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大容量电力电子器件结温提取原理综述及展望

中国电机工程学报 2016年第13期36卷 3546-3557,3373页

作者：李武华陈玉香罗皓泽周宇杨欢何湘宁浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

电力生产、传输和消费方式的变革对大容量电力电子装备的可靠性提出了更高的要求。温度诱发的器件失效是电力电子系统失效的主要原因。因此,对器件结温的精确提取是大功率电力变换装备的寿命预测、健康管理和可靠性评估的基础。该文概... 详细信息

电力生产、传输和消费方式的变革对大容量电力电子装备的可靠性提出了更高的要求。温度诱发的器件失效是电力电子系统失效的主要原因。因此,对器件结温的精确提取是大功率电力变换装备的寿命预测、健康管理和可靠性评估的基础。该文概述大容量电力电子器件结温提取原理和相关技术的最新进展,梳理现有器件结温检测技术的分类方法和主要特点,特别是对热敏感电参数提取方法的工作原理、典型特征进行总结和归纳,并从线性度、灵敏度、泛化度等指标对结温提取方法进行初步评估。在此基础上展望大容量电力电子器件结温提取的未来研究方向。

关键词：大容量电力电子器件结温提取热敏感电参数

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大功率IGBT模块结温提取研究

电源学报 2020年第6期18卷 192-198页

作者：谷明月刘金璐唐山科技职业技术学院唐山063000 燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004

为了提高大功率功率变换器的可靠性,需要对大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块进行温度监测,到目前为止,对高压IGBT的研究较少。搭建了双脉冲实验平台,对4.5 kV、1.2 kA IGBT模块开关瞬态时的热敏感... 详细信息

为了提高大功率功率变换器的可靠性,需要对大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块进行温度监测,到目前为止,对高压IGBT的研究较少。搭建了双脉冲实验平台,对4.5 kV、1.2 kA IGBT模块开关瞬态时的热敏感电参数进行了测量,并对每个参数是否适用于在线结温提取以及预期成本进行了讨论。结果表明,大多数参数除温度外还受负载电流和母线电压的影响,最合适的结温提取参数是准阈值电压和开通时集电极电流变化率,它们都可以通过IGBT的寄生电感来获取。

关键词：结温提取大功率绝缘栅双极型晶体管热敏感电参数

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IGBT模块在线结温预测方法对比研究

电力电子技术 2022年第3期56卷 133-135,140页

作者：沙国荣王研艳南京工业职业技术大学交通工程学院江苏南京210023 横滨国立大学电子与计算机工程系日本横滨240-8501

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块以其驱动简单、功率等级高、功耗小、热稳定性好等优点,被广泛应用于光伏发电、航空航天、电动汽车、船舶等各类电力电子设备中。IGBT模块作为电力电子设备的核心部件,其可靠性一直都是制造商与用户重点关... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块以其驱动简单、功率等级高、功耗小、热稳定性好等优点,被广泛应用于光伏发电、航空航天、电动汽车、船舶等各类电力电子设备中。IGBT模块作为电力电子设备的核心部件,其可靠性一直都是制造商与用户重点关注的问题,而结温波动被认为是导致IGBT模块失效的主要原因。因此,如何估算或测量IGBT模块的结温是研究IGBT模块可靠性的重点。此处对常见的热敏感电参数(TSEP)进行分析,并通过IGBT模块双脉冲测试平台进行了实验对比,实验结果表明相比较于其他TSEP,关断时间对结温的灵敏度更高,线性度更好,为最佳TSEP。

关键词：绝缘栅双极型晶体管结温热敏感电参数

基于感应电压的大功率IGBT模块结温检测研究

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电力电子技术 2021年第12期55卷 16-19页

作者：杨新华尹玉成申万增燕宏斌兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块广泛应用于电力系统、机车牵引和风力发电等众多领域,其健康状态与可靠运行是电力电子系统关注的重点。IGBT结温检测是其可靠性分析与状态检测研究的关键。基于热敏感电参数(TSEP)法,分析了感应电压... 详细信息

大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块广泛应用于电力系统、机车牵引和风力发电等众多领域,其健康状态与可靠运行是电力电子系统关注的重点。IGBT结温检测是其可靠性分析与状态检测研究的关键。基于热敏感电参数(TSEP)法,分析了感应电压与结温之间的关系,通过实测建立了感应电压测量结温的三维模型,最后设计和搭建了基于H桥拓扑结构的工况复现平台,研究了大容量IGBT模块在工况下的结温波动特征,使用红外摄像仪进行温度测量对比,验证了所研究检测方法的准确性和实用性。

关键词：绝缘栅双极型晶体管结温热敏感电参数

大容量IGBT模块应用工况复现平台的设计与研究

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大容量IGBT模块应用工况复现平台的设计与研究

作者：祝冲冲浙江大学

学位级别：硕士

大容量绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在风力发电、柔性直流输电等大功率变流系统中得到极为广泛应用,提高大容量IGBT应用过程中的可靠性是提高整个变流系统可靠性的最重要途径之一,其中大容量IGBT的动态... 详细信息

大容量绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在风力发电、柔性直流输电等大功率变流系统中得到极为广泛应用,提高大容量IGBT应用过程中的可靠性是提高整个变流系统可靠性的最重要途径之一,其中大容量IGBT的动态特性与实际正常运行工况联系最为紧密。目前国内外对于大容量IGBT的研究主要基于离线式的测试方法,较少涉及准在线或在线研究,因此亟需研制大容量IGBT动态特性准在线测试平台。利用测试平台进行器件选型及散热器设计等,有助于提前发现变流器的设计缺陷并提高变流器在实际应用中的可靠性。本论文根据大容量IGBT在线测试的需求,设计和搭建了基于H桥拓扑的兆瓦级应用工况复现测试平台,通过工况复现测试平台,可以模拟不同的实际运行工况(主要包括:外界环境温度,开关频率,负载频率,有功功率和无功功率),进行大容量IGBT的准在线测试,为大容量IGBT在实际运行工况中可靠运行提供理论基础。鉴于死区效应对于单相大功率变流器输出电能质量的影响,为使工况复现平台更准确的模拟实际的运行工况,进行了相应的死区补偿,从而减小负载电感的电流纹波以及其THD(Total Harmonic Distortion),使得负载电流与实际变流器电流谐波含量相近。IGBT结温是影响IGBT模块可靠性的重要因素,国内外学者提出了诸多基于热敏感电参数的结温提取方法,然而尚未涉及大容量IGBT模块动态结温在线监测和测试研究。本文以关断延迟时间为热敏感电参数,简要论述了其与器件结温和负载电流等运行工况的相关性,并通过实测构建了三维数据库。考虑到IGBT模块的功率损耗是影响其结温的重要因素之一,分析了一个负载周期内IGBT模块(IGBT和反并联二极管)的开关损耗和导通损耗的分布特征。并基于运行工况复现平台,研究了大容量IGBT模块在不同负载频率和不同负载电流相位时被测IGBT的功率损耗和结温波动规律,并通过与模块内置的负温度系数(Negative Temperature Coefficient,NTC)热敏电阻进行结温波动对比,验证了以关断延迟时间进行IGBT模块结温在线提取和检测具有灵敏度高、响应速度快和易于集成的优点。揭示了负载频率、电流相位对IGBT最大结温的影响程度。验证了基于关断延迟时间参数法对IGBT结温在线提取的可行性。

关键词： IGBT开关特性工况复现热敏感电参数损耗及结温提取