基于拓扑优化的车用功率模块Pin-Fin设计方法

集成Pin-Fin散热器可以降低功率模块的结-流热阻，是车用电机控制器热管理的发展趋势。然而，传统参数设计方法无法定量表征Pin-Fin的形貌结构，设计自由度低、设计效果欠佳，难以实现Pin-Fin的热-流协同设计。基于变密度拓扑优化方法，该文提出一种Pin-Fin形貌结构的设计方法，建立Pin-Fin设计的变密度拓扑优化模型，分析模型参数对优化结果和收敛性的影响规律，形成以结-流热阻和冷却液压降为目标的协同优化方法，探索Pin-Fin结构的热-流耦合规律和强化换热方法，得到最优的Pin-Fin散热器形貌结构，搭建变流器实验平台和车用电机控制器样机，对标商业化圆形Pin-Fin结构，以及三角形、菱形和水滴形等其他形貌结构，计及母线电压、负荷电流和冷却液流量的影响，实验结果验证了所提模型方法的可行性和有效性。实验结果表明：基于拓扑优化方法设计的Pin-Fin结构，与传统结构相比可以降低12%的结-流热阻，消除了多芯片结温差异的80%，为车用功率模块和电机控制器研究提供新的思路。     

基于PZT压电陶瓷的SiC MOSFET缓冲吸收电路EI北大核心CSCD

在高速关断过程中,碳化硅(silicon carbide,SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管器件呈现出严重的电压过冲和振荡,降低器件电压裕量。通常,采用缓冲吸收电路改善SiC器件的关断电压轨迹。然而,现有研究忽略SiC器件与吸收电路的交互规律和工作温度对吸收电路性能的影响,限制缓冲吸收电路的应用。针对这些问题,该文提出一种基于锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷的缓冲吸收电路,分析PZT的温度特性,通过建立半桥电路与PZT缓冲吸收电路的高精度交互模型,揭示PZT缓冲吸收电路与SiC器件的耦合规律,利用特征方程-根轨迹方法,定量刻画PZT缓冲吸收电路的参数设计域。对比评估工作温度对多种缓冲吸收电路性能的影响。实验结果表明,所提设计方法能很好地抑制关断电压过冲与振荡,验证设计方法的有效性。相较于传统RC缓冲吸收电路,PZT缓冲吸收电路在工作温度发生变动后,仍然具有很好的抑制效果,且抑制效果随工作温度的上升而不断增强。为SiC功率器件的暂态稳定性分析,以及功率模块和缓冲吸收电路的集成设计,提供有益的参考。