GaN HEMT瞬态结温光学测试技术及应用

对GaN HEMT瞬态结温测试中应用最广泛的3种光学测温技术进行了综述,分析了3种光学测试技术的优势和局限性。红外测温技术测试速度快、效率高,适用于大批量产品的筛选测试等,但是其响应时间为13~16μs,可能由于无法及时捕捉到器件的峰值温度而低估瞬态结温;微区拉曼光谱测温技术最佳时间分辨率为10 ns,可以有效测量器件的瞬态结温特性,由于采用点测温模式,其测量速度较慢,且难以实现对峰值温度点的定位及测试;光热反射测温技术具有最高800 ps的时间分辨率,采用成像形式对器件进行瞬态结温测试,其测试速度介于红外和微区拉曼光谱测温技术之间。随着光学测试技术的发展,不同测试技术的结合将为GaN HEMT瞬态结温的准确测量提供更加优化的方案,以满足不同的测试需求。

大功率二极管(晶闸管)瞬态电流持续时的瞬态结温评定

介绍大功率二极管(晶闸管)近似瞬态结温的评定模型。利用该模型可获得器件瞬态热阻和正向压降开始时的瞬态结温波形。应用电阻和电容网络的线性特性,从瞬态热阻曲线中得到热系统传递函数,然后,利用正向压降、正向电流和结温的相关关系,“反馈”器件正向特性中温度变化的影响。通过对模拟结果和在一个样品器件上的浪涌测试结果作比较,验证了该模型。

一种评估分析IGBT瞬态结温的方法

为了满足电网并网导则的要求,风能变流器等产品中需设计能量泄放单元,以实现故障穿越时,正常运行。泄放单元IGBT的安全性评估的重要依据是结温,本文分析了泄放单元选型设计及IGBT热阻模型,给出了一种评估IGBT瞬态结温的方法。

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。

一种电动汽车逆变器IGBT功率损耗和结温的近似计算方法

为了满足电动汽车对逆变器性能的要求并为功率模块组件的集成与散热设计提供依据,提出了一种近似计算逆变器功率损耗和结温的方法。文章基于IGBT的特性参数,对SVPWM逆变器的功率损耗进行了近似计算,并对逆变器在不同输出相电流频率时的瞬态结温变化情况进行了比较。结果表明该近似计算方法有效、可行。

脉冲功率晶闸管的小型化

小型化与轻量化是脉冲功率电源实用化的关键技术。功率半导体开关占据了脉冲电源体积相当大的比例。为减少功率半导体开关的体积与重量,本文提出一种以减薄铜基座对其进行小型化的方法。该方法通过建立和求解晶闸管暂态热传导数学模型,来分析晶闸管在浪涌电流下温度对时间和空间分布的特性。计算结果表明:在脉冲功率应用中,晶闸管铜基座厚度与硅片的峰值结温无关,铜基座厚度仅对热量的扩散时间和热平衡后的稳态平均温度有微量影响。根据理论计算的结果,本文试制了薄壳晶闸管样品,其厚度仅为常规型号的一半。样品测试结果显示了晶闸管浪涌电流能力和di/dt与常规管壳的基本一致。薄壳方案同样适用于二极管。

基于晶闸管的直流可控避雷器关键技术

电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)级联系统具备诸多独特优势,但其低压端模块化多电平换流器(MMC)由多个电压源换流器(VSC)换流器并联组成,当发生交流侧故障时会引起低压端直流母线过电压。为抑制MMC过电压问题,提出在直流母线侧安装直流可控避雷器。对交流侧故障时MMC过电压机理进行了理论分析,提出了直流可控避雷器拓扑结构。在深入分析直流可控避雷器不同运行方式的基础上,给出了直流可控避雷器的直流混合可控开关所需的极限电流耐受能力。为实现开关触发的快速性,提出在直流混合可控开关中采用串联晶闸管阀组方案。通过晶闸管Cauer计算模型仿真研究了极限电流下晶闸管阀组瞬态结温,验证了设计方案的合理性。基于某规划直流工程进行直流可控避雷器设计,并给出了主设备布置方案。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了系统的仿真模型,验证了所提出的直流可控避雷器拓扑抑制系统MMC过电压的有效性。