●IGBT模塊壽命分析

華為逆變器中采用Infineon無(wú)銅底板結(jié)構(gòu)IGBT模塊，最大結(jié)溫175℃，實(shí)際測(cè)試高溫50C滿(mǎn)載下最大結(jié)溫不超過(guò)125℃，溫度余量50℃。根據(jù)Infineon研究結(jié)論：無(wú)銅底板IGBT模塊失效模式主要是Bondwire失效，而造成Bondwire失效的主要原因是功率循環(huán)引起的熱應(yīng)力。

圖5 Bondwire失效示例

假設(shè)20KW自冷逆變器高溫50度額定滿(mǎn)載工作，每天功率由0到滿(mǎn)載的循環(huán)次數(shù)假設(shè)平均為20次，高溫滿(mǎn)載結(jié)溫按照最高125度計(jì)算，則溫度最大擺幅為75度，根據(jù)IGBT模塊廠(chǎng)家提供溫差和循環(huán)壽命次數(shù)曲線(xiàn)，IGBT模塊壽命評(píng)估結(jié)果大于25年。實(shí)際氣候條件下，對(duì)于晴朗天氣，每天功率大循環(huán)次數(shù)較少，實(shí)際的情況還會(huì)優(yōu)于理論計(jì)算值。

圖6 IGBT溫差與循環(huán)壽命曲線(xiàn)

●鋁電解電容壽命分析

鋁電解電容存在電解液干涸、氧化膜退化、橡膠塞老化等失效模式，屬于壽命衰減型器件。選取實(shí)際的熱帶、亞熱帶和溫帶典型地區(qū)典型氣候場(chǎng)景，理論結(jié)合實(shí)測(cè)評(píng)估華為自冷逆變器瓶頸器件電解電容壽命超過(guò)25年;考慮太陽(yáng)能電池板在高溫下功率還會(huì)下降(曲線(xiàn)如左下圖)，氣候變化有云、陰、雨、雪等日照量小的天氣，日照時(shí)間比例也大都少于50%，實(shí)際的情況還會(huì)優(yōu)于理想計(jì)算值。在中國(guó)海南最熱的地方，測(cè)試實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，腔內(nèi)平均溫度為60℃以下，依照鋁電解電容的壽命計(jì)算方法，溫度每降10℃，壽命增加一倍。華為選用的鋁電解電容可滿(mǎn)足10-12萬(wàn)小時(shí)的工作時(shí)間，大于25年壽命。如果將冬天的情況一起匯總起來(lái)，平均溫度會(huì)更低。

圖7 海南某局點(diǎn)8月逆變器腔內(nèi)測(cè)試溫度

三、結(jié)束語(yǔ)

從表1可以看出，無(wú)外部風(fēng)扇的組串式逆變器，無(wú)論是防護(hù)等級(jí)和可靠性，還是防腐蝕能力，都有較明顯優(yōu)勢(shì)。

組串式逆變器由于大多工作在高溫、多粉塵、風(fēng)吹日曬、雨淋等惡劣的戶(hù)外應(yīng)用，如果采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，風(fēng)扇極易損壞、壽命較短，頻繁的更換風(fēng)扇除影響產(chǎn)品的發(fā)電量外，還會(huì)帶來(lái)昂貴的維護(hù)費(fèi)用;另外，如逆變器安裝在用戶(hù)外墻及閣樓處，強(qiáng)迫風(fēng)冷的噪聲將容易引起客戶(hù)的投訴。而采用自然散熱的產(chǎn)品，無(wú)風(fēng)扇，產(chǎn)品運(yùn)行的長(zhǎng)期可靠性高，噪聲低，所以自熱散熱、無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)成為戶(hù)外小功率逆變器的關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。

逆變器的可靠性，是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程。可靠性和壽命的短板是外置風(fēng)扇。而逆變器的自然散熱技術(shù)，通過(guò)業(yè)界最嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范流程，以及海量的產(chǎn)品長(zhǎng)期應(yīng)用驗(yàn)證，給客戶(hù)帶來(lái)的是一個(gè)能夠在25年的生命周期內(nèi)滿(mǎn)足高溫高濕、高海拔等各種復(fù)雜環(huán)境可靠運(yùn)行的質(zhì)量要求。

隨著組串式逆變器的大量商用，高發(fā)電量，維護(hù)便捷甚至免維護(hù)是客戶(hù)關(guān)注的核心指標(biāo)，逆變器外部風(fēng)扇的存在對(duì)以上指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是一道嚴(yán)重障礙，因此無(wú)外部風(fēng)扇設(shè)計(jì)對(duì)組串式逆變器來(lái)說(shuō)，既是挑戰(zhàn)，也是未來(lái)必然的發(fā)展趨勢(shì)。