并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

具有自适应浮空分裂栅IGBT的特性研究

为降低传统绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关损耗E_(SW),提出了一种具有自适应浮空分裂栅的IGBT结构(AFSG-IGBT),并进行了仿真研究。此结构在传统载流子存储沟槽栅双极晶体管结构(CSTBT)的基础上,在沟槽栅中集成了分裂栅和P型结型场效应晶体管(JFET)。栅极与P型JFET相互耗尽,可以大幅降低米勒电容C_(GC),并且降低E_(SW)。在AFSG-IGBT导通时,P型JFET的沟道被夹断,使分裂栅保持在浮空状态,从而保证足够的注入增强效应。仿真结果表明,相比于CSTBT,AFSG-IGBT在高集电极电压下C_(GC)降低了79.7%,栅极电荷Q_(g)降低了52.6%。在导通压降(V_(ON))为1.4 V和集电极电流为100 A/cm^(2)的条件下,AFSG-IGBT的开通损耗E_(on)和关断损耗E_(off)分别比CSTBT低了37.1%和28.5%,并且该结构在驱动电阻分别为5Ω和10Ω时都显示出更优良的V_(ON)-E_(SW)折中关系。

一种IGBT简化结温曲线计算方法

文章基于离散积分原理实现对基波周期内的结温量化表达,开发了一种简化结温曲线方法,将包含详细结温信息的结温波动曲线转换为仅含关键结温信息的简化结温波动曲线,计算精度高,同时能够快速确定最大/最小结温及其出现时刻,极大地降低了计算负担。通过不同基波频率的结温仿真分析,文章所提方法能很好反映结温波动变化,计算精度高。相较于其他结温计算方法,文章所提方法的计算速度优势明显,适应于长时间尺度计算。最后,通过功率考核试验实测结温波动,验证了该方法的准确性。

基于TCAD的IGBT温度特性模拟研究

为测试绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)在工作中的温度特性,利用基于有限元方法的TCAD,模拟仿真了IGBT在不同温度下的静态特性及开关特性,结合硅的热疲劳机理及IGBT损耗分析对IGBT的温度特性进行理论研究,并建立沟槽栅IGBT模型,将IGBT所处温度作为变量,调节设置IGBT工作温度,通过监测栅极电压、集电极电压及集电极电流等参数,得到IGBT在不同温度下的转移特性曲线、输出特性曲线、击穿特性曲线和开关特性曲线,验证与分析理论研究的合理性与准确性。研究结果表明,高温度对IGBT的正常工作具有十分显著的影响,过高的温度可能会导致IGBT出现提前开通、开关难以控制、损耗增大,甚至器件损坏的结论。该研究工作对提高大功率IGBT高温工作稳定性具有参考意义。

基于风电场运营工况的风电变流器IGBT寿命预测研究

风电机组的运行工况、器件的老化程度对IGBT的使用寿命具有较大的影响,目前对IGBT进行寿命评估时,大多未考虑风电机组的运行工况与IGBT当前寿命等因素。以风电变流器中的IGBT作为研究对象,对其寿命及可靠性进行评估。根据西北某风电场SCADA系统实测数据,利用Simulink仿真软件搭建风力发电机组模型与瞬态双界面法,获取运行一定年限后的IGBT热阻抗,建立Foster热网络模型;利用Simulink和PLECS软件进行电热联合仿真,计算风电IGBT器件的热损耗,以获得结温信息;利用雨流计数法、寿命预测模型和线性累计损伤模型,得到在当前工况下西北某风电场风电IGBT的损伤度。该方案给出了基于完整运行工况的IGBT寿命评估流程,相较其他IGBT寿命评估方法,考虑因素更全面,预测结果更准确。

调制方式对电动热泵压缩机控制器IGBT温度影响

通过对SVPWM控制原理研究,分析三相调制与两相调制对电动热泵压缩机控制器中分立式IGBT模块损耗的影响。基于Simulink搭建温度估算模型,实机验证调制方式对IGBT模块温度的影响。

基于IGBT的大功率驱动器热性能研究

针对高电压、大电流的大功率工况下,IGBT频繁开关动作导致发热极其严重的问题,分析计算了IGBT的发热情况,总结出了减小IGBT发热的方法,设计了IGBT的散热结构,分析了散热结构的散热性能。通过实际工况验证,证实了IGBT热损耗估算方法的可行性、散热结构设计的科学性、散热结构散热性能热阻计算方法的合理性,为高性能、高电压、大电流驱动器的研制提供了有效的借鉴和参考。

逆变器IGBT损耗计算及冷却装置设计

计算逆变器IGBT损耗及水冷系统的方法在实现过程中,综合考虑了门极驱动电阻、直流母线电压、温度和结温对IGBT损耗的影响,给出了SVPWM调制算法下逆变器IGBT及Diode的导通损耗、开关损耗、总损耗、温差及结温的计算方法,考虑到IGBT损耗与结温相互影响的特点,利用自定义热路模型,提出以环境温度为初始条件的循环迭代算法,最后给出了IGBT结温、壳温及散热器温度曲线。在此基础上,设计了一款中压变频调速系统用水冷散热系统,与实验值比较,两者吻合很好,肯定了解析法的精度,表明了该方法的正确性与可行性。

逆变器中IGBT功率模块的电热联合仿真模型

功率半导体器件是逆变器中失效率最高的部分,计算功率器件的损耗与结温对预测功率器件的寿命具有重要意义。分别从损耗计算和热路计算两个方面简述了逆变器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块及其反并联二极管的电热模型的计算原理,并搭建了该电热联合仿真模型,进而得到IGBT与反并联二极管的损耗波形与结温波形。将仿真得到的结果与利用电力电子仿真软件PLECS中自带的IGBT模块搭建的逆变器的仿真结果对比,验证了该模型的合理性与准确性,并大大缩短了仿真时间。将在某风电场中获得的逆变器输出电流输入仿真模型中,得到IGBT的结温曲线,可以为IGBT寿命预测等研究提供数据支持。

双馈风电机组变流器IGBT结温计算与稳态分析

针对双馈风电机组机侧变流器长期处于低频下运行导致故障率高的机理问题,提出其功率器件绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)结温准确计算方法及其变化规律的研究。首先基于不同损耗分析方法,结合IGBT热网络,建立了IGBT结温计算模型,并对一个实际IGBT在不同结温计算方法下的稳态结温进行比较。其次,结合双馈风电机组运行特性,分别建立其全范围工况下机侧变流器IGBT的结温计算模型。最后,分析了双馈风电机组在不同风速下机侧变流器IGBT稳态结温变化规律及其影响因素。结果表明,基于开关周期损耗的结温计算方法更适合较低频率运行下IGBT结温的准确计算;双馈风电用机侧变流器IGBT稳态结温波动幅值随变流器输出频率的降低而增大。

IGBT损耗计算和损耗模型研究

器件的损耗对系统设计、器件参数及散热器的选择相当重要。损耗模型主要分为两大类:基于物理结构的IGBT损耗模型(physics-based)和于数学方法的IGBT损耗模型。对近年来的各种研究情况进行了讨论,并给出了其相应的应用范围。

PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析

描述了ＰＷＭ 方式开关电源中ＩＧＢＴ 的工作特点，介绍了损耗的简便测量及分析方法，为ＩＧＢＴ 的选择和热设计提供了参考。

PWM逆变器中IGBT的损耗计算

针对目前应用广泛的 PWM逆变器中的 IGBT,提出了一种其功率损耗的计算方法 ,该法根据厂家已提供的器件特性参数 ,可以方便地估算各种工况下 IGBT的功率损耗 .实验证明 ,该方法兼顾了简单和精确两个方面 ,效果较好 .

基于IGBT离线测试平台的功率逆变器损耗准在线建模方法

逆变器损耗研究一直是电力电子领域的一个重要研究方向。现有方法大多依赖于器件厂商提供的数据手册,但是这些数据的提取环境为标准测试环境,与实际工况并不一致。本文提出一种基于IGBT离线测试平台的准在线建模方法,用该方法分析与等效逆变器的各种换流模式、调制方法和负载类型,借助离线测试平台模拟逆变器实际工况下的换流模式、驱动情况、缓冲电路以及杂散参数等工况,并调用测试平台建立的开关动态特性多维数据库得到逆变器实际工况下各开关工作点的开关能量损耗,最终计算出功率逆变器的损耗。与实测损耗的对比证明了该准在线建模方法的正确性。该建模方法对散热器的选取、高效率逆变器结构的优化设计具有重要的参考价值。

基于PSPICE仿真的IGBT功耗计算

结合无刷直流电机控制器的设计,提出了基于PSPICE仿真的绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)功率损耗的估算方法。建立了IGBT电路仿真模型,给出了IGBT功率损耗与开关频率和栅极电阻阻值之间关系的仿真结果。最后,给出了功率损耗的计算方法,对不同开关频率和不同栅极电阻时的功率损耗进行了定量计算。结果表明,增大开关频率和栅极电阻会使IGBT的功率损耗增加。

IGBT开关特性离线测试系统

介绍一套容量为1200V/150A的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开关特性离线测试系统。该测试系统包括器件开关特性的硬件测试平台和开关损耗建模软件平台两部分。硬件测试平台将计算机作为控制中心,根据用户在LabVIEW界面上选择的母线电压、集电极电流、门极电压、门极电阻以及温度等参数,通过RS232接口控制DSP完成开关特性测试,通过GPIB接口设置示波器,保存记录的波形。软件建模平台利用记录的电压、电流波形数据,采用3种平均模型(幂函数模型,幂函数与多项式结合的模型,神经网络模型)建立开关损耗模型。该系统实现了电力电子器件开关特性测量和损耗模型建立,方便用户预测工作范围内任一测试条件下的器件开关损耗。

IGBT模块开关损耗计算方法综述

IGBT模块开关损耗计算方法有基于物理方法的损耗计算法和基于数学方法的损耗计算法。基于物理方法的损耗计算是采用软件仿真的办法建立相应的物理模型得到开关动态波形,计算损耗;基于数学方法的损耗计算是采用各种数学的方法建模,计算损耗。对各种开关损耗计算法进行讨论,并给出其相应的优缺点。

基于PSPICE仿真的IGBT功耗计算

基于PSPICE仿真,结合无刷直流电机提出了IGBT功率损耗的估算方法,研究了IGBT功率损耗与开关频率和栅极电阻阻值之间的关系。

基于BP神经网络的IGBT模块开关损耗求解

如何准确求解绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的开关损耗值,是电力变换器性能和寿命研究中的关键问题之一。针对现有IGBT开关损耗模型难以准确求解开关损耗值的缺陷,引入了基于粒子群算法优化的误差反向传播(BP)前馈神经网络模型。将影响开关损耗的5个主要因素(集射工作电压、集电极电流、驱动电压、驱动电阻、结温)作为BP神经网络的输入向量,并采用粒子群算法优化网络的初始权值与阀值,通过共轭梯度法的学习规则加速收敛,从而获得开关损耗的精确求解值。该模型实现了在额定值范围内对各种工况下的IGBT模块开关损耗值的可靠预测,其在100组测试验证样本下所出现的最大误差比率为3.85%。

PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析

指出PWM方式开关电源中IGBT的工作特点 ,介绍损耗的简便测量及分析方法 。