基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法

散热器可大幅提高功率器件的散热能力和热安全性。但在实际工程中,散热器成本需被严格控制,否则将严重影响整个电力电子装置经济性。为此,本文提出一种基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法。该方法在功率器件热网络模型的基础上,以器件结温最大值和热时间常数为热安全约束量,通过非线性优化算法,找寻最佳的散热器质量和散热面积参数,从而达到散热器成本最低的优化目标。以功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)及若干散热器为对象开展实例分析,结果表明所提方法能够为散热器的合理设计或选型提供重要依据。     

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。     

含电动汽车的主动配电网优化调度

电动汽车随机充电功率会影响主动配电网优化调度,为了解决这一问题。提出了含电动汽车的主动配电网优化调度模型,模型分为两个目标函数。首先,需要以负荷曲线的最小方差优化电动汽车的充电功率作为优化调度之前的目标函数,可以获得电动汽车连接电网的时间和充电功率。然后,建立以分布电源功率为控制变量使得配电网运行成本最低的主动配电网日前优化调度模型。最后,建立的模型在IEEE33节点配电网系统中进行多场景分析电动汽车对主动配电网优化调度造成的影响,并采用CPLEX优化规划软件来求解模型。结果表明:所建立的模型和方法不仅可以保证配电网经济运行,而且还能有效的利用电动汽车的充电来减少配电网负荷曲线的方差。     

LED结温的影响及测量方法

对于LED器件来说,结温是最重要的热性能参数之一,结温的大小对LED器件的输出功率以及可靠性具有很大的影响。超过一半的LED灯具的输入功率以热的形式被浪费,散热问题是LED灯具设计师所面临的最关键的问题。因此,获得准确的结温信息对于监控和评估灯具的健康状态至关重要。主要介绍结温对LED电学参数、LED发光特性以及LED器件的寿命的影响,然后对LED结温的测量方法包含正向电压法、管脚温度法、蓝白比法、红外热成像法、光谱法等进行详细描述并且分析彼此的优缺点。     

基于驱动电流切变的大电流下LED正向电压-结温关系检测方法

LED结温是表征其性能的关键参数之一,基于正向电压-结温关系进行结温检测被认为是目前最准确的方法。在研究了LED正向电压随结温变化关系的基础上,通过小电流驱动LED监测正向电压法检测结温平衡以获取结温的准确值,采用大电流触发连续采样获取结温变化前的大电流下正向电压值,并对其线性拟合,从而获得大电流下的LED正向电压-结温关系式。应用该方法对同一LED不同电流和不同LED同一电流的正向电压-结温关系进行多次检测,实验结果表明:拟合得到的正向电压-结温关系式准确、可重复性高,K值的相对标准偏差小于0.7%,结温计算的不确定度估计值小于0.5℃。该方法为基于正向电压法的结温精确检测提供了一种新的参考。     

直流传动变流器设计中的晶闸管结温核算

核算晶闸管结温,是设计变流器的重要依据之一,因为只有通过结温的计算,才能对装置的电流参数作出正确的选择。目前在我国这个问题急待解决。在制订国家际准:“直流电动机传动用变流器”中,作者在国内首次利用了我国晶闸管实测瞬态热阻抗曲线和热耗散功率与通态平均电流的关系曲线来计算晶闸管的结温。此种方法使用起来非常方便。本文对这一方法做了介绍。此文先从等幅矩形脉冲负载的结温计算着手,并指出了结温修正的方法,接着叙述了多级冲击重复负载的结温计算,对国家标准负载等级进行了验证计算,最后导出了不同标准负载等级之间的换算关系。     

功率LED芯片键合材料对器件热特性影响的分析与仿真

针对倒装型功率发光二极管器件,描述了功率LED器件的热阻特性,对不同芯片键合材料的功率LED热阻进行了分析,并运用AN SY S软件对3类典型芯片键合材料封装的功率LED热特性进行了仿真。仿真结果表明:采用功率芯片键合材料提高了功率LED的散热特性、降低器件PN结温,而采用普通热沉粘接胶作为芯片键合材料的功率LED的PN结温则较高,因此普通热沉粘接胶不适合用作功率LED的芯片键合材料。     

电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略

针对电压不平衡时储能变流器（Power Conversion System, PCS）出现网侧电流波形畸变严重且峰值过大等问题,提出了电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略.该策略通过控制目标参数k、电网电压不平衡度与瞬时功率波动、网侧电流不平衡度和网侧电流峰值的关系图深入分析了参数k、电网电压不平衡度对系统能量运行的影响,并在此基础上侧重抑制电流幅值及抑制功率波动两个控制目标,加入寻优算法,提出k参数仅在［-1,0］内选择的电流限幅储能变流器能量最优控制策略.仿真实验结果表明：该策略能通过k参数和电流限幅策略更加快速有效地将电流峰值限制在最大允许峰值,并且进一步减小功率波动,提升PCS的有功功率输出能力,体现了对储能变流器运行的能量优化.     

基于量子粒子群优化PI模型的主动队列网络拥塞控制

为了解决无线传感器网络拥塞引起的丢包率高和网络吞吐率过低,从而引起网络能量有效性和服务质量QoS降低的问题,提出了一种基于改进PI主动队列管理模型和量子粒子群(Quantum-behaved particle swarm optimization,QPSO)的拥塞控制方法.首先定义了改进的PI主动队列管理模型,然后为了对PI模型进行优化,采用改进的多种群量子粒子群算法对PI主动队列管理模型中的参数优化,并对该算法进行了描述,从而得到优化的PI控制模型.最后定义了多种群量子粒子群算法和PI主动队列模型对网络拥塞进行控制的具体算法.实验结果表明:该方法能有效实现WSN的拥塞控制,与其它方法相比,具有较低的数据丢包率和较大的网络吞吐率.     

晶闸管通态电流额定中LZR参数的确定

本文从晶闸管器件的平均功耗角度出发,找出了一重要参数LZR,即与各种电流波形相对应的稳态热阻,并给出了确定该参数的计算机程序。使得工程技术人员只要知道晶闸管器件的平均功耗,便可确定相应的元件结温升及电流额定值,具有很高的实用价值。这对于元件结温测试及任意电流波形下元件全面积与非全面积开通时通态电流额定,具有重要意义。     

动态矩阵的三相并网逆变器抗扰动控制方法

为解决传统PI控制不足,有效降低电网电流谐波畸变率,提出一种基于动态矩阵的三相并网逆变器抗扰动控制方法。该方法通过阶跃响应法建立三相LCL并网系统的预测模型,设计LCL滤波器参数保证系统的稳定性,选择并网电流作为控制对象,设计动态矩阵滚动优化目标函数和反馈校正环节,以控制增量的形式对SVPWM调制波的调制比进行预测控制。仿真结果表明,在外界较大扰动下,与PI控制相比,基于动态矩阵的控制方法可将并网电流谐波畸变率降低134%,具有更好的抗扰动性     

LCC-S型无线电能传输系统的磁耦合机构参数多目标优化技术

为了解决MC-WPT系统中磁耦合机构参数设计缺乏系统性的优化方法问题,以2个平面螺旋线圈构成的电磁耦合机构作为研究及优化对象,针对LCC-S型WPT系统,提出一种磁耦合机构参数多目标优化方法。以线圈半径、传输距离和线圈匝数3个耦合机构几何参数作为决策变量,以系统传输效率、传输功率与总谐波畸变率为目标函数,利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对MC-WPT系统进行优化,得到了3个目标函数的Pareto解集。最后,将优化后的参数带入MATLAB/Simulink仿真模型中对系统进行仿真,并搭建了一套实验装置进行实验验证,仿真和实验结果证明了提出的多目标优化方法的可行性和有效性。研究提出的MC-WPT系统磁耦合机构参数多目标优化方法能够为MC-WPT系统耦合机构参数的设计提供理论性指导。     

高压大容量STATCOM逆变桥缓冲电路的优化设计

提出了一种基于改进布谷鸟搜索算法的缓冲电路优化方法。该方法依据缓冲电路的工作原理将优化设计目标设定为求解三个目标函数的问题,并通过计算关断过程中总损耗最小,进而求得各优化目标的值。最后,以ST1500GXH24型注入增强栅晶体管(IEGT)为例,在PSIM软件中进行仿真验证。结果表明,布谷鸟寻优算法搜索到的最优参数使功率器件表现出了良好的性能。     

车用电机控制器功能安全及主动短路分析

根据永磁同步电机的数学模型,求解了不同工况下永磁同步电机进入主动短路时的电流和转矩输出情况,揭示了主动短路电机输出与电机参数之间的数学关系,并通过仿真和实验进行了验证.从理论角度分析了主动短路作为安全关断方法的优缺点,提出了永磁同步电机主动短路状态下的电流计算公式,为电机控制器选择合适的功率器件提供了依据.     

脉冲功率器件RSD热阻的计算与研究

热阻是半导体功率器件的基本特征和重要参数。本文首次提出RSD热阻的计算,根据RSD热阻网络模型,引入加热、测量电流合二为一的方法计算RSD的热阻,最终得到RSD的热阻值为0.3℃/W。较小的热阻可使RSD应用于重频脉冲功率领域而不发生热失效。实验得到了500Hz频率下RSD的开通特性,RSD运行时间为20s,以保证器件达到热平衡。波形显示RSD重复开通特性良好,通过对电流电压积分得到RSD消耗的功率约为8W。据此,可得到RSD在1.2kV峰值电压下运行20s时的结温为60.8℃(RSD运行频率为500Hz)。结果表明RSD是理想的脉冲功率开关,其工作频率可大幅提高。     

混合微电网的功率分配策略及PI参数整定

针对混合微电网中功率分配策略复杂及PI控制器参数整定困难的问题,提出一种基于混合储能荷电状态的功率协调分配策略及PI参数整定方法.该策略以超级电容荷电状态和蓄电池参考功率为控制目标,进行网内波动功率协调分配,根据分配功率获得相应的电流参考值;依据工业控制理想相角裕度利用Siso反馈技术自动寻优设计PI控制器,调节实际值...     

环境温度和驱动电流对白光LED的温度敏感光学参数影响

白光发光二极管(LED)温度敏感光学参数是结温测量的重要手段,本文对不同环境温度和驱动电流条件下LED温度敏感光学参数包括:峰值波长、蓝白功率比和光通量法与正向电压结温测量法的测量精度进行了对比实验研究。实验结果表明:在环境温度恒定为30℃、驱动电流改变范围在100m A-700m A的工作条件下,峰值波长法和蓝白比法与结温有良好的相关性,对比误差小于3.9%,而光通量法对比误差最大为6.3%;在电流恒定为700m A、环境温度在25℃-75℃之间变化的工作条件下,峰值波长法、光通量法及蓝白功率比法中的光学参数与结温都具有良好的线性关系,整体对比误差小于3.25%。     

基于径向基函数神经网络的功率器件集总参数热模型

功率器件易发生热击穿故障,为准确估计其运行温度,需建立器件的热分析模型。然而,当多个功率器件排布距离较近时,器件间的热耦合作用会导致模型中的热参数难以获取。为此,引入导热时间常数τ和温升变化率k两个热参数,建立了功率器件集总参数热模型;并提出通过径向基函数神经网络,对参数τ和k进行估计,克服模型热参数难以获取的问题。以单相全桥电路为对象,通过温升实验,对所提功率器件热模型的有效性进行了验证。     

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。     

基于模糊控制的超精密隔振平台优化设计与仿真

为了提高超精密隔振平台隔振效果,对隔振系统进行模糊控制器设计和结构优化设计.在ADAMS/view环境下创建平台参数化模型,以隔振平台加速度、系统动挠度和底座动位移作为性能目标函数进行结构优化.对模糊控制下的主动隔振系统采用ADAMS与Matlab联合仿真的方法.仿真结果表明,经过ADAMS优化之后的主动隔振系统能有效提高主动隔振平台的隔振效果,联合仿真方法为隔振系统动力学仿真提供了一条新的思路.