電力電子系統可靠性

《電力電子系統可靠性》，[中] 鍾樹鴻，[中] 王懷，[丹麥] 弗雷德·布拉伯傑格，[美] 邁克爾·派切特 著，出版社： 機械工業出版社。

機械工業出版社成立於1950年，是建國後國家設立的第一家科技出版社，前身為科學技術出版社，1952年更名為機械工業出版社。機械工業出版社（以下簡稱機工社）由機械工業信息研究院作為主辦單位，目前隸屬於國務院國資委。

目錄

內容簡介

本書重點介紹電力電子系統可靠性的分析和設計方法。電力電子系統可靠性涉及可靠性工程、材料科學與工程、電工電子技術、自動控制理論等,是一門多學科交叉的應用型技術。本書從元器件級出發,分別介紹各種工況下的開關管、開關模塊、電容等元器件的多時間尺度壽命預測方法、在線監控技術和可靠性提升策略,然後從系統級層面評估電力電子系統整體的可靠性,並介紹其改善方法。

本書旨在幫助從事電力電子、電氣工程和可靠性工程等相關領域的科研人員了解並掌握電力電子系統可靠性的分析和設計方法,並將其靈活運用在科研平台搭建和產品設計過程中,為促進我國電力電子產品可靠性的提高貢獻微薄之力。

目錄

譯者序

第1章可靠性工程在電力電子系統中的應用

1.1電力電子系統的性能指標

1.1.1電力電子變換器

1.1.2電力電子變換器的設計目標

1.1.3典型電力電子應用中的可靠性需求

1.2電力電子與可靠性工程

1.2.1可靠性工程中的關鍵術語和指標

1.2.2電力電子與可靠性工程的發展歷史

1.2.3電力電子器件物理失效機理

1.2.4面向可靠性的電力電子變換器設計

1.2.5可靠性工程中加速測試的概念

1.2.6提高電力電子變換器系統可靠性的策略

1.3電力電子可靠性研究的挑戰與機遇

1.3.1電力電子系統可靠性研究的挑戰

1.3.2電力電子可靠性研究的機遇

參考文獻

第2章電力電子的異常檢測和剩餘壽命預測

2.1引言

2.2失效模型

2.2.1時間相關的電介質擊穿模型

2.2.2基於能量的模型

2.2.3熱循環模型

2.3用於失效機理分析的FMMEA

2.4基於數據驅動的壽命預測方法

2.4.1變量縮減法

2.4.2Mahalanobis距離確定故障閾值

2.4.3K-近鄰算法

2.4.4基於粒子濾波的剩餘壽命估計方法

2.4.5基於數據驅動的電路的異常檢測和預測

2.4.6基於金絲雀方法的電路的異常檢測和預測

2.5總結

參考文獻

第3章電力電子變換器DC-link電容器可靠性

3.1電力電子變換器DC-link電容器

3.1.1用於DC-link的幾種典型電容器

3.1.2不同種類DC-link電容器的對比

3.1.3電力電子變換器中電容器的可靠性挑戰

3.2電容器的失效機理和壽命模型

3.2.1DC-link電容器的失效模式、失效機理和關鍵應力

3.2.2DC-link電容器的壽命模型

3.2.3濕度條件下DC-link電容器的加速壽命測試

3.3DC-link的可靠性設計

3.3.1六種典型的DC-link設計方案

3.3.2容性DC-link的可靠性設計方法

3.4DC-link電容器的狀態監測

參考文獻

第4章電力電子器件封裝的可靠性

4.1引言

4.2電力電子器件封裝的可靠性概念

4.3電力電子器件封裝的可靠性測試

4.3.1熱衝擊測試

4.3.2溫度循環測試

4.3.3功率循環測試

4.3.4高壓釜測試

4.3.5柵極電介質可靠性測試

4.3.6高強度加速應力試驗(HAST)

4.3.7高溫存儲壽命(HSTL)測試

4.3.8老化測試

4.3.9其他測試

4.4功率半導體封裝或模塊可靠性

4.4.1焊接可靠性

4.4.2鍵合線可靠性

4.5高溫電力電子模塊的可靠性

4.5.1功率襯底

4.5.2高溫管芯附着可靠性

4.5.3管芯頂面電氣互連

4.5.4封裝技術

4.6總結

參考文獻

第5章功率半導體模塊的壽命預測模型

5.1加速循環測試

5.2主要失效機理

5.3壽命模型

5.3.1熱建模

5.3.2經驗壽命模型

5.3.3基於物理的壽命模型

5.3.4基於PC壽命模型的壽命預測

5.4基於物理建模的功率半導體模塊焊點壽命估計

5.4.1應力-應變(磁滯)焊接行為

5.4.2組成焊料方程

5.4.3Clech算法

5.4.4基於能量的壽命預測模型

5.5基於物理建模的焊點壽命模型示例

5.5.1熱仿真

5.5.2應力-應變建模

5.5.3應力-應變分析

5.5.4模型驗證

5.5.5壽命曲線的提取

5.5.6模型精度和參數敏感度

5.5.7壽命預測工具

5.6總結

參考文獻

第6章電力電子變換器最小化DC-link電容器設計

6.1引言

6.2性能權衡

6.3無源方法

6.3.1無源濾波技術

6.3.2紋波減小技術

6.4有源方法

6.4.1功率解耦技術

6.4.2紋波減小技術

6.4.3控制和調製方法

6.4.4特殊電路結構

6.5總結

參考文獻

第7章風力發電系統可靠性

7.1引言

7.2主要風力發電系統中電力電子架構綜述

7.2.1陸上和海上風電機組

7.3電力電子變換器可靠性

7.3.1可靠性結構

7.3.2SCADA數據

7.3.3變換器可靠性

7.4組件的可靠性FMEA和前瞻性對比

7.4.1簡介

7.4.2組件

7.4.3小結

7.5故障的根本原因

7.6提升風電機組變換器的可靠性和可用性的方法

7.6.1結構

7.6.2熱管理

7.6.3控制

7.6.4監測

7.7總結

7.8建議

參考文獻

第8章提升電力電子系統可靠性的主動熱控制方法

8.1引言

8.1.1電力電子的熱應力和可靠性

8.1.2提高可靠性的主動熱控制概念

8.2減小熱應力的調製方法

8.2.1調製方法對熱應力的影響

8.2.2額定工況下的調製方法

8.2.3故障條件下的調製方法

8.3優化熱循環的無功功率控制

8.3.1無功功率的影響

8.3.2基於DFIG的風電機組的案例分析

8.3.3並聯變換器案例分析

8.4基於有功功率的熱控制

8.4.1有功功率對熱應力的影響

8.4.2大型風電變換器中的儲能裝置

8.5總結

參考文獻

第9章功率器件的壽命建模及預測

9.1引言

9.2功率模塊的故障機理

9.2.1封裝相關故障機理

9.2.2器件燒毀故障

9.3壽命模型

9.3.1壽命和可用性

9.3.2指數分布

9.3.3威布爾分布

9.3.4冗餘

9.4壽命建模及元器件設計

9.4.1基於任務剖面的壽命預測

9.4.2具有恆定故障率的系統的壽命建模

9.4.3低周疲勞的壽命建模

9.5總結和結論

參考文獻

第10章功率模塊的壽命測試和狀態監測

10.1功率循環測試方法概述

10.2交流電流加速測試

10.2.1簡介

10.2.2交流功率循環測試的應力

10.3功率模塊的老化失效

10.3.1導通電壓測量方法

10.3.2電流測量

10.3.3冷卻溫度測量

10.4IGBT和二極管的電壓演變

10.4.1vce,on監測的應用

10.4.2老化和失效機理

10.4.3故障後調查

10.5芯片溫度估計

10.5.1簡介

10.5.2結溫預測方法綜述

10.5