一种基于关断电压的IGBT模块结温监测方法

实现准确的结温监测对增强绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性、延长器件寿命至关重要。文章提出了一种基于关断电压的IGBT模块结温监测方法,具有不受负载电流干扰的特性。该方法首先验证了关断电压作为温敏电参数的合理性;其次,采用深度神经网络(DNN),排除关断电压对负载电流的依赖,达到不同工况下保持准确结温预测的目的;最后,通过单相脉宽调制(PWM)进行试验验证。结果显示,该结温监测方法误差在±5℃的范围内,这表明利用DNN优化结温监测是可行的。

基于米勒平台电压的SiC MOSFET结温监测及校正方法

基于导通米勒平台电压的碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(SiC metal-oxide-semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)结温监测方法受到功率回路负载电流和驱动电路电阻等参数的影响,会造成很大的测量误差。文中以降压变化电路中的SiC MOSFET为研究对象,研究了负载电流和驱动电阻、电感对导通米勒平台电压的影响,并进行了多组校准试验,建立了新的结温监测方法。试验验证了文中提出的结温监测及校正方法的有效性,且最大误差小于6.9℃。文中提出的结温检测方法可在具有不同负载电流和驱动电阻的变换器中准确获取结温信息。

基于老化补偿的功率模块全生命周期在线结温监测方法

功率模块结温在线监测对提升系统性能和可靠性具有重要意义。应用导通饱和压降和电流对结温进行估计,对测量带宽要求不高,对硬件和算法的侵入性低,是比较理想的结温在线监测方法。但是传统的测量方法很难满足结温精度要求,另外长期工作下功率模块老化会引起温度模型参数漂移,进一步加剧结温估计误差。为此,该文提出一套高精度测量电路和采样校准策略,应用温漂抑制、动态自适应采样、误差定向标定、同步时序控制等策略,大幅提高了在线采样分辨率和结温估计精度。针对老化问题,提出一种基于大电流注入的急停控制策略,解决了老化特征参数在线辨识问题,实现了结温模型的老化补偿,大大提高了老化后的结温监测精度,实现了全生命周期高精度在线监测。最后,在250kW三相变流器平台上进行了实验验证,得到老化前后的结温估计误差,证明了该文方法对提高结温监测精度具有明显效果。

一种基于变流器工况特定开通时刻下米勒平台的IGBT结温监测方法

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心部件,监测其结温对于确保变流器的安全可靠运行具有重要的意义。依据电气参数的温敏特性,提出一种基于变流器特定开通时刻下米勒平台的IGBT结温监测方法,该方法可有效避免变流器运行工况对结温监测的影响。首先,分析了栅射极电压的充电过程,从理论上对特定开通时刻下米勒平台与结温的内在关系进行了阐述。其次,搭建小功率整流器实验平台,对不同温度下的米勒平台进行拟合,从而建立米勒平台与温度的映射关系,同时改变工况条件后对所提方法进行了验证;最后,对所提温敏参数影响因素进行了分析,理论与实验表明,该特征参数线性度较好,且不受工况的影响,可在变流器实际工况下实现IGBT结温的精准监测。

基于大电流导通压降法的车用IGBT结温监测方法综述

车用功率模块应用过程中,现有设计方法存在视在容量的浪费。结温在线监测可以增加可靠性,以大电流导通压降为状态量的热敏感电参数法最有可能实现结温在线监测。面对大电流导通压降法存在的标定困难、采样准确度低、验证困难等问题,建立了合理的热电耦合模型是基础手段,并以高准确性、高稳定性的结温在线监测为目标,从标定、采样、验证三方面进行综述和讨论。

SiC MOSFET和Si IGBT的结温特性及结温监测方法研究

为了研究结温对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗的影响,搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路和双脉冲测试电路,并针对SiC MOSFET和Si IGBT随结温变化的不同表现,提出了不同的结温监测方法。通过测试发现,SiC MOSFET和Si IGBT的导通压降和漏电流随结温升高而增大;Si IGBT的开通损耗和关断损耗均随结温升高而增大,而SiC MOSFET的开通损耗随结温升高先增大后减小,关断损耗随结温升高而增大;Si IGBT的开关时间随结温变化而单调变化,而SiC MOSFET的开关时间随结温变化没有明显的变化规律。

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。

基于热阻抗模型的三相逆变器功率器件结温监测方法

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块结温的精确计算是开展功率器件主动热管理、寿命预测的前提和关键。IGBT模块的导通压降和开关损耗均受温度影响,在计算损耗时应根据温度对结果进行修正。基于空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)的两电平三相逆变器,利用热阻抗模型预测法对IGBT模块的结温进行监测,建立了结温计算模型。然后通过PLECS软件热仿真对比验证了有无温度修正的理论计算方法,结果表明温度修正有利于提高结温计算的准确性。最后开展小功率两电平三相逆变器实验研究,利用热敏电阻法测量了IGBT模块的结温,计算结果与实验结果误差率小于2%,验证了结温计算模型的准确性和可行性。

IGBT疲劳下基于BP神经网络修正的结温监测

结温T_(j)是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的重要状态参数。大电流注入结温监测方法只需测量IGBT模块的饱和压降U_(CE)、集电极电流I_(C),然后根据数据手册的U_(CE)-l_(C)-T_(j)模型即可计算结温,便于工程在线应用。但是,随着IGBT模块疲劳,实际的U_(CE)-l_(C)-T_(j)关系会逐渐偏移,产生明显的结温监测误差。为此,在大电流结温监测方法中引入反向传播(BP)神经网络的自学习映射建模能力,提出一种由BP神经网络修正的结温监测方法,它根据部分历史数据将影响模块疲劳的工况累积量映射为一个疲劳因子,用于对大电流法的结温计算结果进行修正。搭建了疲劳加速功率循环试验平台,实现了对IGBT结温监测误差的量化观测,随后将已循环次数作为工况累积量,对所提结温修正方法进行了功率循环条件下的试验验证。结果表明,对象IGBT模块在1100h疲劳后期,标准大电流法的结温监测误差达到约20℃,修正后的误差小于0.5℃,验证了方法的有效性。

牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。

集成结温在线监测功能的IGBT智能驱动器

结温是表征功率器件寿命的重要参数,对功率器件结温进行监测具有重要意义。基于热敏电参数法,选取对温度敏感的电参量饱和导通压降V_(CE(sat))作为研究对象,在IGBT驱动器中集成高精度结温参数测量电路,使系统可在线监测功率器件结温。同时为了得到更加精准的热-电参量对应关系,通过分段拟合的方式对IGBT模块在工作状态下结温与V_(CE(sat))的关系进行数学建模。在此基础上,还设计了相应的退饱和检测电路和分级驱动电路。经过实验验证,最终解决了传统结温测量方式工程应用性差的问题,提高了参数采集精度,将热敏电参数的结温预测误差控制在±5℃以内。

基于电压对电流变化率的IGBT结温变化机理及监测方法

为了有效监测IGBT的工作结温,通过机理分析提出了一种基于电压对电流变化率的结温在线监测方法。首先基于半导体物理论述了IGBT饱和压降UCE与电流ICE的关系,得到了UCE、ICE与结温的对应关系,然后分析了结温对d UCE/d ICE的影响机理,进一步得到d UCE/d ICE随结温的变化规律,且所得规律不受电压、电流绝对值以及负载的影响。实验结果表明:在IGBT饱和工作区内随着结温的升高,d UCE/d ICE呈正比例增大,d UCE/d ICE与结温之间表现出良好的线性唯一对应关系,UCE在电流不变的条件下与结温也呈线性关系,并进一步得到了完整的UCE、ICE与结温的3维关系曲线,验证了机理分析。因此可通过监测d UCE/d ICE的值来有效表征IGBT的实时结温,该方法不受负载影响,更易实现。

基于大电流通态压降法的SiC MOSFET模块结温标定方法研究

本文提出了一种应用在大电流通态压降法测量SiC MOSFET模块结温中的低自热标定方法。针对标定过程中的模块电压漂移现象,采用SiC MOSFET模块热-电耦合模型对其温升过程进行仿真并找出导致电压漂移的诱因。为了降低标定短脉冲下的通态压降不稳定和自发热导致的SiC MOSFET模块电压漂移现象,根据热-电耦合模型的仿真结果设计了一种低自热标定方法,并设计实验进行验证。相比于传统的单脉冲标定方法,本文所提出的低自热标定方法自发热最大下降34%,模块自发热导致的结温监测误差由最初的26.9℃降低为7.6℃。

一种基于反向串联稳压二极管钳位的IGBT导通压降在线监测电路

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块应用广泛。为保证IGBT可靠工作,其结温监测吸引了广泛的关注。而集电极–发射极导通压降Vce为IGBT结温监测中最常用的参数,故在线监测Vce具有重要意义。为解决传统Vce测量电路中钳位电路引入测量误差、共模干扰的问题,文中提出一种IGBT导通压降在线监测电路,采用二极管反向串联稳压二极管作为钳位电路,同时通过引入缓冲电容对此类测量电路拓扑中的负压过冲进行抑制,相比传统电路可提高精度,增强可靠性,减少成本。提出电路的性能通过实验验证,并通过温敏电参数Vce实现对IGBT结温的监测,并将其结果与红外测温仪所测结温进行对比,验证该方法的有效性。