基于实时结温估计的动态IGBT热管理策略

绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是电动汽车重要的能源传输和转换元件.但IGBT长期在变化工况下工作,导致热负荷较高,严重影响其使用寿命.通过建立IGBT结温估计模型进行实时结温观测,定性分析IGBT结温与开关频率、母线电压之间的关系.为降低IGBT在循环工况下的热负荷,提出一种IGBT结温区域控制策略,以控制最高结温和结温波动为目标,将控制区域进行划分,分别采用模糊控制和PI控制对开关频率和母线电压进行控制.结果表明,在NEDC工况下最高结温平均降低5.1℃,IGBT结温波动平均降低2.6℃,验证了该控制策略的有效性,提高了IGBT的可靠性和运行寿命.     

基于Simulink的IGBT模块的结温计算

为探究绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在长时间疲劳损伤累积下造成的失效问题,采用电-热模拟法测量IGBT模块的结温。以三相桥式逆变器为例,应用开关周期方法计算IGBT和续流二极管(FWD)的功率损耗。基于MATLAB/Simulink搭建IGBT模块结温计算模型及热网络模型,对IGBT模块结温进行仿真,采用IPOSIM软件验证搭建模型的准确性。研究表明,IGBT模块平均结温随输出频率增加有所降低,随器件开关频率的增加而增加,模块结温与环境温度变化趋势相一致。该方法不需要直接接触功率器件,而且计算量小,结果准确。     

基于PID自校准算法的IGBT温升控制实现

针对功率循环实验中绝缘栅双极型晶体管( insulated gate bipolar transistor, IGBT)温度过冲和滞后问题,设计了一种自校准PID算法控制IGBT温升。通过MATLAB进行PID建模及参数仿真,采用电学法测试原理并结合嵌入式系统测试IGBT结温,使用PID自校准算法控制器件温升进行IGBT热疲劳测试。实验结果表明：该算法的调节方式和温度精度都达到理想的效果,改善了系统的动态性能,为IGBT寿命预测提供了一个良好的实验环境。     

一种IGBT热阻测试方法的研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作时会产生大量的热,这不仅会影响到其工作的可靠性,还会对其周围的电路产生影响,降低整个系统的性能.因此对其进行准确的温升和热阻测量具有重要意义.论文阐述了利用直接测量结温法测量IGBT热阻的原理,介绍了热阻测试系统的硬件构成及测试流程,并测试了模块在不同功率下的热阻值,对测量结果进行分析,发现该热阻测试系统具有测量简单、对不同运行条件适应性强、测量结果重复性好等优点,可作为测量IGBT温升及热阻的一种方法.     

基于有限元法的半桥IGBT混合模块的可靠性分析与优化设计

为了避免过高的温度和热应力使IGBT模块内部材料疲劳失效,建立了硅基IGBT与碳化硅基JBS组成的半桥IGBT混合模块的有限元仿真模型,通过改变芯片排列位置、各层结构的厚度,以及焊料和陶瓷基板的材质,研究模块结温及最大热应力变化规律,并对模块封装结构进行优化。优化后模块的结温与最大热应力分别下降18 ℃和80.2 MPa,提高了模块的可靠性。     

基于传热反问题的绝缘栅双极型晶体管模块温度计算方法

在分析绝缘栅双极型晶体管(Insulated grid bipolar transistor,IGBT)模块内部传热机理的基础上,建立了集总参数的温度计算模型。采用边界元法对传热反问题的解空间进行离散。采用共轭梯度法求解传热反问题,得到较准确的等效热阻和等效热容值。该方法通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据和有限元方法计算的结果相比较,计算误差小于5%。     

并联IGBT的散热有限元计算分析及试验研究

为了了解并验证在恶劣工作环境下IGBT的结温,对并联运行的IGBT的散热系统进行了适当的模型简化,基于有限元软件ANSYS的模拟计算,求解其散热系统的温度场分布.通过与试验结果进行对比研究,表明计算结果满足工程运用所需的精度要求,可应用于复杂分布功率半导体器件的热分析中.     

无线传播特性的实时估计

自适应转输系统的调制、码元速率根据信道状态自动调节,这样可以挖掘信道传输潜力。在这种通信系统中以时延扩展和信干比为代表的无线传播特性的实时在结估计与预测非常重要。文中提出了一种适用于自适应传输系统的无线传播特性实时估计方案,采用短伪随机相关和降维信号子空间分解进行无线传播特性的实时估计与预测。仿真实验表明该方案可以提供信道质量的合理估计。     

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation, SVPWM）驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管（insulated gate bipolar transistors, IGBT）损耗较高的缺点,建立永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率（total harmonic distortion, THD）、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。     

IGBT模块电气模型及实时仿真研究

IGBT模块中IGBT与二极管各自详细暂态电气特性及相互影响少有研究,因此提出一种适于实时仿真的IGBT模块电气模型。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER、SIMULINK等电路仿真平台建模并基于FPGA模型实时化,可以在纳秒级步长下模拟IGBT模块电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等暂态电气特性。通过与SABER中通用模型仿真结果、实验实测波形对比分析以及搭建的FPGA实时仿真系统,验证了IGBT模块电气模型和参数提取方法的有效性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下了基础。     

Design of a robust H∞ full-order observer about the nonlinear singular perturbed random jumping system

The design of the robust H_∞ full-order observer about the nonlinear singular perturbed system is investigated. Based on the Lyapunov stability theory, for the singular perturbed random jumping system in which the observation equation has the Lipschitz nonlinear item, the matrix that deals with the stochastic stability of such a random system is given, and the robust full-order observer in which the estimated error has H_∞ performance is designed and the observer gain is computed. The singular system and the singular perturbed system differ in that this method in our paper considers the effect of small time parameter, which is not neglected, and the small time parameter upper bound that allows theH_∞ error is computed. Finally the result validates the correctness and the availability of this method.     

一类基于观测器的短时延网络控制系统的建模和稳定性分析

针对一类不确定的短时延网络控制系统,利用全阶状态观测器作为对网络诱导时延的补偿,定义了一个新的状态变量,得到了短时延网络控制系统的离散模型．根据Lyapunov稳定性理论和矩阵知识,给出 该闭环系统渐近稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式的可行解给出了状态反馈控制律．仿真结果表明该方法有效可行．     

具有干扰抑制的PI观测器的设计及其应用

首先利用线性矩阵不等式设计了比例积分观测器,并在外界干扰是能量有界的情况下,设计了具有干扰抑制的状态观测器,使得干扰对状态估计的影响具有给定的H∞性能。然后将故障估计结果和干扰抑制作用同时加入到控制律当中,使得所设计的系统在跟踪给定的参考模型的同时,也能得到系统所受的外界故障估计。最后通过仿真实例验证了所设计的观测器和所提出的控制方法的有效性。     

煤炭地下气化热爆炸技术模型实验研究

鉴于我国在倾斜、缓倾斜或近水平煤层中进行地下气化所遇到的实际问题,提出了煤炭地下气化热－温控爆破渗流燃烧技术,简述了热爆炸基本原理,介绍了模型试验台结构、爆破参数设计、测试系统及冷态试验,并对试验结果进行了分析。模型试验结果表明,温控爆破松动作用,提供了气固之间有效燃烧气化所需要的大反应表面,并形成渗流燃烧的气化条件,从而证明了将热爆炸－温控爆破技术应用于煤炭地下气化过程的合理性和可靠性。     

时滞离散切换系统基于观测器的输出反馈镇定

针对一类任意切换律下含有时滞的不确定离散切换系统,研究了其基于观测器的输出反馈鲁棒镇定问题.所考虑的系统不确定性是时变的,且满足范数有界条件.假定下一时刻要切换到的子系统可预先获得,给出了该含有时滞的离散切换系统状态观测器形式,通过构造增广系统,设计基于状态观测器的无记忆反馈控制器,以保证相应的增广闭环系统鲁棒渐近稳定.借助于Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式技术,给出了不确定切换系统存在状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的充分条件,并将该充分条件转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题,同时给出相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器.最后通过一个数值算例验证了本文结果的有效性.     

pc-LED双热源热模型实验研究

荧光粉转换型白光LED（pc-LED）的热模型是LED散热设计的基础。常用的单热源单通道热模型不能表达pc-LED的实际散热过程,已有的双热源双通道热模型的参数测量需要T3ster和红外热像仪,并忽视了环氧胶在蓝光LED照射下的发热现象。为此,文章提出一种采用PT100芯片直接测pc-LED芯片结温和微型热电偶直接测荧光粉温度的方法,并依据实验结果改进了双热源双通道热模型,计算出各热阻值和热流值,揭示了pc-LED的散热规律。实验还发现纯环氧胶在蓝光LED辐照下有发热的现象。     

电动汽车永磁同步电机控制器水冷散热器的优化设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是电机控制器中主要的发热源。为使IGBT模块工作在安全温度范围内,基于正交实验设计某电动汽车用45 kW永磁同步电机控制器水冷散热器。首先,在估算IGBT模块热损耗基础上,初步确定散热器结构,并通过热仿真确定影响散热器性能的主要因素;然后,采用正交实验法对冷却液流速、肋片高度、肋片厚度、肋片间距、扰流柱类型及散热器基板厚度等因素进行优化,获得散热器的最佳控制和结构参数。仿真结果表明,设计的散热器能够满足IGBT模块的散热需求。