应用于车载变流器的RC-IGBT工作特性

逆导型IGBT (RC-IGBT)是将IGBT功能与续流二极管功能集成在一个芯片上,实现了在相同封装体积下,可获得更大的功率密度,由于IGBT与二极管紧密的移相热耦合,在相同散热条件下,RC-IGBT允许的工作结温更高.同时,RC-IGBT的本征二极管还受到栅极电压控制,通过栅极电压控制策略,可以降低器件损耗,优化系统特性.介绍了RC-IGBT的基本工作原理和二极管退饱和控制特性,研究了RC-IGBT应用于变流器系统的损耗优化控制策略,分析了应用RC-IGBT的单相脉宽调制(PWM)整流器的工作特性与损耗特性.通过一个具体的应用工况运行仿真,分析对比了RC-IGBT和普通IGBT在PWM整流器应用中的损耗特性.结果显示,应用RC-IGBT后总体损耗有所降低,验证了RC-IGBT退饱和脉冲控制的有效性.     

基于改进线性同余算法的随机参数的生成研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的结温是导致其失效的重要因素。为了抑制IGBT的结温,本文在IGBT器件中引入一种新型随机脉冲宽度调制(RPWM)策略,其结温的上升和波动会有效地降低。通过线性同余算法产生伪随机数,引入马尔科夫链算法与之相结合,使产生的随机序列的随机性得到强化,进一步抑制对IGBT的结温效果。实验结果表明：IGBT器件在给定的时间段内运行时,采用该新型随机PWM策略比未采用时IGBT器件的结温温度要低3.56 K,表明基于引入马尔科夫链的线性同余法的随机PWM策略能较好地抑制IGBT的结温。     

高空飞行器供油驱动系统IGBT模块结温特性研究

对高空飞行器供油驱动系统在特定负载状态下的IGBT模块结温特性进行研究。高空飞行器对供油驱动系统的高功率密度要求高及环境散热条件差的状况,使得其关键部件IGBT模块在功率裕量与结温控制方面更为严格。根据负载特性精确计算结温,对于在特定散热条件下系统的可靠运行非常重要。运用非稳态导热的Foster集总参数法,分析IGBT模块点热源特性及其他热源对计算影响,建立一种含校正系数的热网络模型,并在短时脉冲过载及输出低频两种特有状态下,对IGBT模块的结温特性进行分析。通过对高空飞行器飞行过程中IGBT模块结温特性的计算,结合仿真软件Semisel的对比分析,验证了建模和分析本文所提方法的有效性。     

一种混沌映射随机数在IGBT驱动模块中的应用

IGBT模块在现代工业技术上的应用十分广泛,研究表明结温过高是影响其安全性与可靠性的主要原因之一.为了抑制运行中IGBT模块的温升,本文运用Logistic混沌映射随机数算法,通过对DSP芯片输出的PWM波周期的随机化,探究其在IGBT模块运行时的温升抑制作用.经过实验验证,在IGBT模块结温从45℃升～53℃过程中,随机周期PWM比正常PWM方式的温升时间增多了88.8 s,表明该方式对IGBT模块的温升抑制效果良好,在现代工业技术领域中有较好的应用前景.     

IGBT老化状态下基于BAS-SVM模型的结温预测方法

为进一步研究IGBT老化对其结温的影响,提出了一种新型的结温预测方法。通过功率循环加速老化实验,模拟模块实际运行老化状态,获取了不同老化程度下的饱和压降、集电极电流和结温数据,并进行分析。采用数据驱动的方法,建立了基于天牛须搜索算法优化支持向量机(BAS-SVM)的结温预测模型。结果表明,与粒子群算法-支持向量机(PSO-SVM)模型和天牛须搜索-BP神经网络(BAS-BP)模型相比,BAS-SVM模型更能有效缩短训练时间,收敛速度更快,且对IGBT结温的预测精度更高,是一种更有效的预测模型。     

一种新型IGBT结温计算模型

为进一步研究IGBT电热参数与结温的关系,提出了一种用于计算IGBT结温的改进电热耦合模型。通过温度循环加速老化试验模拟IGBT的老化过程,记录不同老化程度下IGBT的电热参数,直到IGBT失效。根据电模型和热模型建立电热耦合模型,将不同老化程度下的电热参数及模型相结合,得到改进的电热耦合模型。采用单一参数法,研究了不同老化程度下电热参数对结温的影响。利用IGBT的稳态结温数据,得到电热参数对结温的影响度。     

基于电热耦合模型的功率器件结温预测

结温预测对于功率器件的可靠性分析具有重要意义,基于此,提出了一种基于电热耦合模型的功率器件结温预测方法。首先通过Twin Builder软件建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的行为模型,通过电路仿真的手段获取IGBT的平均功耗为324 W;然后将IGBT的功耗代入有限元仿真模型中得到了IGBT模块温度场分布,最高温度为99.58℃;最后搭建了IGBT模块结温测试平台,将仿真结果与实验数据进行对比,验证温度场计算模型的有效性;并实验对比了IGBT功耗分别为119 W和294 W下的最高结温,得到的温度场计算误差在10%以内,验证了IGBT有限元模型的有效性。     

单相PWM整流器能量双向传输的实现技术

本文论证了高功率因数电能转换和负载电能回馈电网的实现是电力节能的关键问题.在对电压型单相PWM整流器的拓扑结构以及其工作原理分析的基础上,提出了相应的控制方法,并分别对主电路参数和PI调节器参数进行了选择和设计,重点对IGBT的驱动电路进行了详细的设计.基于Matlab计算机仿真软件,文中对整个单相PWM整流器控制系统进行了建模和仿真,结果表明,PWM整流器控制系统能很好地实现高功率因数电能转换和电能的双向传输.     

基于虚拟电网磁链定向的三电平PWM整流器矢量控制研究

为实现无网侧电压传感器的三电平PWM整流器控制,在分析三电平PWM整流器数学模型的基础上,采用一种新颖的虚拟磁链观测器,提出了基于虚拟电网磁链定向的三电平PWM整流器矢量控制策略,在双三电平变频器系统中对其进行了实验研究。实验结果表明,该控制系统可提高整流器功率因数,并具有良好的动静态特性。     

双馈风电变流器IGBT模块损耗及结温的计算分析及变化规律研究

针对双馈风电变流器IGBT模块在交变热应力的长期作用下导致故障频发的问题,提出其损耗与结温的准确计算模型及不同工况下两者变化规律的研究。首先,建立了机侧及网侧变流器在整流或逆变模式下IGBT模块损耗及结温的计算模型;其次,对机组在不同运行工况下,其损耗和稳态结温进行分析。结果表明,随风速的增大,机侧与网侧变流器IGBT模块的损耗变化规律不同;机侧变流器IGBT模块的结温波动剧烈,尤其是在同步风速附近区域。