基于Vth和Vce的IGBT结温测量方法对比研究

小电流下饱和压降法（Vce法）和阈值电压法（Vth法）是IGBT热阻测试标准中推荐使用的两种结温测量方法,然而并没有说明两种方法测得的结温的关系及等效性。首先理论分析了小电流下饱和电压和阈值电压的电压构成,表明Vce法测得的结温反映的是芯片集电极侧的温度信息,Vth法测得的结温反映的是芯片发射极侧的温度信息,由于芯片内部存在垂直温度梯度,推断Vth法测得的结温将高于Vce法测得的结温;然后根据两种测量方法的测量原理,搭建了IGBT结温测量平台,在不同负载电流下用两种方法测量结温,实验结果验证了理论预测,且两种方法测得的结温的差值随着负载电流增加而增大。最后,提出一种简易热校准模型用于快速计算差值,使得两种方法的结果可以等效变换并进行公平对比。     

LED结温测量方法

结温是LED器件热性能的重要指标之一,结温的高低对LED的光电性能,可靠性具有重要影响。研究结温的测量方法,是LED照明领域的重要课题。目前已报道了多种测量方法,主要有正向电压法和管脚测温法等接触测量法,峰值波长法、蓝白比法,红外摄像法,相对辐射强度法和有限元法等非接触式方法,本文对这些测量方法进行综述,给出了各种测量方法的原理和测试步骤,总结并分析了各种方法的利弊。     

发光二极管灯具工作结温的检测方法及应用

发光二极管（LED）灯具工作结温是产品性能的重要性能指标,工作结温直接影响到LED灯具的使用寿命,但目前国内在这方面标准的制订相对落后。通过对LED灯具工作结温检测原理的介绍,阐述了LED实验室采用的检测方法及检测过程,并应用于LED灯具的设计开发中。     

高功率密度紫外LED结温测量与仿真

散热性能的好坏决定了高功率密度紫外LED的辐射效率和寿命。其中结温是判断芯片热学性能的重要指标之一。本文设计了紫外LED的水冷系统,采用正向电压法和红外测温法测量了紫外LED芯片的结温以及基板温度,同时利用COMSOL进行实验系统仿真。结果表明,在电流20 A、水冷温度20℃时,单颗紫外LED芯片的输入功率为73.38 W,功率密度815.3 W/cm²,结温70℃。仿真与实验结果相符。     

大功率IGBT模块结温提取研究

为了提高大功率功率变换器的可靠性,需要对大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块进行温度监测,到目前为止,该领域对高压IGBT的研究很少。本文搭建了双脉冲实验平台,对4.5 kV、1.2 kA IGBT模块开关瞬态时的热敏感电参数进行了测量,并对每个参数是否适用在线结温提取以及预期成本进行了讨论。结果表明,大多数参数除温度外还强烈依赖于负载电流和母线电压,最合适的结温提取参数是准阈值电压和开通时集电极电流变化率,它们都可以通过IGBT的寄生电感来获取。     

IGBT模块在线结温预测方法对比研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块以其驱动简单、功率等级高、功耗小、热稳定性好等优点,被广泛应用于光伏发电、航空航天、电动汽车、船舶等各类电力电子设备中。IGBT模块作为电力电子设备的核心部件,其可靠性一直都是制造商与用户重点关注的问题,而结温波动被认为是导致IGBT模块失效的主要原因。因此,如何估算或测量IGBT模块的结温是研究IGBT模块可靠性的重点。此处对常见的热敏感电参数(TSEP)进行分析,并通过IGBT模块双脉冲测试平台进行了实验对比,实验结果表明相比较于其他TSEP,关断时间对结温的灵敏度更高,线性度更好,为最佳TSEP。     

基于大电流通态压降的IGBT功率模块结温监测方法的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)是限制新能源汽车可靠性和成本的关键因素。结温监测能够提升IGBT功率模块的功率密度,提高系统可靠性,降低成本。基于此,提出一种基于大电流通态压降的IGBT功率模块结温监测方法。首先分析通态压降与结温之间的关系,然后设计通态压降结温校准电路,并基于小电流通态压降对校准结果进行验证。最后,分别使用数学模型和神经网络模型拟合结温和通态压降的关系,对基于模型对结温进行预测。结果证明,大电流通态压降能够准确测量结温。     

基于感应电压的大功率IGBT模块结温检测研究

大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块广泛应用于电力系统、机车牵引和风力发电等众多领域,其健康状态与可靠运行是电力电子系统关注的重点.IGBT结温检测是其可靠性分析与状态检测研究的关键.基于热敏感电参数(TSEP)法,分析了感应电压与结温之间的关系,通过实测建立了感应电压测量结温的三维模型,最后设计和搭建了基于H桥拓...     

考虑基频结温波动的风电变流器可靠性评估

目前风电变流器可靠性评估,无法在考虑实际风速、气温等外部环境长期随机变化的情况下考虑基频结温波动对变流器可靠性的影响。文中提出一种结温迭代算法,可以快速数值计算出功率模块结温。该方法与结温电热仿真方法相比,在保证计算精度的同时能大大缩短计算时间。文中以1.2MW直驱风力发电系统为例,利用提出的结温数值计算方法并结合实际风速和气温数据快速计算整年器件结温,采用Bayerer寿命模型和线性累计损伤理论实现了计入基频结温波动的风电变流器可靠性评估。最后还对可靠性计算结果进行了验证,对比分析了机侧和网侧变流器的可靠性差异、低频和基频结温波动对变流器可靠性的影响。结果表明,大功率直驱风力发电系统,机侧变流器可靠性问题更为严重,且基频结温波动对变流器可靠性的影响不容忽视。     

基于传热动力学作用特征的IGBT结温预测数学模型

提出一种基于传热动力学作用特征建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温预测模型的建模方法。针对目前IGBT结温预测模型无法灵活应用于多时间尺度仿真与快速计算模式的问题,通过将简单(阶跃)信号下得到的动力学作用分量应用于复杂(PWM)信号下,建立IGBT结温预测数学模型。基于经典Cauer传热RC网络结构,建立针对阶跃功率输入信号的IGBT结温预测数学模型。提出采用自然解耦的方法,对IGBT传热动力学特性进行研究,建立传热动力学作用分量的准确表征。在此基础上,采用自然解耦与精确补偿的方法,建立针对PWM脉冲功率输入信号的IGBT瞬态结温预测数学模型。仿真与实验结果验证了模型的正确性与准确性。所建IGBT结温预测数学模型对于查明IGBT器件的传热动力学作用机理,实现结温的快速有效仿真与计算,建立IGBT传热多时间尺度数学模型具有重要的理论意义和应用价值。     

IGBT结温获取方法及其讨论*

IGBT模块的寿命预测研究与可靠性分析等都与结温有密切的关系,因此研究结温的获取方法是研究IGBT模块可靠性的基础。文中将IGBT模块的结温获取方法分为了两大类,分别为结温模拟法与结温探测法,结温模拟法主要是对IGBT进行建模进而计算其结温,结温探测法是对IGBT模块的结温进行实时测量。文中分别对两大类结温获取方法进行了分析,根据各种方法的特点分别将其归类并进行阐述,并对比分析了各方法的优缺点,给出了适用范围。最后指出了结温探测的发展趋势以及需要解决的关键问题,以促进该领域的进一步发展。     

环境温度和驱动电流对LED的峰值波长的影响

LED作为一种节能高效的发光器件,其光学特性受驱动电流、环境温度等因素的影响。本文主要研究不同的环境温度和驱动电流模式对不同波长LED峰值波长的影响,选取了可见光波段内的13种不同的波长的LED、3种不同的环境温度、10种不同的驱动电流进行实验,并得出以下实验结论:①在相同温度情况下,415~531 nm波长区间内的LED的峰值波长随着驱动电流占空比的增加而增加,在591~740 nm波长区间的LED的峰值波长随着驱动电流占空比的增加而减小。②在相同模式电流驱动下,随着环境温度的升高,所有不同波长类型的LED的峰值波长都增加,即发生红移,且LED峰值波长的移动量与温差之间具有很好的线性关系。③环境温度的升高可以使得LED波长增大,且这种波长增大量与LED本身波长有关,温度使红光LED波长增大量Δλ红明显比蓝光LED波长增大量Δλ蓝要高。④环境温度与驱动电流共同作用下,可以使得LED峰值波长出现更大的偏移量,两种因素对LED峰值波长的影响效果可以叠加。实验结果希望可为改变LED光学特性提供参考。     

基于晶闸管钼层实测温度计算结温的方法

为获得较准确的晶闸管结温,提出了基于晶闸管钼层实测温度计算结温的共扼梯度算法。分析了共轭梯度法用于求解结温的具体步骤,并通过FORTRAN语言编译形成LOG命令流,导入ANSYS软件中来实现算法,该方法对于未知的低频分量,以较少的迭代次数即可以得到准确解,对于未知的高频分量,通过多次的迭代也能够获得准确的返溯值,因而具备处理多个未知量且收敛速度快的优点。以KPD3000-72型晶闸管应用于直流输电领域为例,分别在直流稳态、单波次浪涌电流和3波次浪涌电流的试验条件下进行计算,结果表明所得结温准确,为传统热阻抗法提供了校核的依据。     

IGBT模块结温估计方法及其温度特性研究

为了准确快速地估计结温,研究了IGBT模块的温度特性及基于温度敏感电参数TSEP(temperature sensitive electrical parameters)的结温估计方法。首先在不同壳温的条件下,测量IGBT开关过程中的门极-射极电压Vge、集电极-射极电压Vce和集电极电流Ic,并以上述参数作为TSEP;然后分析了TSEP随温度变化的机理,研究了TSEP典型特征与温度的关系,并将其量化;最后提出一种准确的IGBT结温估计方法。实验测试结果表明,基于TSEP的典型特征的结温估计方法切实可行。     

IGBT结温及温度场分布探测研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)采用传统的集总参数热路法只能得到一个平均结温,不能获得芯片表面的温度场分布,因此有必要开展结温探测及温度场分布研究.先在数值仿真软件ANSYS热仿真分析环境里采用有限单元法(FEM)得到模块温度场分布,利用红外热成像仪探测IGBT模块芯片表面结温,获得了结温瞬态温度场分布,分析了结温温升及...     

高压大功率IGBT器件温度系数校准方法研究

结温的准确测量对于功率IGBT器件状态监测和可靠性评估具有重要意义,小电流下饱和压降法作为使用最广泛的结温测量方法被各类测试标准推荐使用,温度系数校准是使用该方法的第一步,也是结温测量的基础.传统的温度系数校准方法对于高压大功率IGBT器件存在适用性和准确性的问题.首先,深入讨论和对比了目前常用的2种温度系数校准系统的...     

基于关断电流最大变化率的压接式IGBT模块结温提取方法

压接式绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)模块因优越的电气性能和封装设计,受到柔性直流输电等大功率应用场合的青睐,其模块可靠性也成为大功率应用场合研究的重点,而IGBT模块结温是影响器件可靠性的重要因素。基于压接式IGBT模块双脉冲测试平台,介绍一种基于关断电流最大变化率的压接式IGBT模块结温提取方法,分析压接式IGBT芯片结温和模块关断电流最大变化率间单调变化关系,并利用压接式IGBT模块封装结构固有的寄生电感有效获取关断电流最大变化率的信息,以此来反推模块结温特性。最后通过压接式IGBT双脉冲测试平台验证了通过模块关断电流最大变化率进行压接式IGBT结温提取的可行性。