT وضع وحدة الطاقة تشونغتشينغ: جامعة تشونغتشينغ، 2012.
أسابيع Luowei، Zhousheng تشى، Sunpeng جو طريقة تشخيص الخلل اعتمادا على تحديد المعلمة وحدة طائشة IGBT الداخلية جمعية الكهربائية، 2012 (5): 156-163.
Cengqing هو جين تاو، ليو Guanjun، تشيو جينغ. معلومات استخراج الميزات ذات الصلة على MSE التنبؤ المويجات مقرها هندسة الميكانيكية الصين، 2008 (10): 1193-1196.
مزايا العضوية في نهاية العام بعد التمديد!
