【摘 要】
：
空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)可分为五段式SVPWM和七段式SVPWM.为提高牵引逆变器的可靠性,对其关键部件IGBT模块进行基于任务剖面的结温分析和寿命预测,研究2种不同SVPWM调制策略对器件寿命的影响.首先,建立高速列车牵引逆变系统的电热模型,分析动车组运行速度和不同SVPWM调制策略对器件损耗的影响;其次,以某CRH3型动车组全天的模拟工况为例,计算功率器件的结温,采用雨流计数法提取功率器件热循环的结温信息,包括结温波动和结温
【机 构】
：
西南交通大学电气工程学院,四川成都610031
论文部分内容阅读
空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)可分为五段式SVPWM和七段式SVPWM.为提高牵引逆变器的可靠性,对其关键部件IGBT模块进行基于任务剖面的结温分析和寿命预测,研究2种不同SVPWM调制策略对器件寿命的影响.首先,建立高速列车牵引逆变系统的电热模型,分析动车组运行速度和不同SVPWM调制策略对器件损耗的影响;其次,以某CRH3型动车组全天的模拟工况为例,计算功率器件的结温,采用雨流计数法提取功率器件热循环的结温信息,包括结温波动和结温最大值;最后,采用Norris-Landzberg寿命模型和Miner线性累积损伤模型计算功率器件的损伤,预测对比2种SVPWM调制策略下的功率器件寿命.仿真结果表明,二极管的结温波动和结温循环最大值比IGBT的结温波动和结温循环最大值更大.采用七段式SVPWM调制策略能延长IGBT模块17.8％的寿命,节约动车组维护成本.
其他文献
轨道交通变流器应用工况相对严苛,对变流器和IGBT器件的可靠性与寿命要求较高.为改善IGBT的结温提高变流器的应用寿命和可靠性,基于机车变流器模块的工作模式构建通用损耗计算模型,实现对变流器IGBT器件结温的在线估算;在此基础上,结合轨道交通应用场景,分别从开关损耗和散热系统2个维度设计了一种综合主动结温控制方法.仿真和试验验证实施主动结温控制是可行的.
针对IGBT芯片结温难以直接测量的问题,提出了一种基于热传导模型的IGBT结温计算方法.基于经典的Cauer型RC网络结构,建立了变流器热传导模型;结合传递函数概念和热传导模型结构,完成了变流器热传导模型的参数识别;通过查阅IGBT产品手册以及实际工作工况,计算得到IGBT实时功率损耗;最终通过MATLAB/Simulink进行仿真计算,得到变流器IGBT芯片的实时结温.此方法实现了IGBT芯片结温的快速计算,为IGBT可靠性和寿命评估提供了数据支撑,同时也为功率模块及变流器的设计研发提供了新的科学依据.
玻璃钝化类器件(Glassivation Passivation Parts,GPP)是在普通硅整流扩散片的基础上对拟分割的管芯P/N结面四周烧制l层玻璃,由于玻璃与单晶硅有很好的结合特性,使P/N结可获得最佳保护,提高器件的稳定性.文章通过试验完成了丝网印刷法的工业化生产,确定了丝网印刷保护层浆料工艺、丝网印刷玻璃层浆料工艺和丝网印刷玻璃层的烘干工艺,实现了丝网印刷法制备GPP芯片25万片/月的工业化生产能力.
介绍了工程中常用的4种基于主动功率循环的半导体功率器件寿命评估模型,针对这些模型存在忽略功率器件封装与实际工况复杂性的问题,提出用于寿命评估的功率循环试验更适合基于器件退化而非器件失效来选定阈值的观点,并给出了快速完成实际工况模式下基于器件退化的功率循环试验的阈值设定方法,功率器件寿命评估快速公式和残余寿命评估方法.该方法在工程实践中可以快速低成本地评估功率器件的寿命.
为提高酸腐片光泽度和实现稳定量产,通过优化硅单晶片加工流程,将双面研磨硅片进行旋转磨削加工,然后对该硅片进行酸性腐蚀;制备的酸腐片表面光泽度达到360 Gu以上(反射率大于98％),腐蚀液的寿命延长到50000片;该制备技术使得酸腐片的应用领域得到拓展,并降低生产成本和提高生产效率.
功率器件设计者常需要通过器件仿真进行器件的设计与优化,但由于仿真结果的未知性,设计者需要逐步调整相关参数,使仿真结果不断逼近目标值,这需要耗费大量的时间,而目前又没有有效的解决办法.为解决这个问题,提出了一种基于神经网络的优化预测模型,以确定SiC MOSFET的阻断电压.将测试温度、第一场限环间距、环间距变化步长、场限环个数和漂移区浓度作为自变量,代入器件仿真软件中进行仿真,从而得到VDMOSFET阻断电压(作为因变量),将其分别代入BP神经网络和RBF神经网络中进行预测,并对二者的预测误差进行对比.结
银烧结技术具有低温连接、低热阻、低应力和高熔点等特点,已成为保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)界面连接的可靠性应用技术.文章分析了银烧结技术工艺和引入银烧结技术的压接型IGBT器件结构组成;利用有限元方法对比分析了银烧结子单元和焊接子单元封装的2种压接型IGBT器件热阻差异;通过压降参数、压力均匀性、热阻特性和长周期功率循环界面可靠性这4个维度对比了银烧结IGBT器件和常规焊接IGBT器件的特性差异.实际应用证明,引入银烧结技术的压接型IGBT器件,其可靠性得到了大幅度提升.
功率芯片表面的钝化层裂纹严重影响功率器件的可靠性.文章通过典型的D-PAK模块温度循环试验,对钝化膜失效原理进行了深入研究.温度循环试验结果表明,裂纹在靠近边界覆盖有铝膜的钝化层中生长,但是很少出现在铝条中.如果钝化膜中的裂纹始终和制造过程中最先产生的裂纹保持一致,那么器件的寿命将会很长.这要求应力强度因子总是小于钝化膜的韧性,否则裂纹就会在后续的服役周期中生长并扩展;应用Griffith准则可以知道裂纹是否会产生.最后,给出了裂纹萌生周期临界值的估算方法,并绘制了裂纹萌生图作为钝化层的失效准则.文章提出
针对轨道交通车辆变流器使用的3D复合相变散热技术,基于车辆的外部环境和自身工作特性,对其可靠性进行了测试和验证.首先,结合GC-MS和ICE-MS等检测方法,验证相变工质的稳定性,同时也对散热器样机进行了性能测试;其次,对3D复合相变散热器的抗冲击振动、耐热、耐寒、耐腐蚀、抗爆等性能进行全面的测试和评估.结果 表明,3D复合相变散热技术具有良好的稳定性和可靠性,满足在高原、高寒和沿海等自然环境和车辆自身频繁振动等工作环境中正常运行的要求.3D复合相变散热器在CRH380A型动车组上完成120×104 km
针对IGBT老化失效问题,提出一种基于遗传算法改进的小波神经网络时间序列预测方法.在分析IGBT失效原理的基础上,利用IGBT老化数据集,选取关断瞬时“集电极-发射极”尖峰电压为失效特征参数,采用滑动时间窗法构建训练集与测试集,然后在MATLAB中搭建遗传算法改进的小波神经网络预测模型进行预测,并与传统的小波神经网络预测模型对比分析.试验结果显示,遗传算法改进的小波神经网络预测方均误差为0.0171,方均根误差为0.1309,平均绝对误差为0.1096,分别比传统小波神经网络预测模型降低了0.0057,0