充电机功率模块IGBT功率损耗及温升研究

电力机车充电机模块是机车辅助变流系统中一个重要的组成模块单元。800 V等级充电机模块IGBT电压等级为l 700 V,开关频率高,对IGBT功能和温升有很大影响,因此,对单只IGBT和双管并联IGBT进行了功率损托及温升计算、仿真及实验,并将研究成果引用到充电机功率模块中。     

高速列车牵引变流器中IGBT的相变冷却实验研究

以CRH2型动车组的牵引变流器冷却系统为研究依据,确定了牵引变流器中功率元件IGBT的冷却方案以及功率元件IGBT的冷却系统结构,利用CAD平面制图软件绘制相变冷却系统的零件结构,借助Solid Works三维造型软件构建相变冷却系统模型,最终确定了冷却物理模型,建立了牵引变流器功率元件IGBT相变冷却系统实验台。对安装有微槽结构形式冷却基板并充入制冷剂的圆管散热器进行了在不同加热功率及不同风速条件下的散热性能测试,获得了不同工况下相变冷却系统的总传热系数及冷板下表面温度在不同风速下的变化,证明了加热功率和风速对系统换热能力的影响。最终为相变冷却系统的设计提供了设计思路,也为工质相变产生机理提供了研究依据。     

一种IGBT模块的新型建模与瞬态仿真方法研究

针对所采用的仿真方法无法全面评价IGBT模块可靠性的问题,提出了一种新型的IGBT模块仿真方法:对IGBT模块工作过程中的瞬态损耗进行了分析和计算,并对IGBT模块进行三维建模与瞬态下流固耦合仿真。以FS800R07A2E3为例,采用一维仿真分析计算其瞬态损耗,并将瞬态损耗等效为半正弦波,作为一维边界条件加载至三维仿真模型;同时基于Star-CCM+软件,采用瞬态仿真与流固耦合仿真相结合的方法,仿真得到了模块内部温度场分布云图和芯片最高结温波动数据,并采用英飞凌实验数据验证了仿真模型的准确性。研究结果表明:模块内部三相的不均匀性在2℃左右,瞬态仿真下的最高结温比稳态仿真下高7℃左右;该仿真方法更加接近IGBT工作的实际情况。     

IGBT功率模块散热系统设计与分析

根据IGBT的工作原理,建立了IGBT功率模块的功率元件损耗的计算方法;使用热阻等效电路法分析和研究了功率元件及散热器热传导过程和温度场的分布情况,利用ICEPAK软件对功率模块在不同冷却风速条件下的散热过程和温度分布情况进行仿真,得到了不同风速对冷却效果的影响程度以及保证模块可靠工作的最低风速。     

IGBT用水冷板式散热器的数值模拟

在电力电子设备功率密度日益增长的背景下,散热设计成为产品可靠性设计的关键瓶颈。文中以冷板式强迫液体冷却系统的数值模拟为例,介绍了冷板式强迫冷却系统的优势以及该系统数值分析的原理和计算方法。对具体IGBT模块进行的散热仿真模拟验证表明,水冷系统具有集成度高、模块化强、散热效率高、能耗低、噪声低、占地空间小等众多优势,可以很好地控制高功率模块中IGBT芯片的温度,有利于IGBT模块等器件长期安全可靠稳定地工作,可降低模块的故障率,提高整机产品的可靠性。     

基于KULI的某重型商用车发动机冷却系统的仿真与试验研究

以某重型商用车发动机冷却系统为研究对象,利用整车热管理仿真软件KULI建立了冷却系统模型,进行了发动机冷却系统的仿真计算,并与试验数值进行比对分析。结果表明:仿真结果与试验数值吻合较好,仿真模型可靠,为发动机冷却系统的设计与匹配提供理论依据,通过软件仿真可以大大提高冷却系统分析效率,节省试验费用。     

IGBT开关特性测试系统及瞬态特性分析

为了研究IGBT模块的开关瞬态特性,搭建一套基于LabVIEW的IGBT模块开关特性测试系统。对IGBT模块开关瞬态过程中的电压过冲进行了机理分析,并运用Saber仿真软件搭建双脉冲测试电路,仿真结果表明:电压过冲主要取决于测试回路中的杂散电感大小。测试电路经杂散电感优化后,通过搭建的IGBT模块开关特性测试系统进行验证,过冲电压同比减少约85%,对于IGBT模块的测试有一定的指导意义。     

IGBT用3D复合热管散热器的数值仿真与实验验证

IGBT元件广泛应用于变频器、逆变器、电力传动等各个方面,随着其工作热耗和自身体积功率密度的不断增大,其散热设计的好坏直接关系到其运行的稳定性、可靠性及使用寿命。文中以应用于IGBT模块冷却系统的3D复合热管散热器为研究对象,详细介绍了其结构组成和工作原理,并通过数值仿真和实验验证,充分评估了其应用优势。该散热器可在有限的结构空间下,使得超高功率密度IGBT模块的温度得到很好的控制,使得器件长期安全稳定地工作,提高了整机产品的可靠性。     

七桥混合耦连油气悬架车辆仿真与试验

将某七桥车辆的油气悬架系统混合耦连并对其原理和结构进行分析,建立了整车十七自由度动力学模型。基于整车结构和数学模型,以Simulink为主平台,搭建了整车的Simulink/AMESim联合仿真模型,仿真激励为白噪声法生成的相关性路面时域模拟信号。确定所需仿真参数后,进行整车的联合仿真和实际道路试验研究,得到了40 km/h和60 km/h车速下的对比曲线。对比结果显示,质心加速度均方根和功率谱密度峰值的仿真数据与试验数据的相对误差小于8%,仿真结果与试验结果基本吻合,说明所建立的整车模型具有较高的准确性,可以作为整车特性研究的依据。     

基于电参数饱和压降的IGBT模块结温在线测量法

IGBT模块的工作性能、寿命及可靠性与结温密切相关。因此,关于IGBT模块结温探测方法的研究对指导器件安全可靠的使用和进行器件的可靠性评估具有极为重要的意义。本文首先阐述了IGBT模块结温测量的重要性,然后分析、对比各种测量IGBT结温的方法,确定了基于饱和压降的温敏参数测量法;接着进行了硬件选择,搭建了实际测量电路,获取了IGBT饱和压降与结温的多组数据,并对数据进行了处理,最终确立了二者的关系。     

Icepak仿真软件在水冷底板热设计中的应用

在研制1000 A高频低压大电流整流柜的过程中,IGBT及三相整流模块等大功率器件将产生大量的热量,采用何种冷却方式及结构方式将所产生的热量有效的散发出去,这对提高产品的可靠性有重要的意义;文中采用Icepak仿真软件对水冷底板进行热仿真分析,并在仿真的结果分析的基础上,修改用于冷却的水冷底板的结构方式,从而改善功率器件的散热效果,大大缩短研发周期,降低研发成本.通过该设备三年左右的运行效果来看,大电流整流柜工作正常,冷却系统能够满足大功率器件可靠的运行.     

标准路面谱重构及其应用

采用谐波叠加法对随机路面进行数值模拟,用AR模型求取模拟出的随机路面功率谱密度并与理论功率谱密度进行比较,结果显示两者吻合很好,表明该方法可行。用MATLAB编程输出ADAMS路面文件数据,据此修改路面文件并进行整车单移线仿真。结果表明,此方法可实现整车仿真并进行性能评价。     

基于IGBT模块技术的港口节电应用

IGBT模块技术具有功率大、电流容量大的特点，其是一种电流控制型器件，因此，本文首先对IGBT模块技术的工作原理进行分析，其次，探讨基于IGBT模块技术的港口节点应用，最后，分析IGBT模块技术在港口节电中的作用。     

500kW逆变器IGBT模块温升测试与分析

结合工程实践,对500 k W逆变器功率单元的IGBT模块功耗与温升进行了测试,通过实际温升测试检验理论设计方案的可行性,验证此方案IGBT模块芯片结温是否满足使用要求。     

基于有限元仿真的IGBT模块的应力应变分析

IGBT模块是变流器的主要部件,也是功率波动和热冲击的主要承受者,其可靠性直接决定了变流器的可靠性。为研究IGBT模块在老化过程中的应力应变特性,从而进一步从物理机理上分析模块老化失效情况,利用COMSOL软件进行有限元仿真,模拟了模块在损耗加热情况下的应力应变情况。分析了在键合线,键合线焊接点以及焊料层上应力应变较大的原因。总结了应力应变与模块温度、热通量、膨胀系数之间的关系,还通过人为添加空洞的方式,分析了焊料层空洞对模块状态的影响。     

面向IGBT主动驱动并联仿真研究

在分析IGBT模块瞬态特性参数的基础上,提出了一种基于IGBT开关状态识别机制的并联IGBT模块主动驱动方法,并采用混合电路仿真方式进行了验证,该方法通过监测各支路IGBT的驱动和集射极电压值,识别出模块当前工作状态下的参数值。提出的IGBT集电极电流锁相控制算法通过调整驱动信号的延迟,保证各IGBT模块开关动作的真正同步以均衡各支路上的电流。仿真实验验证了所提机制的正确性。     

基于FMI标准的传动系统模型在环虚拟车辆仿真研究

针对虚拟车辆传动系统模型在环台架仿真问题,在Simulink环境中搭建了整车仿真模型,该模型由SimulationX双离合变速箱和差速器模块与d SPACE ASM发动机及车辆动力学模块共同组成,各模块都根据实车数据进行了参数化。对DCT离合器控制和挡位切换逻辑策略进行了研究,提出了一种基于FMI标准的协同仿真方法,并讨论了协同仿真模型各模块的步长设置。对比了模拟NEDC驾驶循环测试结果与实车转鼓试验台上测得的数据。研究结果表明:在早期系统验证阶段使用模型在环仿真具有较高的实用价值,可以提早发现系统问题并修改需求;该工作可为接下来的硬件在环测试提供了参考基础。     

某高热流密度冷板的设计与优化

某吸收电阻模块发热功率大且热流密度高,冷却系统的设计既是重点也是难点,冷却系统的好坏直接关系到模块能否正常工作。文中探讨了某高热流密度与大发热功率并存的散热问题,选择强迫液冷作为其冷却方式。通过仿真分析对冷板结构进行不断的优化,通过增加散热齿并改变散热齿结构,使冷板满足器件散热需求。运用ANSYS模拟了冷板盖板不同结构形式的密封性能,通过采用有筋的不锈钢盖板,可取得良好的密封性能,缩短冷板加工周期并降低成本。装机后对该冷板的实物测试证明了该冷板的可行性。     

IGBT并联均流分析

电力功率器件IGBT的并联应用是提高功率变换器电流处理能力的重要手段,IGBT并联支路均流与否是直接影响其实际工程应用关键性问题。从IGBT模块自身特性、驱动电路以及外围电路三个方面对均流特性的影响进行分析研究,给出了在实际并联应用中合理处理各影响因素后的实验波形,波形结果表明并联支路均流效果良好。     

利用ADAMS的汽车通过脉冲路面的仿真与优化

针对某型轿车,在ADAMS/Car软件中建立整车仿真模型,并在三角形单脉冲输入路面上进行平顺性仿真,对整车底盘垂直方向的加速度进行分析。通过ADAMS/Insight模块进行整车的优化设计,对整车前、后悬架的参数进行优化仿真,使得整车乘坐的舒适性得到提高,验证了在脉冲输入路面上利用ADAMS/Car进行优化仿真的可行性。