多数据驱动人工神经网络的IGBT结温在线估计方法

传统结温估计方法因其无法根据 IGBT 模块健康状态实时调校,从而导致当模块发生封装退化后无法准确估计结温。 因此,为解决在实际工况中模块封装退化造成的结温估计误差问题,建立了一个基于多数据驱动的以人工神经网络为主体的 IGBT 结温在线估计模型。 首先,确定饱和压降作为温敏电参数并研究其构成,分析其与集电极电流,芯片结温和封装退化之间 的耦合关系。 随后,为解决封装退化造成的饱和压降温度特性变化问题,提出结合米勒电压温度特性的优势,配合饱和压降与 集电极电流驱动人工神经网络算法构建结温估计模型,并通过搭建实验平台提取数据,完成模型的训练。 最终,通过与传统结 温估计方法对比估计误差,新模型将结温估计误差从 20%降低到了 5%以下。     

一种新型的基于Vce-on的IGBT模块结温实时估测法*

文中提出了一种新型的利用通态V_(ce-on)实时估测结温的方法。首先分析了被测IGBT模块通态V_(ce-on)与温度的相关性,然后通过软件提取了模块的互连材料参数,该方法大大降低了实验成本,操作也更加简便。最为重要的是,充分考虑了内部材料电阻对IGBT模块结温的影响,并对其进行了补偿。最后,通过比较红外摄像仪测量结果和实时估测结温验证了该方法的有效性。     

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。     

模块化多电平换流器IGBT状态参数在线监测方法*

考虑模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter ,MMC)可靠性与关键元件参数密切相关,本文提出一种针对其子模块(Submodule, SM)中绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)状态参数估计的新方法。首先分析子模块开关状态量与电压的关系并建立桥臂电压数学模型;针对通过传感器采集的桥臂数据存在测量噪声,引入卡尔曼滤波理论,在线性最小方差准则下,建立了MMC子模块IGBT状态参数监测信息的数学模型,从而得到桥臂各子模块IGBT状态参数。该方法仅利用输电系统中已布置传感器,无需添加新的采集点,在不增加量测系统复杂度的同时有效降低投资成本与采样开销。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所提出的估计算法的有效性,且能有效消除桥臂传感器噪声的影响。该方法对提高监测系统的便携性,降低成本和能耗,有一定的参考价值。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

基于Vth和Vce的IGBT结温测量方法对比研究

小电流下饱和压降法（Vce法）和阈值电压法（Vth法）是IGBT热阻测试标准中推荐使用的两种结温测量方法,然而并没有说明两种方法测得的结温的关系及等效性。首先理论分析了小电流下饱和电压和阈值电压的电压构成,表明Vce法测得的结温反映的是芯片集电极侧的温度信息,Vth法测得的结温反映的是芯片发射极侧的温度信息,由于芯片内部存在垂直温度梯度,推断Vth法测得的结温将高于Vce法测得的结温;然后根据两种测量方法的测量原理,搭建了IGBT结温测量平台,在不同负载电流下用两种方法测量结温,实验结果验证了理论预测,且两种方法测得的结温的差值随着负载电流增加而增大。最后,提出一种简易热校准模型用于快速计算差值,使得两种方法的结果可以等效变换并进行公平对比。     

IGBT结温模拟和探测方法比对研究

针对适用于电力电子器件结温模拟和探测方法,分别采用RC热网络法、有限元(FEM)数值计算法、热敏电参数法和红外热探测法4种结温分析及探测方法在同样加热电流时对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温特性进行了深入比对研究.比对研究结果表明在很多对温度分布不要求精确确定的工程应用场合,可用RC热网络模型法和热敏电参数法进行模拟...     

电磁搅拌电源IGBT结温检测系统研究与应用

精准的逆变IGBT内核结温大小实时检测是连铸生产线上的电磁搅拌装置系统正常可靠长久运行的前提条件 之一.首先分析了传统IGBT结温检测系统的特点以及各自适用场景,接着分析电磁搅拌专用变频电源中IGBT结温 检测系统所应具备的条件,最后采用大功率IGBT自身内部携带的NTC热敏电阻传感器,并结合电压源采集处理电 路和电流源传输处理电路优势,设计一种适用于大功率电磁搅拌专用变频系统的IGBT结温在线检测系统.该IGBT 结温检测系统具有硬件电路简单、成本低、容易集成和电磁兼容性好的优点.试验和应用实践结果表明该系统满足大 功率电磁搅拌电源系统对IGBT结温在线实时检测的性能需求,该系统已集成在国内某公司的电磁搅拌装置系统中.     

计及热阻与发射极电感匹配的并联IGBT芯片稳态结温均衡方法

在大量芯片并联的IGBT器件内部,热阻和发射极寄生电感是决定芯片稳态结温分布的关键参数。因此,合理设计芯片并联支路的热阻和发射极寄生电感,对均衡并联芯片的稳态结温非常重要。为此,该文首先建立两IGBT并联芯片的电热模型,研究并联IGBT芯片动态损耗与结温、发射极寄生电感之间的规律。并通过瞬态电热耦合计算,研究热阻和发射极寄生电感对并联芯片结温分布的影响。在此基础上,提出计及热阻与发射极电感匹配的并联IGBT芯片稳态结温均衡方法,可通过联立方程得到热阻或发射极寄生电感的参考值,从而避免复杂的电热瞬态计算。最后以两IGBT并联芯片为例,给出不同工作频率下并联芯片的稳态结温,表明了该文所提稳态结温均衡方法的有效性。     

高压大功率IGBT器件温度系数校准方法研究

结温的准确测量对于功率IGBT器件状态监测和可靠性评估具有重要意义,小电流下饱和压降法作为使用最广泛的结温测量方法被各类测试标准推荐使用,温度系数校准是使用该方法的第一步,也是结温测量的基础.传统的温度系数校准方法对于高压大功率IGBT器件存在适用性和准确性的问题.首先,深入讨论和对比了目前常用的2种温度系数校准系统的...     

IGBT结温及温度场分布探测研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)采用传统的集总参数热路法只能得到一个平均结温,不能获得芯片表面的温度场分布,因此有必要开展结温探测及温度场分布研究.先在数值仿真软件ANSYS热仿真分析环境里采用有限单元法(FEM)得到模块温度场分布,利用红外热成像仪探测IGBT模块芯片表面结温,获得了结温瞬态温度场分布,分析了结温温升及...     

IGBT模块结温估计方法及其温度特性研究

为了准确快速地估计结温,研究了IGBT模块的温度特性及基于温度敏感电参数TSEP(temperature sensitive electrical parameters)的结温估计方法。首先在不同壳温的条件下,测量IGBT开关过程中的门极-射极电压Vge、集电极-射极电压Vce和集电极电流Ic,并以上述参数作为TSEP;然后分析了TSEP随温度变化的机理,研究了TSEP典型特征与温度的关系,并将其量化;最后提出一种准确的IGBT结温估计方法。实验测试结果表明,基于TSEP的典型特征的结温估计方法切实可行。     

风电变流器IGBT模块损耗及结温的计算与分析

针对双馈风电变流器IGBT模块在交变热应力的长期作用下导致故障频发的问题,提出其损耗与结温的准确计算模型及不同工况下两者变化规律的研究。首先,建立了机侧及网侧变流器在整流或逆变模式下IGBT模块损耗及结温的计算模型;其次,对机组在不同运行工况下,其损耗和稳态结温进行分析。结果表明,随风速的增大,机侧与网侧变流器IGBT模块的损耗变化规律不同;机侧变流器IGBT模块的结温波动剧烈,尤其是在同步风速附近区域。     

IGBT功率模块热网络模型建立及其参数辨识方法综述和展望

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心器件,其可靠性受到广泛重视。而结温过高或者温度波动过高是导致功率器件失效的主要因素,故实时精确地监测IGBT模块结温对于提高其可靠性具有重要意义。通过建立热网络模型,然后对其电路进行仿真可获取结温,该方法因简单易行且可实现对结温的在线监测从而得到广泛应用。对现有的热网络模型进行了总结和归纳,并根据模型结构将其分为一维、二维和三维三类。然后,对近年来热网络模型的参数辨识方法的研究情况进行探讨,并对各个方法进行了比较和评价。在此基础上,对未来新的热网络模型和模型参数辨识方法的研究方向进行了展望。     

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。     

基于集总参数法的IGBT模块温度预测模型

从IGBT模块的内部结构和故障机理分析,得到影响IGBT模块可靠性的主要因素是温度的结论,而IGBT模块各层的温度是很难用实验的方法测取的。为了解决这一问题,在分析IGBT模块内部导热机理的基础上,利用瞬时非稳态导热的集总参数法建立热网络模型,并给出热损耗值、等效热阻、等效热容的提取方法。通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据、实测的底板温度和有限元模型相比较,热网络模型温度预测误差小于5%。