作为电力电子变流器的核心部件，IGBT功率模块广泛应用于新能源产业，对系统的安全可靠运行起了重要作用。由于经常在苛刻环境下运行，IGBT功率模块的使用寿命远不及传统应用。为了改善这一现状，设计阶段的仿真已成为可靠性的第一重保障，同时实时估算器件的结温及健康状态监测作为辅助手段共同担负提高可靠性的重任，但这些关于可靠性的关键技术均存在一定的问题。为此，本文选择从器件和封装入手，重点研究了行为建模方法提高仿真精度、新的结温估算方法和键合线健康状态监测方法，降低IGBT功率模块的失效率，提高了系统的可靠性。
　　本文首先总结了近年来新能源产业对电力电子变流器的技术需求，归纳了IGBT功率模块的关键技术研究现状及待解决的问题。
　　电路仿真是电力电子变流器设计阶段的重要技术手段，使用半导体器件的行为模型可加快仿真速度，但明显精度不足。本文提出了新的IGBT功率模块器件—封装级行为建模方法。IGBT的行为模型存在偏差有两个原因，一是静态特性中饱和工作区内不同门射极电压下集电极电流匹配精度差；二是动态特性中非线性电容数学模型的简化导致通断瞬态过程失真。本文从这两方面入手，引入校正函数优化静态特性；根据测量结果，建立准确的非线性电容数学模型。另外，二极管采用传统行为模型，即多项式函数和软度因子分别描述它的正向导通特性和反向恢复特性。电气封装和散热封装产生的寄生电感和寄生电容采用阻抗测量法提取。通过优化前后行为模型的仿真与实验结果对比，从瞬态过程、功率损耗和母线电流高频特性三个方面验证了优化后行为模型的精确性。
　　热敏电参数估算器件结温的方法得到了广泛应用，但IGBT的大部分热敏电参数均存在两个问题：由于IGBT存在正负温度系数，在临界点处静态参数存在温度盲区；动态参数敏感度低且不易测量。针对这两个问题，本文提出了以电压峰值作为热敏电参数估算器件结温的方法。通过分析IGBT关断和二极管反向恢复的瞬态过程，理论上证明了该方法的有效性并完成了实验验证。电压峰值是有着较高敏感度和精确度且存在明显特征利于测量的动态热敏电参数，对比其他经典的热敏电参数具有一定的优势。
　　键合线老化是IGBT功率模块封装失效的主要形式之一，键合线健康状态监测的技术指标存在变化不明显且易被干扰等问题。为避免引起误判，本文提出了基于电压振铃特征的键合线健康状态监测方法。通过建立IGBT关断和二极管反向恢复期间的等效电路，理论上分析了该方法的可行性并实验验证了电压超调量和振荡频率作为技术指标监测键合线健康状态的有效性。分别研究了结温和工作电流对电压超调量的影响，并以全新的IGBT功率模块作为参考，构建了电压超调量的影响函数并绘制了不同工况下的IGBT功率模块键合线的健康基准云图。设计了电压超调量在线监测电路并实验验证了该电路的有效性。
　　热管理设计是IGBT功率模块可靠运行的保障。本文针对电热耦合问题进行了初步研究，分析了温度对优化后的行为模型参数的影响并建立了用于电路仿真的Foster网络热模型。最终完成了电热耦合仿真，为IGBT功率模块的热管理设计提供参考。
　　最后对本文的工作进行了总结，简述了本文的主要贡献，并对后续工作作出展望。