IGBT模塊的壽命影響因素

日期：2025-07-02 03:31

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摘要：主牽引變流器需要3.3千伏或6.5千伏高壓模塊，輔助變流器所需的電壓則相對比較低，1.7千伏模塊就能滿足。它們均需要選用牽引級IGBT模塊，因為機車工作環境非常惡劣。牽引級IGBT是電子應用領域要求等級高的IGBT，對可靠性和產品生命周期的要求極高。牽引級IGBT的功率高達1千萬瓦，每個IGBT承受的高電壓可高達6.5千伏，標稱電流高達600安。牽引級高壓大功率IGBT的工作環境嚴酷，負載劇烈變化，對IGBT模塊的壽命影響很大，這就需要采用特定的技術來提高器件的溫度循環壽命和功率循環壽命。一般工業級IGBT功率模塊的...

主牽引變流器需要3.3千伏或6.5千伏高壓模塊，輔助變流器所需的電壓則相對比較低，1.7千伏模塊就能滿足。它們均需要選用牽引級IGBT模塊，因為機車工作環境非常惡劣。牽引級IGBT是電子應用領域要求等級高的IGBT，對可靠性和產品生命周期的要求極高。

牽引級IGBT的功率高達1千萬瓦，每個IGBT承受的高電壓可高達6.5千伏，標稱電流高達600安。牽引級高壓大功率IGBT的工作環境嚴酷，負載劇烈變化，對IGBT模塊的壽命影響很大，這就需要采用特定的技術來提高器件的溫度循環壽命和功率循環壽命。

一般工業級IGBT功率模塊的工作溫度為125℃，但英飛凌(Infineon)的IHM/IHV-B系列牽引級IGBT功率模塊的工作溫度比常見工業級功率模塊的工作溫度高出25℃，達到150℃。提高25℃對于IGBT有兩個好處：首先，增加了IGBT模塊的輸出功率能力，有利于提高模塊輸出功率的密度，進而使整個變流器的設計更為小巧。其次，提高牽引級IGBT的工作溫度增強了功率循環能力，從而提高模塊的可靠性和工作壽命。

“提升結溫是我們提升可用功率的一個手段，而且它是IGBT模塊封裝技術提升的結果。”英飛凌科技工業及多元化電子市場事業部工業功率市場總監Vivek Mahajan指出，IGBT的輸出電流主要受結溫限制，芯片的溫度限制了它的功率負荷。如果能夠將結溫提升就意味著IGBT可以輸出更大的電流。而實現結溫提升的方法有兩種：一是降低IGBT的飽和電壓，降低IGBT的損耗;另外一個手段就是提高模塊的焊線工藝，提升它的可靠性和功率交變能力。提高IGBT的結溫可以使客戶獲得更大的使用功率，還可以降低損耗，散熱器溫度和模塊殼溫也隨之降低了，允許模塊輸出更大的電流，同時IGBT的可靠性提升大大延長了模塊的使用壽命。”

混合動力車的動力來自內燃機和電機，一部分行駛動力從穩定工作在合適工作點的內燃機獲得，另一部分電力則從電機獲得。如果實際需要的動力比內燃機的供能小，則用多余的動力充電，通過發電機存儲在電池 ;如果需要的功率大于內燃機的功能，馬達可以和內燃機聯合共同驅動機車前進。混合動力機車采用這樣“混合雙打”方式取長補短，讓內燃機獲得合適的能效比。

混合動力車的關鍵組件是發電機和馬達驅動，而發電機和馬達驅動的關鍵是IGBT模塊。由于混合動力車的工作環境略優于軌道交通，因此可選用等級稍低的車輛級IGBT模塊。例如英飛凌的PrimePACK第四代IGBT，其高結溫為175℃。實際應用時，可通過將的位置更靠近基板螺絲固定點的方法，來有效降低基板與散熱片之間的熱阻效應，內部雜散電感與同級產品相比可降低約60%。

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