Yenilenebilir Enerji Arayüzlerinde Güç Yarı İletkenlerinin Ömür Analizi: Görev Profiline Dayalı Elektro-Termal Modelleme
Abstract views: 28
/ 
PDF downloads: 23
Keywords:
IGBT, Ömür Analizi, Elektro-Termal Modelleme, Rainflow Algoritması, Yenilenebilir EnerjiAbstract
Yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) artan penetrasyonu, güç elektroniği dönüştürücülerinin
güvenilirliğini şebeke kararlılığı açısından kritik bir parametre haline getirmiştir. Özellikle rüzgâr ve
fotovoltaik sistemlerin stokastik (rastgele) güç üretim profilleri, IGBT güç modülleri üzerinde geleneksel
endüstriyel uygulamalardan farklı termomekanik stresler oluşturmaktadır. Bu çalışma, gerçek saha
verilerine dayalı görev profillerini kullanarak, yarı iletkenlerdeki termal döngüleri ve buna bağlı ömür
tüketimini analiz eden entegre bir model sunmaktadır. Foster ısıl ağ modeli ile elektriksel kayıpların
dinamik dönüşümü sağlanmış, Rainflow sayımı algoritması ve Miner kuralı ile kümülatif hasar
hesaplanmıştır. Sonuçlar, düşük frekanslı termal döngülerin, toplam hasarın %70'inden fazlasını
oluşturduğunu ve soğutma stratejilerinin sadece maksimum sıcaklığa (Tj, max) değil, sıcaklık salınım
genliğine (ΔTj) odaklanması gerektiğini göstermektedir.
Downloads
References
F. Blaabjerg, et al., "Power Electronics and Reliability in Renewable Energy Systems," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 9, 2012.
M. Musallam, C. M. Johnson, "An Efficient Control Strategy to Minimize Thermal Stress in Inverters," IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, 2020.
U. Scheuermann, "Reliability of power modules - limiting factors and lifetime issues," CIPS Conference, 2018.
H. Wang, F. Blaabjerg, "Reliability of Capacitors for DC-Link Applications in Power Electronic Converters," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 50, 2014. “PDCA12-70 data sheet,” Opto Speed SA, Mezzovico, Switzerland.
U. Scheuermann and R. Schmidt, "A New Lifetime Model for Advanced Power Modules with Sintered Chips and Optimized Al-Wire Bonds," in Proc. PCIM Europe, Nuremberg, Germany, 2018, pp. 1-8.
J. Falck, C. Felgemacher, A. Rojko, M. Liserre and P. Zacharias, "Aging of Power Modules in Converter Systems: From Physics of Failure to Physics of Reliability," in IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 12, no. 2, pp. 24-35, June 2018.
R. Wu, F. Blaabjerg, H. Wang, M. Liserre and F. Iannuzzo, "Catastrophic Failure and Fault-Tolerant Design of IGBT Power Electronic Converters - An Overview," in IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 15, no. 3, pp. 32-44, Sept. 2021.
M. Andresen, G. Buticchi and M. Liserre, "Study of Reliability-Efficiency Tradeoff of Active Thermal Control for Power Electronic Systems," in Microelectronics Reliability, vol. 88, pp. 1262-1266, 2018.
Z. Zhou, H. Wang and F. Blaabjerg, "Active Thermal Control for Power Electronic Modules: A Review," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 39, no. 2, pp. 1823-1842, Feb. 2024.
J. B. Hu, H. Zhang, S. M. Sharkh and J. M. Guerrero, "Silicon Carbide Power Devices and Their Applications in Wind Power Generation Systems: A Review," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 38, no. 11, pp. 14212-14228, Nov. 2023.
S. Xu, Y. Zhao, S. Xie and Z. Zhang, "Reliability Assessment of SiC MOSFETs Under Repetitive Short-Circuit Stress," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 9, no. 5, pp. 5683-5694, Oct. 2021.
H. D. Choi and K. Ma, "Data-Driven Condition Monitoring of Power Electronic Converters Using Machine Learning: A Review," in IEEE Access, vol. 9, pp. 142310-142325, 2021.
IEC 60747-9:2019, "Semiconductor devices - Discrete devices - Part 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)," International Electrotechnical Commission Standard.
