压接型IGBT芯片动态特性影响因素实验研究

压接型IGBT器件内部具有复杂的电-热-力环境，直接影响了其内部IGBT芯片的动态特性，进而决定了整个器件的安全工作能力。为此，研究不同影响因素下的压接型IGBT芯片动态特性具有重要意义。为了全面获得电-热-力综合影响下压接型IGBT芯片的动态特性，利用所研制的具有多因素解耦、灵活调节能力的双脉冲实验平台，针对一款3.3kV/50A压接型IGBT芯片，测量获得了不同母线电压、负载电流、驱动电阻、温度及机械压力下的双脉冲实验波形。分析了不同影响因素对双脉冲波形的影响规律，对比了不同影响因素对IGBT动态特征参数影响程度，结果表明母线电压主要影响关断过程，负载电流、驱动电阻和温度主要影响开通过程，机械压力对开通关断过程的影响很小，研究结果对IGBT芯片建模及压接型IGBT器件安全运行具有重要的指导意义。     

计及裂纹损伤的IGBT模块热疲劳失效分析

以实际IGBT功率模块为研究对象,通过有限元分析技术(FEM),探究裂纹损伤对IGBT模块热特性及疲劳寿命评估的影响规律,通过加速老化实验对有限元仿真结果进行验证.结果表明,焊料层裂纹是造成IGBT模块热阻增加的主要原因,在裂纹未萌生和萌生初期,裂纹对模块热特性的影响较小;一旦模块损伤到某一阶段,随着裂纹的继续扩展,模块热阻将近似指数增大,继续服役将导致功率模块在短时间内失效.通过研究发现,IGBT模块的疲劳寿命不仅与功率循环条件相关,还受到焊料层疲劳现状的影响,因此计及焊料层的疲劳累积效应的物理寿命模型相对于解析寿命模型能够更准确地对IGBT模块寿命进行评估.     

采用全阶状态观测器的IGBT模块结温预测

为解决控制器功率器件过温失效问题,需要对IGBT的PN结温度进行实时精确估计。设计全阶状态观测器对IGBT的结温进行实时估计,并综合考虑电、热参数的相互影响,采用闭环控制实现结温的估计修正;根据双脉冲测试原理搭建IGBT动态特性离线测试平台,研究导通电流、母线电压、结温对IGBT损耗的影响,采用线性插值法推导IGBT损耗的数学模型;根据热-电比拟理论建立热网络模型,搭建热阻测试平台获得温度与瞬态热阻变化曲线;基于IGBT热网络模型推导各温度节点的状态方程,针对开环估计方法估计精度差的问题,设计全阶状态观测器,利用观测器输出壳温和实测的壳温之间的误差对结温估计值进行实时修正。搭建基于Matlab\\Simulink的仿真平台,验证了IGBT结温估计的有效性和准确性;搭建结温预测实验平台,采用热敏参数法对结温状态观测器进行验证。仿真和实验结果表明,估计的结温能够很好地跟踪实际值,验证了提出方法的准确性。     

压接型IGBT器件单芯片子模组可靠性寿命仿真研究

随着柔性直流输电和电力机车等大功率领域的发展,压接型IGBT器件因其功率等级高、易于串联、双面散热和失效短路的优点,已逐步替代传统的焊接式IGBT模块。压接型IGBT器件各部件之间通过压力进行固定连接,在工作过程中各部件间会产生巨大的循环热应力,各部件在长时间循环热应力的作用下会出现金属疲劳,从而对于压接型IGBT器件的使用寿命产生影响。基于有限元法建立了压接型IGBT器件单芯片子模组的仿真模型,通过设置芯片表面的接触热阻和摩擦系数,对于各部件金属疲劳过程进行仿真模拟,利用金属疲劳寿命预测模型对压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命进行了预测,得到了不同压力下压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命。仿真结果表明,压接型IGBT器件单芯片子模组的可靠性寿命与压力的关系近似为高斯分布,这对于压接型IGBT器件的使用以及后续的研究具有指导性意义。     

热界面材料对晶闸管换流阀热阻的影响

热界面材料应用于晶闸管换流阀上,能够增强其在高压直流输电整流电流时的散热能力,从而确保工作环境的安全稳定。在大功率晶闸管水冷散热器热阻流阻测试平台上测试了几种典型的热界面材料的系统有效热阻,探究了压装压力、冷却水流量、加热功率以及材料自身特性对系统有效热阻的影响。结果表明:在当前实验条件下,系统有效热阻随压装压力和冷却水流量的增大而减小,随加热功率的增大而增大;热界面材料对系统有效热阻降低的效果从大到小依次为:低熔点合金导热膏石墨烯导热膏TC-5625导热膏空气层铟箔;受压变形具有一定流动性的热界面材料应用于晶闸管换流阀时系统有效热阻更低。     

基于接触热阻的高速精密电主轴热特性分析

主轴系统热问题是高精度机床必须要考虑的关键问题,接触热阻的大小影响机床的传热性能,从而影响其加工精度. 利用表面接触的分形理论,计算接触面的量纲一的接触面积,针对接触微凸体的热阻由基体热阻和收缩热阻形成接触对,建立了一个考虑接触界面基体热阻和收缩热阻的表面接触热阻模型,讨论了不同的分形参数对接触热阻的影响. 以立式加工中心电主轴系统为研究对象,分析了电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,运用有限元软件对电主轴模型在有无接触热阻2种情况下的稳态温度场和稳态热变形进行仿真分析. 讨论了有无热阻情况下电主轴温度和变形变化量,论证了接触热阻对电主轴热温度场和热变形的影响. 结果表明:电主轴考虑接触电阻时温度将升高,变形将增加.     

真丝薄型织物热湿性能与其结构参数关系的探讨

本文使用非稳态下织物传热传湿测试装置，对Ｌ２７（３１３）正交设计试制的真丝电力纺试样．进行了纯热阻、湿阻及热湿交互作用下的热阻、湿阻测定。并按测试结果建立了真丝薄型织物热湿性能与其结构参数间的多元线性回归方程。结果表明，织物厚度是影响薄型织物热阻、湿阻的一个显要因素；热、湿交互作用下织物的热、湿值小于纯热、湿条件下的热、湿阻值。为薄型织物热湿性能设计提供了参考．     

真丝薄型织物热湿性能与其结构参数关系的探讨

本使用非稳态下织物传热传湿测试装置，对Ｌ２７（３＾１３）正交设计试制的真丝电力纺试样，进行了纯热阻、湿阻及热湿交互作用下的热阻、湿阻测定。并按测试结果建立了真丝薄型织物热湿性能与其结构参数间的多元性回归方程。结果表明，织物厚是影响薄型织物热阻、湿阻的一个显要因素；热、湿交互作用下织物的热、湿值小于纯热、湿条件下的热、湿阻值。为薄型织物热湿性能设计提供了参考。     

定热流热响应实验确定岩土热物性方法

针对工程中常用的定热流热响应实验方法,分析研究了采用不同传热模型耦合不同数据处理方法对确定岩土热物性及钻孔热阻的影响,研究结果表明:采用线热源模型与柱热源模型确定的岩土热物性及钻孔热阻存在较大差异;岩土容积比热对导热系数的确定影响很小,但对钻孔热阻影响较大;三参数估计确定导热系数及钻孔热阻具有良好可信度,但是对于热扩散率的确定稳定性较差.通过分析总结,以最小平均误差作为线热源及柱热源传热模型的权值分析基础,提出三参数估计耦合线热源及柱热源模型的加权平均方法确定岩土热物性及钻孔热阻,该方法具有稳定性好,可信度高的特点.     

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.     

中空玻璃传热系数实验与研究

传热系数是用两侧环境温度定义的,因此要求有适合的测量温度方法来确定环境温度.在测试低热阻的试件时,表面换热系数是非常重要的,此时表面换热系数是总热阻的重要组成部分.测试中或高热阻的试件时,如果试件两侧的空气温度和辐射温度的温差都小到满足准确度的要求,在试验时也可以只记录空气温度.标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内,该空间的温度可与计量箱内部的温度不同.采用高热阻的箱壁使得流过箱壁的热损失较低.输人的总功率和侧面迂回热损中、进行修正.用测试已知热阻的标定试件来确定箱壁损失及迂回损失的修正值.为标定迁回损失,标定试件应与被测试件具有相同的厚度、热阻范围和预定使用的温度范围.     

一维高阶非线性晶格链中的负微分热阻

负微分热阻效应是设计微纳热器件的理论基础.本文采用非平衡分子动力学模拟的方法,系统的研究了具有高阶非线性相互作用的一维质量梯度晶格中的热传导性质.计算了六次非线性势强度、系统尺寸对负微分热阻的影响,所得结果具有一定理论指导意义.     

热印头发热电阻温度场的有限差分法

用有限差分法对热印头发热电阻（热阻）的温度场进行了理论计算,得到了对热阻通电与不通电两种状态下热阻的温度场．采用红外热像仪及配套系统对其进行了测试,实验结果与理论计算结果吻合良好．     

圆筒式织物热湿阻测试仪的研究

设计了可以测试织物热阻和湿阻的圆筒式织物热湿阻测试仪,介绍了该仪器的基本组成机构,并根据热湿阻指标原理给出了该仪器测试织物热阻和湿阻的计算方法,结果表明该仪器测试稳定性高,热湿阻测试结果与传统仪器测试结果具有一致性,具有一定的准确性和可靠性。     

温差电组件串并联连接的热阻解析模型

为了选择合适的温差电组件和外部换热器,根据非平衡态热力学理论和牛顿冷却定律,对温差电组件采用串并联连接方式的温差发电系统进行了研究,导出了系统输出功率的热阻解析模型,探讨了温差电组件总数量、并联组件数量、热电模块及其热端和冷端的热阻等对系统性能的影响.结果表明,系统电阻与负载电阻、热电模块热阻与其热端和冷端的热阻之间存在匹配关系,能使系统获得最大的输出功率;随着并联组件数量的增加,最大输出功率和回路电流得到了提高,但系统的输出电压却降低了.研究结果为温差发电系统的合理装配及性能优化提供了理论参考.     

感性负载条件下IGBT开通过程分析

针对IGBT的开通过程中,研究了感性负载条件下IGBT的开通过程中栅极电压、集电极电流、集射极电压随时间变化的特点及其相互关系。详细阐述了栅极电容随栅极电压变化的机理以及栅极平台电压产生的机理,分析了驱动电阻对栅极电压的影响。根据IGBT开通电流特点,提出用二次函数来拟合IGBT开通时的集电极电流波形,同时还分析了主回路杂散电感对开通波形的影响。搭建了IGBT动态开关特性测试平台,测量结果验证了本文分析的正确性。     

多层服装热湿传递特性的预测

利用出汗暖体假人“Walter”测试各层服装及不同服装组合在10℃、45％的温湿度环境下的热阻、湿阻，研究了多层服装系统的热阻值与各层服装热阻值算术和之间的关系及多层服装系统的湿阻值与各层服装湿阻值算术和之间的关系。研究结果表明，服装系统内各单件服装的有效热阻（或湿阻）或基本热阻（或湿阻）累加和可以用来预测服装系统的热阻（或湿阻）。     

一种基于热线法的横观各向同性材料导热系数的测量方法

材料的导热系数是其重要的热物理特性参数之一,高效地测量各种材料的导热系数具有较重要的实际工程意义.在工程上,有较多材料具有横观各向同性的性质.对于横观各向同性材料导热系数的测量较常用的方法为稳态热平板法.该方法通过在不同方向上对试样施加热流,在材料内部产生稳态的温度分布,通过热流与温度梯度的关系反算导热系数.稳态热平板法基于稳态传热理论,原理简单,但耗时较长,对于待测试样较多的情形,具有一定局限性.热线法基于瞬态传热理论,是一种简单快捷的材料导热系数测量方法.本文基于横观各向同性介质中的热传导理论,对热线法进行了功能拓展,建立了一种利用热线法测量横观各向同性材料导热系数的新方法.将此方法应用于自制的人工横观各向同性材料,并将测量结果与相应的稳态平板法所得结果进行了比较.比较试验结果表明:只要测量过程中实际的探针-试样系统与其对应的理想模型之间具有较高的接近度,即能保证本文方法所得结果的可靠性及可重复性.     

多因素状况下热阻涂料固化特性及机理研究

为确定热阻涂料在不同环境条件下的固化状况，优选多种热阻涂料常用原材料，制备了具有良好热阻功效的路用热阻涂料，借助太阳辐射模拟设备系统研究了热阻涂料在不同光照强度下的固化时间及表面状况.采用程控恒温恒湿设备深入分析了不同湿度条件下热阻涂料固化时间的变化规律，借助定控风装置全面研究了风速对热阻涂料固化时间的影响规律.在此基础上，采用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope，SEM）微观分析手段，对不同环境因素影响条件下热阻涂料固化状态进行了微观表征，并深入分析了不同环境因素条件下热阻涂料的固化机理，为热阻涂料在道路领域的良好施工和应用提供依据.     

分层土壤地下埋管换热器的一种优化方法

针对天津滨海新区100,m深土体分层的特点,根据分层土体内温度分布的数值模拟结果,分析了回填材料热阻与管间热阻相对大小的不同组合对换热器综合性能的影响.结果表明:由于埋管换热器中地下传热过程存在比较明显的“热短路”现象,换热管间垂直方向的热隔离能产生较明显的强化传热效果,从而提出了增加U型管管间热阻,以便提高埋地换热器换热性能的方法.