IGBT模块结温预测BP神经网络模型

探索了BP(Back Propagation)神经网络在IGBT模块结温预测中的应用。首先从物理机理角度分析了IGBT模块中饱和压降、集电极电流与温度的内在关系。通过IGBT结温测试试验,获取了三者的关系图,并建立了基于饱和压降的温敏参数法结温预测模型。最后建立了BP神经网络结温预测模型,并与温敏参数法进行了对比分析,证明该方法计算速度更快,误差降低。     

基于神经网络的IGBT结温预测

针对大电流下绝缘栅型双极晶体管(IGBT)饱和压降和集电极电流与结温之间的非线性关系带来的结温预测难题,搭建了大电流下IGBT饱和压降测试系统,获取了结温和集电极电流与饱和压降之间的非线性关系曲线,分析了关系曲线变化规律对应的物理机制.采用Matlab软件建立了误差反向传播(BP)神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型进行结温预测.与多项式数学模型预测结果对比表明:两种神经网络模型的预测相对误差和预测误差90%置信区间比多项式数学模型更小,结温预测精度更高;并且BP神经网络模型的预测精度高于RBF神经网络模型,结温预测模型选择时应优先考虑BP神经网络模型.     

基于反向恢复电流的绝缘栅双极型晶体管模块动态结温估测方法

针对传统结温估测方法响应速度慢、测量误差大问题,采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的反向恢复电流作为温敏电参数,提出一种新型结温估测方法。分析了IGBT模块结温和负载电流对反向恢复电流的影响机理,并建立了三者间的理论关系。考虑实际工况并采用试验数据拟合得到IGBT模块的结温预测模型,通过比较试验测量数据与预测模型计算结果的差异,证实了采用反向恢复电流提取IGBT模块动态结温的估测方法具有较高的估测精度和较快的响应速度。     

IGBT模块电气参数测试及分析

针对不同集电极电流及开关频率下的开关过程设计并搭建了IGBT电气参数测试系统。试验测录了IGBT模块在开关过程中的电压、电流波形,对电压、电流波形进行数据处理,得到IGBT模块的开关时间和开关损耗;根据对IGBT模块的开关损耗进行分析,得到IGBT模块的开关损耗在随着集电极电流和开关频率变化的规律。     

DFIG网侧变流器控制策略的改进研究

当电网电压发生跌落时,风电变流器中直流母线电压会发生波动,影响风电系统的稳定运行.为了使直流母线电压快速恢复至指定值,基于电网电压定位方法,引入锁相环并改善前馈解耦,对DFIG网侧变流器的模型进行推导和分析.当电网电压对称跌落时,网侧变流器的电流参考值得到适当补偿,以降低直流母线电压波动.为了验证该控制策略的有效性,在Matlab/Simulink软件环境下搭建风电系统模型并进行仿真.仿真结果表明,所提出的改进控制策略能够有效降低直流母线电压波动.     

IGBT电气参数的温度特性分析

大容量电能变换装置越来越需要IGBT能工作在更高的温度,而温度过高会导致电气参数发生较大的变化,甚至会带来灾难性的损坏.本文研究了IGBT电气参数的温度特性,对从常温到高温时的开关时间、栅极开启电压、导通压降、集电极漏电流等进行了理论分析和实验研究,结果表明IGBT在高温时电气参数受温度的影响变大,电气特性和温度特性的耦合关系变强,最显著的是集电极漏电流成指数特征增长,结论对指导IGBT模块的电热特性设计具有一定的意义.     

三相逆变器中绝缘栅双极型晶体管模块结温仿真评估

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的工作性能和可靠性以及逆变器中IGBT模块散热系统的设计等均与其工作结温直接相关,掌握器件的结温状况对于确保其安全可靠的使用和冷却装置的合理选择具有重要意义。推导获得基于数学方法的IGBT模块损耗模型和实现热电模拟的Foster热网络模型,基于此在MATLAB/Simulink中建立了简单实用的三相逆变器中IGBT模块结温仿真评估模型,同半导体器件制造商软件计算方法相比,加入了热电耦合因素,可以更真实地模拟器件芯片结温状况,并分析了不同负载工况下IGBT模块结温的变化趋势     

绝缘栅双极型晶体管失效机理与寿命预测模型分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要失效机理,特别是键合引线失效过程,采用高速红外热成像仪对键合引线失效过程的结温温度场分布实时探测试验,同时对IGBT模块电气与传热特性进行监控,发现IGBT在高结温与高温度梯度时主要的失效形式是键合引线翘曲与熔化,在外部特性上表现为集射极压降值增大,而热阻基本不变.提出了提高器件可靠性、延长使用寿命的方法.在加速寿命试验原理的基础上,通过开展高温下的功率循环测试,并对试验数据进行拟合,得到了加入电流等级和最高工作结温的改进寿命预测模型.通过试验数据误差分析对比,发现该模型精度较原有模型在不同测试条件下均有提高,适用范围从80 K拓宽到100K.     

兆瓦级风电变流器IGBT模块的热特性分析

以某企业建立的采用液冷冷却系统的IGBT模块实验平台为基础,对一3MW紧凑型风电机组的IGBT模块的热特性进行了分析.根据在动态实验中采集到的数据,得出了逆变器输出功率与时间的关系,并结合实验数据对模块温度以及发热量的变化特性进行了分析,得到了兆瓦级风电变流器中IGBT模块温度与发热量随时间的变化关系.实测结果表明,该风电机组逆变器的效率为98.62%,IGBT模块的最终工作温度保持在50~56℃,说明采用的液冷冷却系统对大功率IGBT模块具有良好的冷却效果.     

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。     

DFIG网侧变流器双闭环控制策略

针对传统双馈风力发电机(DFIG)网侧变流器控制比较复杂、鲁棒性较差、输出电压不稳定等缺点,设计了基于ADRC的直流母线电压外环和基于PID的电流内环的双闭环控制系统,通过控制变流器输出电流,达到维持网侧PWM变流器直流母线电压恒定和保持定子侧输出单位功率因数的目的.不仅能实现良好的控制效果,而且还能降低系统硬件复杂度,提高双馈风力发电机的利用效率.仿真结果表明:双闭环控制策略能有效维持网侧变流器直流母线电压稳定,保证直流电压波动较小,降低电压畸变率,具有较强的抗干扰能力.     

稳压式变极性焊接电源中的IGBT功率损耗和温升模型

在稳压式变极性焊接电源的输出电流极性变换过程中,加载在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上的瞬间脉冲功率损耗可能会使IGBT结温发生突变,可能超过最高结温允许值,进而影响其安全工作。该文利用热-电等效的局部网络模型,导出了在电源给定输出电流和再燃弧电压等参数条件下的IGBT最高结温计算公式,并将计算结果与仿真结果进行对比,证明了导出公式的正确性。分析了主要运行参数对IGBT最高结温的影响,获得了在选定IGBT型号时将其结温控制在安全范围的约束条件,为变极性焊接电源二次逆变电路设计时合理选择IGBT器件和优化运行参数提供了参考。     

基于单管IGBT的挤塑机电磁加热系统设计与实现

针对传统挤塑机电阻式加热存在效率低、加热慢以及温度稳定性差等问题,设计了基于单管IGBT控制的电磁加热系统,给出了系统主要硬件电路和软件流程。在谐振电路参数L=120μH、C=0.8μF的情况下,分别选取160℃和200℃的挤塑机炉膛加热温度对系统进行了测试,发现加热功率管IGBT的栅极驱动脉冲占空比分别为23%和34%,集电极峰值电压分别为566V和672V,炉膛温度控制误差约为±1℃。测试结果表明,系统设计的电磁加热系统可以安全可靠工作,温度控制精度满足挤塑机加热要求。     

基于STM32微控制器的数控稳压稳流电源设计

基于STM32微控制器设计了数控稳压稳流电源.该电源由数控模块、稳压稳流调整模块与LCD显示模块组成,采用STM32调整和控制稳压稳流调整模块的工作状态及监测电路的输出电压电流的大小,再经过运算放大器隔离放大、输出控制功率管的基极,随着功率管基极电压的变化,集电极输出不同的电压和电流.实验表明,电源输出的最大相对误差为0.25%,具有较高的精度,其输出稳定,受负载变化影响小.     

IGBT并联运行均流问题仿真分析

采用IGBT并联运行是提高变流器通流能力的有效途径,但必须解决好并联IGBT的电流均衡分配问题.对造成IGBT模块并联运行时静态不均流与动态不均流的各种因素进行了理论分析,利用Pspice仿真工具进行了验证.提出了相应的均流措施,并进行仿真分析,验证了均流控制方法的有效性.     

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.     

基于PSCAD的双馈风电机组低压穿越控制策略

随着风电机组装机容量的不断增加,风电场并网规范对风电机组的运行要求越来越严格,要求具有外部电网故障下不脱网运行（低压穿越）的能力.为了研究双馈风电机组（DFIG）在低压穿越控制策略的优化方面提供有效的动态仿真与分析平台,并克服Matlab/Simulink仿真环境下所建模型在动态性能方面存在的不足,采用PSCAD仿真软件建立了双馈风电系统的动态仿真模型.通过分析电网对称故障时DFIG的暂态特性,并对转子电流与定子磁链的关系分析得出涉及定子磁链动态过程的改进矢量控制方案,配合转子侧Crowbar保护电路,并对网侧变流器进行有功和无功功率的解耦控制,从而使得电网对称故障时转子过电流、直流母线电压和转矩剧烈波动的情况得到了解决.     

一种功率晶体管自适应基极驱动原理

研究了采用微分变压器实现理想的隔离耦合,探测集电极电压实施运行监控与脉宽限流式保护;采用“贝克箝位”的原理实现临界饱和状态工作,探测输出电流的变化率,预报大电流的出现,实现无延迟的速断保护与短路运行,同时给出了GTR理想的基极驱动电流的一种自适应的基极驱动的原理电路.     

基于加速寿命试验的IGBT模块寿命预测和失效分析

针对IGBT可靠性分析与寿命预测问题,提出了一种利用加速寿命试验对IGBT模块使用寿命进行预测的新方法.论述了加速寿命试验的原理与方法,提出采用对数正态分布描述IGBT模块的寿命分布,以阿伦尼斯模型为基础,利用极大似然估计法对试验数据进行统计与分析,建立了IGBT模块的寿命预测模型,实现了对正常应力下模块寿命的科学估计,并对IGBT模块的失效机理进行了详细分析.结果表明,IGBT模块寿命服从对数正态分布,纠正了以往认为其服从Weibull分布的错误思想.随结温差和平均结温的增大,IGBT模块寿命逐渐减小,并且当模块到达寿命终点时,其最终失效形式为热失效.     

基于混合储能系统的双馈风力发电系统直流电压控制策略

风电系统故障及其处理过程中,双馈电机双变流器间会产生不平衡有功功率,导致直流母线电压变化引发电容击穿.基于变流器和直流电容的模型提出混合储能装置中超级电容器和蓄电池的协调控制策略,依据经验模态分解法提取直流侧功率幅值变化的高、低频分量控制DC/DC变换器,进一步计算了混合储能装置的容量约束方法,并通过MATLAB搭建模型验证上述策略.仿真结果表明:该方法能减少故障期间电机直流侧不平衡功率,稳定直流侧电压,提高系统的高-低电压穿越能力.该方法易于工程实现,可为风电机组配备故障全程穿越控制技术提供参考.