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基于CNN的三相逆变器开路故障诊断及其样本条件分析

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国防科技大学学报 2022年第6期44卷 163-172页

作者：申皓澜唐欣罗毅飞肖飞艾胜樊亚翔海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033

为了合理选择样本条件以实现高效的智能化诊断,以及克服智能化方法中传统反向传播(back propagation, BP)网络权值较多、局部信息提取能力不足的问题,对基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的开路故障诊断方法进行研究... 详细信息

为了合理选择样本条件以实现高效的智能化诊断,以及克服智能化方法中传统反向传播(back propagation, BP)网络权值较多、局部信息提取能力不足的问题,对基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的开路故障诊断方法进行研究,并以典型的三相两电平逆变器为具体对象,着重分析样本时长、样本数量变化时,CNN方法相较于BP网络方法在网络权值数量、训练稳定性、诊断准确率上的量化优势。结果表明,基于CNN的方法可在权值数量远少于BP网络方法的情况下构建深度更深的诊断模型,并在更短样本时长、更少训练样本数量下实现高效、准确的开路故障诊断。

关键词：电能变换装置逆变器故障诊断开路故障深度学习卷积神经网络样本条件

基于电压电流的IGBT关断机理与关断时间研究

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物理学报 2013年第5期62卷 384-392页

作者：刘宾礼刘德志罗毅飞唐勇汪波海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

基于半导体物理和IGBT基本结构,深入论述了IGBT关断机理,推导出IGBT关断时间随电压和电流的变化规律:关断时间随电压的增大而增大,随电流的增大而减小.查明了变化规律的物理机理,仿真和实验结果验证了理论推导与所得变化规律的正确性.... 详细信息

基于半导体物理和IGBT基本结构,深入论述了IGBT关断机理,推导出IGBT关断时间随电压和电流的变化规律:关断时间随电压的增大而增大,随电流的增大而减小.查明了变化规律的物理机理,仿真和实验结果验证了理论推导与所得变化规律的正确性.提出采用指数与双曲线复合规律描述IGBT关断时间的变化.对深化IGBT关断机理和解决电力电子装置死区时间设置等工程问题具有一定的理论意义和应用价值.

关键词：关断机理耗尽层载流子关断时间

适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型

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电工技术学报 2017年第13期32卷 1-13页

作者：刘宾礼罗毅飞肖飞汪波海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

提出一种基于器件到系统的等级与传热网络结构本身的多时间尺度特征建立绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)传热模型的建模方法。基于热传导理论和经典Cauer传热RC网络结构,建立IGBT传热网络结构模型,查明单层与多层热网络结构的结温运行规律以... 详细信息

提出一种基于器件到系统的等级与传热网络结构本身的多时间尺度特征建立绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)传热模型的建模方法。基于热传导理论和经典Cauer传热RC网络结构,建立IGBT传热网络结构模型,查明单层与多层热网络结构的结温运行规律以及简化标准与方法。在此基础上,以器件到系统对IGBT传热模型的不同需求为主线,以器件封装结构各层时间常数的不同时间尺度为切入点,建立适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型。仿真与实验结果验证了模型的正确性与高效性。所建立的IGBT传热模型对于查明IGBT器件的传热网络结构特征与结温运行规律,实现电力电子器件到系统的独立与联合仿真具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：传热网络模型结温运行规律器件到系统模型精度模型效率

不同负载条件下绝缘栅双极型晶体管死区时间设置分析

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高电压技术 2014年第11期40卷 3584-3589页

作者：汪波罗毅飞刘宾礼唐勇海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的死区时间设置通常是采用Infenion技术文档中的计算式来计算。但该计算式并没有考虑不同负载时的情形,可能会导致设置不合理。为此,首先分析了IGBT死区时间设置对穿通发生区域的影响,然后在不同负载条件下采... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的死区时间设置通常是采用Infenion技术文档中的计算式来计算。但该计算式并没有考虑不同负载时的情形,可能会导致设置不合理。为此,首先分析了IGBT死区时间设置对穿通发生区域的影响,然后在不同负载条件下采用实验的方法测试得到了IGBT死区时间设置,并与计算式得到的理论值进行了比较。结果表明:阻性负载时必须考虑关断时的下降时间;而感性负载时只需取关断延时;空载时的测试结果不能作为设计参考。由此,对不同负载条件下IGBT死区时间设置的计算式进行了修正,并分析了计算式产生差别的原因。

关键词： IGBT 死区时间设置穿通阻性负载感性负载空载

续流二极管续流瞬态反向恢复电压尖峰机理研究

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物理学报 2014年第21期63卷 325-333页

作者：罗毅飞肖飞唐勇汪波刘宾礼海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

电力电子变流装置中的开关续流元件功率二极管由续流到截止转换的反向恢复过程中会在负载上产生电压尖峰,且短时续流下电压尖峰会很大,极易造成器件过压失效.为了有效指导电力电子装置的可靠性设计,基于半导体物理和功率二极管基本结构... 详细信息

电力电子变流装置中的开关续流元件功率二极管由续流到截止转换的反向恢复过程中会在负载上产生电压尖峰,且短时续流下电压尖峰会很大,极易造成器件过压失效.为了有效指导电力电子装置的可靠性设计,基于半导体物理和功率二极管基本结构,深入论述了PIN结构续流二极管开关瞬态工作机理,利用存储电荷的分析方法推导出二极管续流瞬态下的反向恢复电压尖峰机理及其随续流时间的变化规律:电压尖峰在短时续流下较大,随续流瞬态时间的增大而减小.以绝缘栅双极型晶体管和续流二极管组成的两电平半桥逆变单元为例进行实验,结果表明:二极管续流瞬态发生反向恢复的电压尖峰随续流瞬态时间的增大近似呈指数规律减小,待续流电流稳定后,电压尖峰趋于常数,并最终随着续流过程的结束而进一步减小直至恒定,验证了理论分析的正确性.对完善续流二极管反向恢复机理以及提高电能变换装置的可靠性具有一定的理论意义和应用价值.

关键词：续流二极管正向导通反向恢复电导率调制

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IGBT极限功耗与热失效机理分析

电工技术学报 2016年第12期31卷 135-141页

作者：汪波罗毅飞张烁刘宾礼海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033 武汉船舶通信研究所武汉430079

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最大功耗是安全工作区的重要组成部分,与外部散热装置、内部热阻以及使用工况等有关,而器件手册给出的最大功耗是理想值,难以反映实际工况,若设计不当会造成IGBT热击穿失效。基于对IGBT功耗以及结-壳稳态热... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最大功耗是安全工作区的重要组成部分,与外部散热装置、内部热阻以及使用工况等有关,而器件手册给出的最大功耗是理想值,难以反映实际工况,若设计不当会造成IGBT热击穿失效。基于对IGBT功耗以及结-壳稳态热阻的温度特性分析,通过联立IGBT功耗的温度曲线和结-壳传热功耗的温度曲线进行热平衡分析,得到了结温的热稳定点、非稳定点以及临界点,由此得到了在临界点处的IGBT极限功耗,对在非稳定点时IGBT结温和功耗间的正反馈关系分析了IGBT热失效机理,最后进行了实验验证。

关键词：绝缘栅双极型晶体管极限功耗热平衡热失效

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针对高压IGBT的改进瞬态模型

高电压技术 2018年第2期44卷 448-455页

作者：普靖罗毅飞肖飞刘宾礼海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室

为准确表征绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的物理特性,在典型IGBT开关瞬态模型的基础上提出一种改进的高压IGBT瞬态模型。首先基于半导体物理理论,对典型IGBT开关瞬态的建模过程进行了简要分析和推导,并在此基础上针对高压IGBT的宽基区结... 详细信息

为准确表征绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的物理特性,在典型IGBT开关瞬态模型的基础上提出一种改进的高压IGBT瞬态模型。首先基于半导体物理理论,对典型IGBT开关瞬态的建模过程进行了简要分析和推导,并在此基础上针对高压IGBT的宽基区结构特点,考虑基区载流子复合过程对IGBT开关瞬态的影响,建立了一种改进的高压IGBT瞬态模型。最后将建立的模型在Saber仿真软件中实现,并在25℃和125℃工况下进行了双脉冲仿真,以一种3 300 V/1 200 A IGBT模块为例搭建测试电路,对改进的瞬态模型进行实验验证。实验结果表明：提出的改进模型将25℃下IGBT关断时间的误差由26.5%降低至1.5%,关断损耗的误差由60.93%降低至8.92%;该模型将125℃下IGBT关断时间的误差由14.5%降低到4%,关断损耗的误差由61.68%降低到11.35%。研究结果为IGBT的应用设计提供了更为准确的仿真模型。

关键词：典型IGBT瞬态模型高压IGBT瞬态模型过剩载流子浓度空穴电流基区 Buffer层

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沟槽栅场终止型IGBT瞬态数学模型

电工技术学报 2017年第12期32卷 50-57页

作者：汪波罗毅飞刘宾礼普靖海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

沟槽栅场终止型代表了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最新结构。由于沟槽栅结构与平面栅结构在基区载流子输运、栅极结电容计算等方面存在较大的不同,沿用平面栅结构的建模方法不可避免会存在较大的偏差。基于对沟槽栅场终止型IGBT结构特... 详细信息

沟槽栅场终止型代表了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最新结构。由于沟槽栅结构与平面栅结构在基区载流子输运、栅极结电容计算等方面存在较大的不同,沿用平面栅结构的建模方法不可避免会存在较大的偏差。基于对沟槽栅场终止型IGBT结构特点及模型坐标系的分析,考虑载流子二维效应将基区分成PNP和PIN两部分,根据PIN部分的沟槽栅能否被PNP部分的耗尽层覆盖分析了栅极结电容计算方法,提出一种沟槽栅场终止型IGBT瞬态数学模型,并进行仿真与实验验证。

关键词：绝缘栅双极型晶体管沟槽栅瞬态数学模型栅极结电容

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一种光纤数据量化器芯片的设计

一种光纤数据量化器芯片的设计

作者：罗毅飞华中科技大学

学位级别：硕士

在现代光纤通信技术中,人们对光接收器件的性能诸如带宽、噪声抑制能力以及信号的识别能力有着越来越高的要求,这些都直接决定着光接收系统的性能。本文的目标是利用2 μm Bipolar 工艺设计一种用于光纤通信接收系统中的光纤数据量化器... 详细信息

在现代光纤通信技术中,人们对光接收器件的性能诸如带宽、噪声抑制能力以及信号的识别能力有着越来越高的要求,这些都直接决定着光接收系统的性能。本文的目标是利用2 μm Bipolar 工艺设计一种用于光纤通信接收系统中的光纤数据量化器芯片,要求该芯片具有宽带、低噪声并能检测微弱电信号等特性。文章首先介绍了光接收系统和光纤数据量化器的基本结构、功能。然后详细阐述了光纤数据量化器各模块的电路设计以及芯片的体系结构。在判决电路的设计中,论述了一种双差分结构的峰峰值检测电路的设计。这种结构类似于模拟乘法器,具有高速以及可以检输入微弱电信号(峰峰值典型值为5mVP-P)等优点。在基准电压产生电路的设计中,分析了一种带负反馈和启动电路的双极型两管能隙基准源电路,具有高基准电压值和低温度系数。在带宽限制放大器电路的设计中使用了全差分运放结构,能有效抑制电路的共模噪声。在ECL/TTL 比较电路的设计中,通过合理设置电平移位二极管和电阻的个数来达到所要求的电平范围。最后介绍了量化器的版图设计以及相关问题。本文利用Cadence 仿真工具对各电路模块以及整体电路进行了仿真。仿真结果显示,所设计的光纤数据量化器芯片的功能是满足要求的,其带宽达到了65MHz。在仿真通过的基础上完成了芯片的版图设计。目前,该芯片已经流片。

关键词：光接收电路光纤数据量化器带宽限制放大器能隙基准源判决电路 ECL/TTL 逻辑电平