基于体效应的SiC MOSFET器件栅极老化监测方法研究

长期以来,栅极老化一直是SiC MOSFET器件可靠性研究的关键,而偏置温度不稳定性则是栅极老化的重要现象。由于栅极老化的偏置温度不稳定性存在应力撤出后的恢复现象,如能在可靠性实验中快速、准确地监测SiC MOSFET器件的栅极老化变化量,对可靠性研究具有重要意义。因此,文中提出一种新的栅极老化监测方法。该方法以体效应下的阈值电压VTH(body)为基础,建立理论模型来描述VTH(body)和栅极老化之间的关系。提出在栅极电压开关过程中从体二极管电压–栅极电压曲线中得到VTH(body)的方法,并详细研究实验参数对VTH(body)的影响。此外,通过高温栅偏实验对VTH(body)的实用价值进行验证,并与栅极老化参数阈值电压VTH进行对比。实验结果证明,提出的新型栅极老化监测方法可以实现栅极老化的快速、准确及非恒温环境监测。     

MGP提升光伏发电系统惯性响应和频率调整能力的研究

新能源通过变流器并网,由于采用电网频率定向和最大功率跟踪控制使其不具备惯性响应和频率调整能力,同步电机对(Motor-generator Pair,MGP)成为解决这一问题的可行方案。本文给出了光伏经MGP并网结构和运动方程,针对负荷变化引起的长时间尺度的电网频率变化分析其惯性响应和参与调频的原理。在此基础上,提出了改进直流电压反馈控制方法,通过在控制环节中引入减载率使得调频范围增加。分别搭建了多机的仿真模型和实验平台,通过与传统火电厂和光伏通过逆变器并网的频率响应对比得出,MGP可以有效提升光伏发电单元的惯性响应和频率调整能力。     

考虑器件结构布局的功率循环失效模式分离机制

功率循环作为考核器件封装可靠性最重要的测试被广泛应用,IGBT器件的寿命模型也越来越完善,考虑的影响因素也越来越多,如器件参数也被考虑到了CIPS08模型中,但器件失效模式的分离和失效机理的研究一直是难点。文中将脱离传统方法中测试条件的影响,重点考虑器件结构布局带来的热应力分布差异,深入研究器件不同结构布局情况下失效模式的分离机制,把握器件失效的根本原因,旨在为IGBT器件的封装结构设计提供理论指导。以INFINEON公司全桥模块EasyPACK(FS25R12W1T4)为测试对象,针对模块中具有不同IGBT芯片与DCB(direct copper bonded)板面积比的两个IGBT芯片(开关2和3)进行相同测试条件(结温差△Tj≈90K和最大结温Tjmax≈150℃)下的功率循环对比测试,以明确其失效模式。实验结果表明,具有小面积比的IGBT芯片为键合线失效,而具有大面积比的IGBT芯片则表现为焊料层的老化。这说明小的面积比可有效减小焊料层的温度梯度,从而减小器件焊料层的热应力,最终导致键合线的失效。进一步地,针对指定失效模式的IGBT芯片进行不同测试条件下的功率循环实验以验证器件...     

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。     

负载电流对IGBT器件中键合线的寿命影响和机理分析

通过器件的功率循环试验可建立寿命模型,如最常用的CIPS08公式,用来预测实际工况下的寿命情况。其中结温波动和结温最大值对键合线寿命的影响最大,但是在功率循环试验中往往需要同时调节负载电流大小和开通时间来达到相同的结温波动和结温最大值。为了进一步评估负载电流和开通时间这两个参数对键合线寿命的贡献,尤其是负载电流的影响机制,该文对650V/20A的TO封装IGBT器件在相同的结温波动和结温最大值,但在不同的负载电流大小和开通时间的组合条件下进行了功率循环试验。结果表明,不同的负载电流和开通时间组合对器件寿命有不可忽略的影响,电流增大会显著降低IGBT器件中键合线的寿命。为了解释试验出现的现象并揭示其作用机制,该文建立TO封装IGBT器件的电-热-力多物理场有限元模型,考虑铝键合线和表面金属层的弹塑性特性,分析电流影响键合线应力大小的机理。同时引入金属疲劳寿命模型,得到的仿真寿命趋势与试验结果相吻合。该文研究可为IGBT器件的精确模型建立和键合线疲劳寿命预测提供指导意义。     

功率器件热网络建模综述*

功率器件结温的准确监测,对其可靠性评估、寿命预测及所处系统的优化运行方面都有至关重要的影响。相较于其他方法,热网络建模法不仅能实现结温的离线预测,而且能在一定程度上实现在线监测,因此具有广泛的应用前景。以传统热网络理论的由来为基础,归纳了近年来热网络的发展状况,梳理了热网络参数的提取方式,重点介绍了瞬态热阻抗法,并通过相应的仿真进行说明。在此基础上概述了热网络在线监测的最新进展,展望了功率器件热网络建模的未来研究方向。     

Al-20Sm金属间化合物微观组织和力学性能研究

Al-Sm合金作为一种新型中子吸收材料,具有低成本、高塑性和高中子吸收率等优点,加工成箔材后可用于中子准直器、费米斩波器等中子关键器件。通过蒙特卡洛模拟(MCNP)对Al-Sm合金的中子透射率进行模拟计算,结果表明,当Sm含量增加到20%(质量分数,下同)以上时,材料在1～6 mm范围内的中子透射率均低于20%,Al-20Sm合金满足中子吸收率的同时具有一定的塑性。通过真空感应熔炼制备Al-20Sm合金,并采用XRD、EDS和SEM对该合金的微观结构和热处理前后的相转变展开研究。结果表明,铸态组织为α-Al和β-Al₄Sm,经过550℃/2h热处理后,发生同素异构转变,合金内的β-Al₄Sm全部转变为γ-Al₄Sm,550℃热处理300h以后,部分γ-Al₄Sm发生熔晶转变,形成Al₃Sm。采用纳米压痕技术测试Al-Sm中间化合物的微观力学性能,其中β-Al₄Sm、γ-Al₄Sm和Al₃Sm硬度分别为8.97、8...     

压接型IGBT器件内部压力分布

压接型IGBT器件内部各组件直接堆叠在一起,通过外部压力使得各组件间保持良好的机械与电气接触,进而引入一定比例的接触电阻和接触热阻,所以器件内部的压力分布不仅影响器件内部的电流分布和温度分布,还将严重影响器件的可靠性。基于压接型IGBT器件的有限元计算模型和特殊的应用工况,研究压接型IGBT器件内部的压力分布情况,重点探讨器件内部各组件加工误差与内部的布局方式对器件内部压力分布的影响。通过压力夹具和压力纸等进行压接型IGBT器件内部压力分布的实验,实验结果不仅验证了有限元模型和边界条件的正确性,还表明外部压力加载对器件内部压力分布的影响。     

橡胶设备监测及集控系统的实现与维护方法研究

本文通过橡胶设备的监测以及集控系统的操作以及维护设备的方法等问题进行了详细的介绍和讨论。本文认为的重中之重就是制定严格的操作规范的橡胶设备的管理制度,其中最主要的制度就是橡胶设备的保养制度,并应该严格按照操作规范进行设备操作。文章针对橡胶设备的监测和集控系统的故障问题,提出了解决各种故障的有效措施及橡胶密练生产线过程中多层计算机监控系统的结构及程序实现。集控系统直接过程控制级,一、二级监控系统和网络通讯构成,直接过程控制级面向生产过程,一级监控系统面向工作人员,二级监控系统面向管理人员。     

新型井下低频水力振动固井装置的研制

油气井固井中如何抑制气层、高压水层环空水、气窜以及小环空间隙固井中怎样提高顶替效率等,一直是困扰固井施工的技术难题,并影响到后期增产作业和开发措施的实施。在机理研究的基础上, 结合振动对水泥浆性能的影响实验,重点研究了振动优化工作参数范围的确定和系统优化,研制了一种新型固井井下低频水力振动装置。实验和应用结果表明：①施加振动后能显著改变水泥浆水化进程,有效缩短初、终凝过渡时间,进而减轻胶凝失重的影响;②提高固井质量效果明显;③该装置的适应性良好,值得推广应用。