随着电力电子技术的飞速发展,电力电子系统已经被普遍应用于多个领域,如:新能源发电、电动汽车、船舶制造、航空航天。在这些领域中,电力电子系统承担着电能变换的重要任务,这就对整个系统的可靠性有了更高的要求。其中,绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为被广泛使用的一种半导体器件,在电力电子系统中扮演着十分重要的角色。IGBT模块的通态压降是指在导通条件下集电极-发射极两端电压的数值,它是一个热敏电参数,可以用于模块结温的测量。此外,键合线和焊料层的老化都会对模块的通态压降产生影响。使用合理的策略,可以通过监测通态压降的异常完成对IGBT模块的老化诊断。本文以IGBT模块为研究对象,完成了其通态压降的建模和计算,并基于此模型提出了模块的状态诊断策略,具体研究内容如下:(1)提出了IGBT模块的通态压降分离策略。从IGBT模块的物理结构和导通机理入手,分析模块导通的阈值电压以及通态下载流子的运动形式。研究通态压降的组成成分,从理论的角度提出IGBT模块的通态压降分离策略。从实验的角度出发,探究分离方法的可行性,给出通态压降各个组成成分的测量和提取方法,建立通态压降的计算模型。(2)分析了IGBT模块通态压降各个组成成分的影响因素。重点研究了结温和老化对IGBT模块通态压降的影响。基于提出的IGBT模块通态压降分离策略,分别研究集电极-发射极阈值电压、芯片通态电压、封装电压与结温的关系。建立不同通态压降成分与结温的关系,更新通态压降的计算模型,实现IGBT模块通态压降的在线测量。研究IGBT模块的老化机理,分析不同老化形式对通态压降的作用形式,探究通过检测通态压降实现IGBT模块老化诊断的可行性。(3)给出了基于通态压降分离模型的IGBT模块老化诊断策略。通过对比IGBT模块封装电压的计算值与测量值,实现对键合线老化的判别。实验证明,提出的老化诊断方法可以在不同的操作条件下对IGBT模块键合线的老化程度进行精确的判断。此外,诊断过程中获得的封装电阻的变化值可以用于模块焊料层老化的诊断中,是对现有焊料层老化诊断方法的一种补充。