基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

逆变器IGBT损耗计算及冷却装置设计

计算逆变器IGBT损耗及水冷系统的方法在实现过程中,综合考虑了门极驱动电阻、直流母线电压、温度和结温对IGBT损耗的影响,给出了SVPWM调制算法下逆变器IGBT及Diode的导通损耗、开关损耗、总损耗、温差及结温的计算方法,考虑到IGBT损耗与结温相互影响的特点,利用自定义热路模型,提出以环境温度为初始条件的循环迭代算法,最后给出了IGBT结温、壳温及散热器温度曲线。在此基础上,设计了一款中压变频调速系统用水冷散热系统,与实验值比较,两者吻合很好,肯定了解析法的精度,表明了该方法的正确性与可行性。     

基于电热模型的IGBT结温预测与失效分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作过程中结温难以测量的问题,提出一种基于IGBT电热模型的结温预测方法,并对由结温过高引起的失效进行实验分析.根据IGBT结构特点建立通态压降模型,考虑到器件内部参数和半导体物理常数与温度的关系,建立IGBT导通功耗与结温关系的电热模型.通过联立IGBT结-壳传热方程和电热模型进行热平衡分析,从而得到稳态时的结温.实验结果表明,通过仿真得到的结温基本与实际测量得到的结温值相吻合,结温过大会导致电极根部焊料熔化和表面连接键丝断裂.所提方法通过监测壳温可实时预测IGBT结温,具有方便快捷的优点.     

SPWM模式下逆变器中IGBT结温的快速评估方法

为了提高采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)方式的逆变器中绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温的仿真计算速度,采用高斯赛德尔迭代法对IGBT结温计算进行了研究。分析了开关周期的结温计算方法,然后使用迭代算法计算了工频周期的结温,并且将该计算方法与利用电热耦合模型仿真得出的结温和利用光纤测量实验得到的结温进行对比。结果表明:在保证精度的同时,同样是获取40 s时间的结温,仿真大约需要15 min时间,而结温迭代算法只需要20 s时间,其计算速度要比仿真快将近50倍。结温迭代法计算速度的提高,满足了逆变器中IGBT模块长期结温评估的要求,对于完成IGBT的寿命预测具有重要意义。     

无刷直流电机驱动用IGBT逆变器能耗分析

为了预测电机系统的性能和提高设计的可靠性.根据无刷直流电机(BLDCM)的PWM调制原理和IGBT的损耗机理.采用损耗分离法提出了BLDCM驱动用IGBT逆变器的功耗计算模型.逆变器的通态损耗是与IGBT正向通态压降、电机电流和开关占空比有关的函数,而其开关损耗足开关器件的肝关时间、电机电流、逆变器的供电电压以及调制频率的函数.对提出的损耗模型进行了仿真计算和实验验证,仿真计算结果与实验结果具有较好的一致性.     

一种IGBT散热器动态响应性能优化数值算法

以绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)可靠性寿命预测研究为背景,该文针对IGBT模块的功率循环提出了一种考虑实时结温反馈的散热器优化设计的数值算法。通过建立功率循环综合热网络模型,将每个功率循环周期等效为全响应和零输入响应,分析结温与热网络参数的数值计算关系,建立实时结温反馈数值算法得到功率循环曲线,从而寻找到功率循环与散热器动态热响应特性的关系,并提出优化方法。最后,以功率循环老化系统的设计为例,优化了老化系统所用散热器,通过实验测试对文中提出的数值仿真模型的有效性和精度进行了验证。     

基于实时结温观测的电动汽车逆变器动态限流策略

针对电动汽车逆变器中功率模块因实时结温过高而造成器件乃至系统失效的问题,提出了基于实时结温观测反馈的逆变器动态电流限幅控制策略。建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电热模型,在线观测功率模块中所有IGBT芯片和续流二极管(FWD)芯片的瞬时最大结温;将该热状态以及器件的最大可用热容量输入电流限幅控制器得到逆变器的最大运行电流值,实现逆变器的电流动态限幅控制。测试结果表明,所提控制策略使逆变器安全地工作在最大可用结温范围内,可使逆变器的运行性能极限最大化,提高系统的功率密度和可靠性。     

基于热敏感电参数法的IGBT模块结温检测

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)在电力系统、交通、军工、航天等诸多领域得到广泛应用,其可靠性关乎整个系统的稳定,而模块的结温是IGBT可靠性研究中至关重要的一环。但在实际工作电路中,其芯片封装在IGBT内部,要实现结温的实时检测非常困难。在此条件下,综合考虑各结温测量方法的可行性及测量的准确性后,选取饱和压降作为热敏感电参数来预测结温。利用饱和压降测试平台提取所需热敏感电参数,然后结合试验数据建立了基于误差反向传播算法的IGBT模块结温预测神经网络模型,构建热敏感电参数与结温的映射关系。避开IGBT模块的物理结构,实现了对IGBT在实际工况条件下结温的准确预测。     

用于IGBT模块结温预测的热-电耦合模型研究

随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取,所得结果与厂商数据手册吻合,而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性,最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型,可对芯片动态结温进行预测。     

基于电流变化率的IGBT结温预测方法研究

提出一种采用电流变化率对电力电子装置中的核心部件(IGBT)进行实时结温预测的方法。针对IGBT结温在线提取问题,对IGBT的关断机理与关断电流的温度特性进行了深入分析,基于Saber仿真平台建立了IGBT的仿真模型,通过仿真与实验验证了基于电流变化率结温预测方法的正确性与准确性,并对电流变化率的变化规律进行了分析,得出该方法具有良好的线性度与灵敏度,为采用该方法实现结温在线提取奠定了一定的理论与应用基础。