绝缘栅双极型晶体管作为功率开关器件,具有载流密度大、饱和压降低等许多优点,已广泛应用于新能源发电、高压输电等诸多关键领域中。IGBT功率模块工作环境恶劣,导致器件疲劳老化。如电流强度大、电压等级高、工作期间开关频率很高,这些都给器件的可靠性带来隐患。通过长期研究和工作的经验,大约55%的失效原因是因为器件工作时的电压、电流、开关频率较高,导致器件的结温升高,而结温升高间接加速模块的老化程度,当结温达到一定的高度时,器件的疲劳程度会呈现几何级数上升趋势,从而加速失效。因此研究IGBT功率模块结温与其寿命的关系,可以降低系统失效率,提高系统可靠性。本文以IGBT功率模块为研究对象,在模块电热建模、结温评估、寿命预测等方面展开研究。首先,简要介绍了IGBT功率模块的基本结构和运行原理,详细归纳和分析了IGBT功率模块失效原因和失效形式,将失效原因归为物理和电气两类原因。其次,根据结温测量原理,充分借鉴现有模型建立IGBT功率模块电热模型,该模型能够反映器件功率损耗与结温上升之间的关系,是一个电热耦合过程,需要建立电热联合仿真模型。本文详细讨论了如何建立IGBT功率模块的电仿真模型和热仿真模型。再次,基于MATLAB/Simulink软件,搭建起IGBT功率模块的电仿真模型、热仿真模型,仿真模块实际工作时的电热耦合过程,将电流、电压作为仿真变量,仿真得到IGBT功率模块的结温和壳温。最后,通过分析研究表明,IGBT功率模块的寿命与结温有着密切的关系,预测模块的寿命可以将结温作为变量,采用寿命预测数学模型得到模块正常工作情况下的寿命。