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基于电热模型的IGBT结温预测与失效分析

电机与控制学报 2012年第8期16卷 87-93页

作者：汪波胡安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湖北武汉430033

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作过程中结温难以测量的问题,提出一种基于IGBT电热模型的结温预测方法,并对由结温过高引起的失效进行实验分析。根据IGBT结构特点建立通态压降模型,考虑到器件内部参数和半导体物理常数与温度的关系,建... 详细信息

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作过程中结温难以测量的问题,提出一种基于IGBT电热模型的结温预测方法,并对由结温过高引起的失效进行实验分析。根据IGBT结构特点建立通态压降模型,考虑到器件内部参数和半导体物理常数与温度的关系,建立IGBT导通功耗与结温关系的电热模型。通过联立IGBT结-壳传热方程和电热模型进行热平衡分析,从而得到稳态时的结温。实验结果表明,通过仿真得到的结温基本与实际测量得到的结温值相吻合,结温过大会导致电极根部焊料熔化和表面连接键丝断裂。所提方法通过监测壳温可实时预测IGBT结温,具有方便快捷的优点。

关键词：绝缘栅双极型晶体管电热模型热平衡结温失效分析

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IGCT关断暂态温度特性及其电热模型

电工电能新技术 2020年第4期39卷 8-16页

作者：周亚星卫炜王佳蕊孔力中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院吉林长春132000

集成门极换流晶闸管(IGCT)广泛应用于高压大功率电力电子装置中,受到环境温度变化和器件自热等影响,其开关特性发生显著改变。本文针对不同温度下的器件开关特性开展了测试实验,利用分阶段解析建模的方法分析了影响器件关断存储、基区... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)广泛应用于高压大功率电力电子装置中,受到环境温度变化和器件自热等影响,其开关特性发生显著改变。本文针对不同温度下的器件开关特性开展了测试实验,利用分阶段解析建模的方法分析了影响器件关断存储、基区承压以及拖尾电流三个阶段的关键温度依赖参数。分析结果表明关断存储阶段主要受到载流子寿命和射极复合系数的影响,但射极复合系数相对于载流子寿命对电流拖尾过程的影响随温度变化更为显著。在此基础上由所得关键参数建立了IGCT温度依赖模型,利用封装传热阻容子电路网络建立了器件的结壳传热模型。最后,基于该模型对IGCT关断暂态过程进行了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较验证了该模型的准确性以及关键温变参数的影响。

关键词：集成门极换流晶闸管关断暂态电热模型温度特性

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电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究

制造业自动化 2014年第14期36卷 74-76页

作者：陈日郭钟宁刘江文罗红平广东工业大学机电工程学院广州510090 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广州510640

为了探索电火花放电加工过程中的材料去除机理,以均匀热源模型为基础,建立了单脉冲电火花加工铝合金6061的温度场的电热模型。利用ANSYS软件仿真获得了单脉冲放电产生的温度场,分析了熔融凹坑的直径、深度和体积随不同脉冲宽度的变化趋... 详细信息

为了探索电火花放电加工过程中的材料去除机理,以均匀热源模型为基础,建立了单脉冲电火花加工铝合金6061的温度场的电热模型。利用ANSYS软件仿真获得了单脉冲放电产生的温度场,分析了熔融凹坑的直径、深度和体积随不同脉冲宽度的变化趋势。进行了电火花单脉冲放电加工实验,模拟计算结果和试验结果基本吻合,表明该电热模型可以比较准确地预测电火花单脉冲放电加工的温度场分布,为进一步预测电火花连续脉冲放电加工的温度场分布情况打下基础。

关键词：单脉冲电火花加工温度场仿真电热模型

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基于PSpice的晶闸管电热模型研究

电力电子技术 2009年第12期43卷 84-86页

作者：赵波文玲锋乔尔敏邓占锋中国电力科学研究院北京100192

建立了一种新型的晶闸管PSpice电热模型,包含热模型和电模型,能提供发热和电气参数之间的动态关系,预测晶闸管结温的变化。该模型中所需要的热阻抗参数可以通过有限元方法得到,电气参数可通过数据手册和Matlab等工具得到。PSpice仿真结... 详细信息

建立了一种新型的晶闸管PSpice电热模型,包含热模型和电模型,能提供发热和电气参数之间的动态关系,预测晶闸管结温的变化。该模型中所需要的热阻抗参数可以通过有限元方法得到,电气参数可通过数据手册和Matlab等工具得到。PSpice仿真结果与数据手册信息和实际情况相吻合,验证了该模型的实用性。

关键词：晶闸管损耗热阻抗电热模型

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金属氧化物避雷器电热模型的建立及实验验证

电瓷避雷器 2020年第2期 44-48页

作者：张鸣吴卫堃王浩臣广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山528000 广东电网有限责任公司肇庆供电局广东肇庆526000 西安交通大学电气工程学院西安710049

本文建立了完整的氧化锌避雷器的电热模型,充分考虑了电阻片内部热的产生以及电阻片之间的热传导、电阻片与瓷套之间空气的对流、瓷套对环境的热辐射等热传导过程,并采用有限差分方法数值分析了该模型。分别搭建了由3个电阻片组成的比... 详细信息

本文建立了完整的氧化锌避雷器的电热模型,充分考虑了电阻片内部热的产生以及电阻片之间的热传导、电阻片与瓷套之间空气的对流、瓷套对环境的热辐射等热传导过程,并采用有限差分方法数值分析了该模型。分别搭建了由3个电阻片组成的比例避雷器和一个由37片电阻片组成的柱形金属氧化物避雷器发热测试平台,采用热电偶分别测量了冲击电流作用下电阻片表面、瓷套内表面及瓷套外表面上3个典型位置处温度的上升和冷却曲线,验证了所建立的电热模型及其分析方法的合理性,并进而开展了IEC标准规定的多种典型大电流脉冲作用下避雷器暂态通流能力的评估。

关键词：金属氧化物避雷器电热模型有限差分法过电压

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用于寿命预测的PWM功率模块电热模型研究

水电能源科学 2012年第10期30卷 200-203页

作者：鲁光祝向大为重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

PWM变流模块是工业核心设备,其运行可靠性与寿命预测技术备受关注。根据现有模型特点,采用开关周期损耗平均法提出一种基于器件手册曲线或简单试验结果的实用器件损耗模型,并将该方法建立的三相逆变器电热仿真模型的仿真结果与SEMIKRON... 详细信息

PWM变流模块是工业核心设备,其运行可靠性与寿命预测技术备受关注。根据现有模型特点,采用开关周期损耗平均法提出一种基于器件手册曲线或简单试验结果的实用器件损耗模型,并将该方法建立的三相逆变器电热仿真模型的仿真结果与SEMIKRON公司SemiSel软件的计算结果进行比较分析。结果表明,该模型简便、高效且不受调制波波形影响。

关键词： IGBT 功率损耗电热模型寿命预测

电容放电条件下空载H形半导体桥桥区电热模型研究

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电容放电条件下空载H形半导体桥桥区电热模型研究

作者：汤堡辉南京理工大学

学位级别：硕士

半导体桥火工品作用时,电压、电流、电阻参数和温度参数发生动态变化,这些动态参数是理解半导体桥作用机理的重要参数。等离子体温度是药剂能否顺利点火的重要因素之一。通过系统研究空载半导体桥桥区的电热模型(半导体桥的传热模型、... 详细信息

半导体桥火工品作用时,电压、电流、电阻参数和温度参数发生动态变化,这些动态参数是理解半导体桥作用机理的重要参数。等离子体温度是药剂能否顺利点火的重要因素之一。通过系统研究空载半导体桥桥区的电热模型(半导体桥的传热模型、电压控制方程和电阻-温度模型),得到比较准确的桥区温度预测模型。论文主要成果如下: 1)修正SCB桥区电阻(100μm×380μm×2μm)产生等离子体的临界能量为1.77 mJ,如果储能电容的初始能量小于临界能量,就不能使SCB芯片产生等离子体。 2)建立基底-桥区-药剂的一维导热模型。得到半导体桥电阻的升温速率曲线。 3)建立桥区-基底半无限大物体的强瞬态热传导模型。在22μF-24 V电容放电条件,等离子体放电时,模型计算的温度为2612 K,实验值为2394 K。 4)建立半导体桥桥区的集总参数法对流换热模型。得到半导体桥电阻的升温速率曲线。 5)提出电容放电实验电路的理论和经验电压控制方程,用以描述电阻和电流的关系。理论和经验的电压控制方程和实验结果吻合。 6)建立半导体桥桥区电阻-温度关系的模型。模型表明,SCB桥区在气化前,电阻率是比内能的函数。

关键词：半导体桥临界能量电热模型电压控制方程电阻-温度关系

NbOx阈值器件的电热模型构建及相关应用研究

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NbOx阈值器件的电热模型构建及相关应用研究

作者：杨博闻湖北大学

学位级别：硕士

随着人类社会进入信息时代,全球数据量不断积累,呈现出爆炸式增长的趋势。在这一背景下,拥有高存储密度、强并行能力、低功耗等优点的神经形态计算架构成为了研究热点。人工突触器件是神经形态计算的一种基本元件,通过模仿生物突触实现... 详细信息

随着人类社会进入信息时代,全球数据量不断积累,呈现出爆炸式增长的趋势。在这一背景下,拥有高存储密度、强并行能力、低功耗等优点的神经形态计算架构成为了研究热点。人工突触器件是神经形态计算的一种基本元件,通过模仿生物突触实现记忆与计算的功能。为了实现大规模数据存储,人工突触通常集成为阵列,但在大规模集成时,漏电流引起的串扰问题会干扰阵列正常运作。NbOx阈值器件拥有卓越的电学性能,与忆阻器串联形成的1S1R突触器件具有优秀的抗串扰特性,能够有效抑制漏电流,进而提高阵列集成度。同时,NbOx阈值器件的稳定性使其广泛应用于人工神经元的构筑。作为神经形态计算的另一种基本元件,人工神经元具有电路结构简单、实现高度仿生的神经元功能等优点,使其可以很好地模拟生物神经元的行为。优化NbOx阈值器件的性能对推动其在神经形态计算领域的应用至关重要。通过构建NbOx阈值器件的仿真模型,能够深入理解微观物理机制与宏观器件性能之间的关系。通过仿真实验,研究人员能够精确调整器件参数,探究提升NbOx阈值器件性能的方法,为实际应用提供理论指导。本文基于仿真实验,研究了NbOx阈值器件内部物理机制,并探究了器件性能的影响因素。随后基于该器件模型搭建了1S1R模型和LIF神经元电路模型,并分别对它们的性能进行探究。文章主要包括以下三个部分的工作:第一部分构建了NbOx阈值器件的电热耦合模型,分析了器件内部物理机理以及性能影响因素。围绕NbOx阈值器件内部物理机理不明确及其性能优化问题,搭建了NbOx阈值器件的电热耦合模型并利用器件实验结果验证了模型的合理性。对器件性能的分析结果表明,NbOx阈值器件内部结构以及环境温度对阈值器件的电学特性存在直接影响。实验结果为调控内部结构的设计器件性能方法提供了理论依据,也对器件在不同使用场景下的性能表现做出了合理预测。第二部分构建了基于NbOx阈值器件的1S1R器件,探究了其抗串扰能力以及性能影响因素。围绕1S1R器件的性能优化问题,搭建了双极性RRAM器件模型并将其与NbOx阈值器件集成为1S1R模型,通过分析1S1R器件的电学特性,验证了NbOx阈值器件能够有效缓解RRAM阵列串扰问题。随后通过仿真实验,证明了阈值器件内部结构和外部环境温度均会对1S1R的电学性能和漏电流抑制能力造成直接影响,为通过调控阈值器件性能设计1S1R器件提供了理论依据。第三部分构建了基于NbOx阈值器件的LIF人工神经元模型,探究了神经元电路的工作机理及性能影响因素。围绕LIF人工神经元的性能优化问题,搭建了基于NbOx阈值器件的LIF人工神经元电路模型,并分析了电路的工作机理以及NbOx阈值器件在电路工作过程中的内部物理过程。随后,全面分析了电路元件参数、输入脉冲条件、NbOx阈值器件结构、外界环境温度对神经元电路性能的影响,为优化神经元电路的性能提供了重要依据和思路。

关键词：阈值器件多物理场仿真电热模型 1S1R 神经元

电热模型所反映出的电弧炉的生产率和单位电耗

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宽厚板 1996年第5期2卷 38-40页

作者：和泉喜久磨王慧珍

本文用电热模型来探讨生产率和单位电耗。重新确认构成生产率、单位电耗项目的任务。分析各种技术和新设备对生产率、单位电耗所起作用的意义,从而提供基本的考虑方法。

关键词：炼钢电弧炉电热模型生产率单位电耗