新能源转换系统功率模块驱动可靠性分析与试验

目前推挽结构的功率模块驱动可通过减小驱动电阻将导致开通、关断时间的缩短,但同时也将导致开关过程中IGBT功率器件电流、电压热应力的增加,从而使功率模块可靠性降低。对此,在分析功率模块失效机理和热模型的基础上,提出一种基于dSPACE的分段控制算法,通过软件和硬件结合分段控制功率模块开、关断速度。通过实验揭示了功率模块的表面温度变化规律,得出表面温度变化的指数曲线,并证明了该控制方法具有良好的驱动和保护功能,在缩短开关时间的同时可以有效抑制电压、电流应力的增加,并能有效减少新能源转换系统中输出电压和电流的谐波、提高电压利用率和波形质量,使新能源转换系统可靠性得到提高。

高精度ADS1256转换器及其在捷联惯导系统中的运用

首先分析了ADS1256的结构和主要性能,利用其多路差分输入的特点来采集捷联惯导系统中陀螺和加速度计的信号,采用DSP控制时序,将采集的结果通过高速串口送给RS232,然后再传给导航计算机进行导航解算,这样大大提高了导航运算的精度和速度,使惯导产品向小型化和高精度方向的发展成为可能。

老化试验条件下的IGBT失效机理分析

IGBT模块失效机理是变流器可靠性状态监测的基础,通过分析模块老化失效机理,得到饱和压降Uce补偿模型和结温Tj计算模型,建立IGBT模块功率循环实验平台,验证模块失效的物理过程和机理,得到IGBT模块在老化过程中电气和热参数的变化趋势,并建立热阻的退化模型,分析不同工作条件下对模块老化的影响。试验结果表明,模块在交变温度下焊接层失效是模块的主要失效方式,失效过程中其特征参数热阻满足参数退化模型,结温差越大模块越容易发生失效。通过IGBT模块的老化实验分析器件的老化机理,为变流器的状态监测和运行可靠性评估奠定一定基础,也为功率器件的可靠性设计提供决策支持。

基于电-热-机械应力多物理场的IGBT焊料层健康状态研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效将导致功率变流器故障,而IGBT主要失效模式之一——焊料层疲劳则主要是由于温度分布不均匀和材料参数不匹配引起的热应力造成。因此研究IGBT模块温度-机械应力分布特性,对变流器安全评估尤其重要。基于所建立的IGBT功率模块电-热-机械应力多物理场模型,分析了IGBT模块稳态以及瞬态下的热-机械应力分布特性规律。基于论文提出的模型,针对IGBT焊料层疲劳失效,分析了焊料层空洞位置以及大小对功率模块热-机械应力的影响规律,结果表明焊料层热应力最大值出现在焊料层边角以及空洞边缘处,相同面积下拐角空洞更容易导致IGBT模块失效,而且芯片结温随着中心空洞半径增加而升高,当空洞率达到50%时,结温温升达到5.10℃,严重时将会导致模块失效。基于能量微分以及热应力理论,本文提出了基于温度梯度评估焊料层运行状况的方法,并从理论以及仿真模拟层面,验证了该方法的准确性,并分析了不同焊料层失效程度对温度梯度的影响规律,发现温度梯度变化规律与结温变化规律一致,且灵敏度高,具有可追踪故障点位置的优点。

老化实验条件下的IGBT寿命预测模型

以器件功率循环为基础,在疲劳损伤理论基础上建立功率器件寿命模型,以提高变流器的运行可靠性,为功率变流器的检修维护提供理论基础。给出了器件寿命预测模型的使用价值和意义,通过分析功率器件失效机理,设计了功率循环实验平台和老化实验方案,阐述了老化实验原理并给出了老化参数提取方法。利用Weibull分布建立了器件的一维寿命模型并分析了该模型的优缺点,提出了改进的器件三维寿命模型,通过对比、分析证明了该模型的准确性,得到的Arrhenius广延指数模型更能体现器件寿命分布。

应用于交流微电网谐振抑制的有源阻尼器及控制

为了抑制微电网中多台并网逆变器间因相互耦合所引发的谐波谐振,提出了一种有源阻尼器及其控制方法。有源阻尼器通过对其并网点处电压和电流中的谐波分量进行检测和反馈控制,改变和重塑微电网内的谐波阻抗,向谐波网络引入足够的电阻和电导分量,从而有效地阻尼谐波谐振的发生。由于有源阻尼器仅针对高次谐波电流进行补偿和抑制,可以大幅降低其额定容量。因此,在不改变微电网中并网逆变器软硬件结构的情况下,可以利用一个小容量的有源阻尼器变流器装置灵活地治理微电网内的谐波谐振。利用PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

计及焊料层疲劳累积效应的IGBT模块寿命评估

作为大功率变流器的关键单元,绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）的高可靠性是系统稳定运行的重要保证,准确的寿命评估是提高系统可靠性的有效手段之一。然而,目前器件寿命评估多忽略焊料层疲劳造成的热阻、热载荷增大效应,易高估器件寿命。针对该问题,该文提出计及焊料层疲劳累积效应的IGBT模块寿命评估模型,该模型考虑焊料层失效位置信息以及疲劳造成的热特性反馈效应。首先,基于IGBT模块三维电–热–力多物理场耦合模型分析不同焊料层疲劳对模块热响应影响的差异;其次,提出基于Cauer模型的考虑焊料层疲劳位置信息的热网络更新策略;然后,基于该策略建立适时更新热网络的计及焊料层疲劳对模块老化加速作用的寿命预测模型;最后,与现有寿命预测模型对比分析实际风速下风机变流器中IGBT模块的寿命评估。

考虑老化进程对热参数影响的IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是风电转换系统中最为薄弱的环节之一,其准确的寿命和可靠性评估对风电系统安全运行尤其重要。然而,目前IGBT模块寿命评估模型主要采用基于数据手册的瞬态热阻曲线或者试验测试初始结果的热模型,并未考虑IGBT模块老化过程对热参数的影响。该文提出考虑老化进程对热参数影响的IGBT模块寿命评估模型,该模型能够计及老化过程中因热参数增大而带来的热载荷上升和寿命减小,提高了寿命评估的准确性。首先,理论和试验分析了老化进程对热参数的影响规律,提出了考虑老化进程影响的IGBT模块寿命评估模型;其次,对比分析了该模型与现有常用寿命模型之间的差异;最后以实际风电场为例,进一步分析了不同时间尺度下考虑老化影响的模块寿命消耗。

一种用于工业以太网的线性隔离放大器研究

介绍了一种用于工业以太网(EPA)智能模块中模拟信号放大的高精度线性隔离放大器,详细介绍了电路原理、工作过程以及为消除干扰,保证精度而采取的措施,成功地运用于某公司的国家创新基金项目,达到了预期的目的,可推广应用到其它需要高精度放大模拟信号的运用电路当中。

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.

计及疲劳累积及健康状态的风电变流器可靠性评估模型

双馈风机系统以其成熟性、稳定性和经济性在风力发电系统占据着主流地位。实际运行过程中,由随机风速和运行工况改变而引起的交变热应力,使得风电变流器可靠性逐渐降低。现有的风电变流器可靠性评估模型,大都只考虑大载荷作用或采用Miner线性疲劳累积模型,而忽略了变流器实际运行过程中小载荷作用以及健康状态对模块剩余寿命的影响。综合考虑这两种因素,采用分段式疲劳累积模型建立变流器可靠性评估模型,并设计功率循环试验对模型进行验证。同时在实际风速下对1.5MW双馈风电变流器进行算例分析,在不同健康状态下对比了开关频率、环境温度变化对双馈风电变流器可靠性的影响。结果表明,开关频率和环境温度对变流器可靠性影响较大,风电变流器故障率随着功率器件的老化显著升高。

浅谈高速公路视频监控系统的信息资源共享

由于时代的发展，我国高速公路的运输压力越来越大，也随着高速公路的建设和路线的增多，面对更多的压力和任务，使得监管部门对高速公路视频监控系统有了更高的要求和更多的信息资源互享需求。而同时地，由于科技和网络的发展，也使得高速公路的视频监控系统得到进一步完善，本文就高速公路视频监控系统的信息资源共享进行简单的研究并得出现时我国关于这方面的一些发展和存在问题。

双核嵌入式系统网络平台的实现

开发的双核系统平台是基于华恒ARM9 S3C2410的双ARM嵌入式系统网络平台。文章简要说明了该平台的硬件构成及其接口设计,并根据需要嵌入uClinux操作系统,最后给出该平台在路由器上的应用。

基于MISO模型的“自动控制原理”课程质量评价

"自动控制原理"课程是学习自动控制基础理论、掌握控制系统分析设计方法、实现自动化工程应用的一门非常重要的核心支撑性课程。本文提出多输入单输出(MISO)模型的课程教学质量评价体系,并应用于我校2014级"自动控制原理"课程的教学质量评价之中,实践表明取得了较好的评价效果。

基于瞬态热阻的IGBT焊料层失效分析

焊料层失效是绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolartr ansistor，IGBT）器件最主要的失效方式之一，有效的焊料层失效评估方法对提高系统可靠性尤其重要。该文提出了基于瞬态热阻的IGBT焊料层健康状态评估及失效部位判定方法，量化分析芯片焊料层失效、DBC焊料层失效对器件整体失效的贡献。首先，利用三维有限元仿真证明该方法评估功率器件焊料层疲劳老化的可行性；然后，提取IGBT模块的结构函数曲线建立三阶Cauer模型，实现对不同焊料层失效程度的量化评估以及失效点判定；最后，搭建试验平台，分析不同工况和失效状态下瞬态热阻曲线的变化规律，验证所提出的瞬态热阻法评估IGBT焊料层失效的有效性。