面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略

基于硅基绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件采用多开关模式切换策略可使变换器具备应对复杂工况的能力,然而现有切换策略并未考虑器件疲劳老化对模式切换阈值电流的影响,在混合器件老化进程后期极有可能造成器件热失效,进而严重威胁变换器的可靠运行。基于此,提出了一种面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略。基于器件疲劳老化对逆变器最大安全运行电流的影响规律,设计了考虑老化进程的逆变器安全工作区刻画流程。根据安全工作区刻画结果,提出了适用于混合器件全寿命周期的多开关模式主动切换策略。实验结果表明,该策略能够针对混合器件不同老化程度来动态调整开关模式切换阈值电流,从而在器件全寿命周期内保障逆变器的运行可靠性。     

柔性量子点复合薄膜及其电致发光器件的弯折性能

近年来,可弯曲的柔性电子器件引起了人们广泛的关注,但器件的性能稳定性和弯折稳定性阻碍了其实际应用。本文通过对柔性量子点发光二极管(QLED)施加弯折作用力,着重探究QLED弯折前后功能薄膜及器件性能的变化。通过调控QLED的弯折曲率半径,测试得到薄膜参数和器件电学性能。利用有限元方法对不同弯折半径下的聚对二甲酸乙二醇酯-氧化铟锡(PET-ITO)复合透明电极进行分析,结果显示随着弯曲曲率半径的减小,ITO电极会出现更明显的应力集中现象。对其进行形貌表征和方阻测试表明过度弯折会使电极材料出现损伤,方块电阻增大。电导率测试结果表明弯折行为会减弱电荷的传导能力。利用瞬态电致发光光谱(TREL)技术对弯折前后的器件进行了表征,结果表明弯折曲率半径的减小,降低了电极上电荷传输的效率,同时较小的弯折曲率半径会导致内部缺陷的增加,降低器件内部载流子的注入与传输效率,对器件的性能造成影响。     

基于铝电解电容器放电规律的ESR和电容监测方法

铝电解电容器是电力电子系统中的核心组件,也是最容易失效的电力电子元器件之一,其运行状态直接影响电力电子系统的稳定性。为了及时发现并更换存在问题的铝电解电容器,提出了一种基于铝电解电容器放电规律的等效串联电阻(ESR)和电容的监测方法。通过对铝电解电容器放电过程中的电压曲线实时采样,并结合其放电过程中电压和电流之间的关系式,建立ESR和电容的计算模型。最后,设计一套可以监测铝电解电容器ESR值和电容值变化的系统,并进行实验验证。实验结果表明,该方法可以准确测量铝电解电容器的ESR值和电容值,从而验证了所提方法的可行性。     

二元结构边坡潜在滑移面位置的研究

通过有限元强度折减法对影响二元结构边坡潜在滑移面的因素进行研究,计算不同影响因子下潜在滑移面的位置及相应边坡安全系数,并与极限平衡法计算结果进行对比分析。结果表明:1极限平衡法计算分析此类二元结构边坡有一定误导性和局限性;2交界面摩擦系数和倾角对二元结构边坡潜在滑移面位置的有较大影响。     

氮和硫双掺杂石墨烯量子点的合成及其性能研究

以来源丰富的大豆蛋白为前体,采用水热法和乙醇沉淀的分离方法合成了氮和硫双掺杂的石墨烯量子点（N,S-GQDs）。通过红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光光谱（UV-vis）、高分辨率透射电镜（HRTEM）、原子力显微镜（AFM）和荧光光谱表征了N,S-GQDs的结构,及其对铁离子的检测性能。结果表明：大豆蛋白-柠檬酸-尿素水溶液在220℃水热温度下反应10 h,获得荧光量子效率为9.23%的N,S-GQDs,其水分散液具有明亮的蓝色荧光。N, S-GQDs具有0.34 nm的石墨烯晶格并展现出清晰的快速傅里叶变换图像,其厚度为2~5 nm。N, S-GQDs对Fe³⁺的检测限为0.95 μmol/L。本工作乙醇沉淀的简便方法将是一种快速获得N,S-GQDs固体的方法。     

分子取向调控对有机太阳电池器件性能的提升

活性层形貌对有机太阳电池的器件效率有着重要的影响。调控活性层中的分子取向是优化其形貌的方式之一。本文旨在采用Layer-by-Layer (LbL)的方法调控有机太阳电池活性层中分子的取向,进而提升电池器件的效率。通过向电子受体中加入不同的添加剂实现活性层中受体分子(Y6)的取向调节,优化后器件的能量转换效率达到16.2%。利用椭圆偏振光谱和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)技术对活性层薄膜进行了表征,结果表明,向受体中加入1, 8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂后,活性层中的Y6分子倾向水平取向,向受体中加入氯萘(CN)作为添加剂后,Y6分子倾向于垂直取向。电学和光学表征结果表明,Y6的水平取向增加了器件内激子的分离效率,进而提升了器件的能量转换效率。     

中点箝位型三电平变换器系统安全工作区的刻画及应用

为了提高中点箝位型三电平变换器的可靠性,基于器件的安全工作区,综合考虑了变换器的拓扑结构、直流母线杂散参数、控制系统的延迟以及温度等因素,推导出了变换器系统安全工作区(SSOA)的数学模型。定量分析了结温和风速对SSOA边界的影响,并分别刻画了结温和风速影响下SSOA的三维立体图形。应用该方法对55 kW/380 V的变换器样机进行保护设计,通过实验验证了基于SSOA所设定的保护边界的有效性,表明SSOA可以保障变换器的可靠稳定运行,提高变换器的可持续运行能力。     

IGBT模块材料选型的仿真研究

作为电力电子变换器的核心器件,IGBT功率模块的可靠性是目前学术界和工业界关注的重点。本文借助有限元分析软件,根据IGBT模块的实际结构,构建了IGBT模块的电-热-力仿真模型。针对目前IGBT模块键合线失效的难题,研究了不同键合线材料与表面金属化层材料的选型对模块温度云图及应力云图的影响。仿真结果表明键合线材料的选型与模块内部的温度分布具有较强的相关性,金属化层材料的选型与模块内部的应力分布具有较强的相关性。因此,通过合理选择模块表面金属化层与键合线材料类型能极大程度降低模块内部的温度和应力,进而降低键合线失效的风险,提高模块的可靠性。