绝缘棚双极型晶体管(Insulated Gated Bipolar Transistor,IGBT)是广泛应用于中到大功率电力电子设备中的一种电压全控型功率半导体器件。它结合了电力晶体管(GTR)与金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的优点,具有开关频率高、驱动电路简单、输入阻抗高、输出阻抗低等优点。大功率IGBT的可靠性应用是各种电力电子变流装置的基础,目前基于IGBT的大容量电力电子技术理论和应用方面存在的主要问题包括:1)功率半导体器件开关特性认识不够;2)主电路的设计过于理想化和经验化;3)对器件和装置的电磁过渡过程描述不清;4)对器件和装置失效机理不清楚,且失效后难以故障排查。本文主要针对以上四个问题,对大功率电力电子变流装置的电磁瞬态分析技术以及IGBT智能驱动技术开展研究,具体研究内容为:从半导体物理机理层面对大功率IGBT和PiN二极管的基本结构、电气特性、安全工作区进行了深入研究,并对科研工作中遇到的大功率IGBT的一些典型失效问题进行了分析、归纳,揭示了大功率IGBT可靠性应用的关键问题所在。针对大功率IGBT变流装置中叠层母排杂散电感测量与建模方法开展研究。从电磁场能量角度分析了叠层母排中局部杂散电感的物理意义,并在此基础上提出一种考虑空间瞬态场的局部杂散电感测量方法。然后以两种不同的叠层母排应用为背景进行母排局部杂散电感分析与建模,并对提出的杂散电感测量方法进行验证:1)以一套大功率三电平逆变器用叠层母排为研究对象,采用PEEC方法对三电平四个换流回路的局部电感进行建模,重点研究了换流回路中杂散电感的分布问题,最后通过实验和仿真对测量方法和建模方法进行验证。2)以一套存在非平衡并联支路的三相逆变器用叠层母排为研究对象,提出采用电感储能和释能的瞬态分析方法,对IGBT端子的暂态不均流现象进行了分析,同样采用PEEC方法建立了母排局部杂散电感模型,同时给出了模型简化方法,最后通过实验和仿真对暂态分析和建模方法进行了验证。针对背靠背三电平变流装置共叠层母排存在的电磁暂态耦合问题,采用PEEC方法建立了母排的等效电路模型。对每个开关暂态下由于电磁耦合问题导致的IGBT过压应力进行了理论与实验分析,建立了 IGBT耦合过压模型。针对存在过压风险的换流回路,提出了一种基于FPGA的脉冲延时暂态解耦方法,并通过实验对延时时间的选取问题进行了验证。针对大功率电力电子装置中IGBT过压问题,从半导体物理层面深入研究了IGBT过压产生机理,并建立了 IGBT关断载流子抽取模型。同时提出一种基于门极电压调制的IGBT过压抑制方法,并设计了基于FPGA的智能数字驱动板,对门极电压调制方法进行了实验验证。最后根据不同的应用需求给出了基于查表法和固定脉冲序列的两种可行性方案。针对大功率电力电子装置中IGBT易出现的短路故障和开路故障问题,深入分析了 IGBT内部寄生电容的分布情况,并对正常开通以及各种故障下的门极电荷变化情况进行了建模分析,给出了 IGBT整个开关周期中适合门极电荷故障诊断的具体时刻。根据具体的应用情况,给出了 IGBT故障诊断流程图,通过上电自检以及运行中实时在线诊断能够实现7类典型故障保护及诊断。最后设计了基于FPGA的数字型智能驱动,并对各类故障进行了实验验证。