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电源学报 2023年第4期21卷 47-55页

作者：李壮吕嘉琪丁冠华程红王聪中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control)方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出... 详细信息

针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control)方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出了一种基于热管理的改进型模型预测电流控制。该方法在两矢量定频预测控制基础上,通过设计评价函数选取最优两矢量及动作序列;其次以采样周期为单位灵活选取2种零矢量交替使用;最后通过调制模块产生相应的开关状态进行控制。为了验证理论分析的正确性和有效性,在小功率实验平台上与传统FSF-FCSMPCC进行了对比研究,结果表明该方法不仅可以实现上述控制目标,而且可以进一步减小网侧电流谐波和稳态误差,提高了开关器件的使用寿命和变换器可靠性。

关键词：单相PWM整流器模型预测电流控制结温均衡结温波动电流稳态误差

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考虑碳化硅MOSFET功率模块温度均衡的芯片筛选方法

考虑碳化硅MOSFET功率模块温度均衡的芯片筛选方法

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作者：余秋萍华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

由于开关速度快、耐压强度高、导通电阻小、耐高温等优点,碳化硅MOSFET被广泛应用于更高的电压等级、功率密度和开关频率工况,需要承受更高的工作温度。碳化硅MOSFET芯片在开通和关断过程中会产生功耗,损耗的能量会转化为热能,这些热能... 详细信息

由于开关速度快、耐压强度高、导通电阻小、耐高温等优点,碳化硅MOSFET被广泛应用于更高的电压等级、功率密度和开关频率工况,需要承受更高的工作温度。碳化硅MOSFET芯片在开通和关断过程中会产生功耗,损耗的能量会转化为热能,这些热能将导致碳化硅MOSFET结温升高。碳化硅MOSFET功率模块通常为多芯片并联使用,由于芯片间的散热差异及运行损耗差异,芯片结温往往不均衡,高温环境下并联芯片的热失衡问题将会影响模块整体的寿命和可靠性。因此,针对碳化硅MOSFET功率模块的温度均衡问题进行研究,对提高功率模块的可靠性有着重要的意义。本文首先提出了一种基于分段拟合的碳化硅MOSFET损耗计算仿真模型的优化方法,提高了芯片开关、导通损耗的仿真计算准确度。该方法将碳化硅MOSFET模型中表征静态特性的核心单元模型优化为分段模型,以提高该模型表征高、低栅压下器件静态特性的准确度。同时,在模型分段处进行线性插值以保证模型函数的连续性,并基于器件漏源支路元器件参数对拟合数据进行了修正,以提高模型表征参数的提取准确度。此外,为提高器件的动态模型准确度,增加了栅漏结电容模型函数的分段点,并给出了分段点选择方法。最后,搭建了双脉冲实验平台进行优化模型的静态特性、开关损耗仿真准确度进行了验证。其次,本文在传统电压钳位电路的基础上提出了一种新型的电压钳位电路,并搭建了带有电压钳位电路的双脉冲测试平台,验证了优化模型仿真计算导通损耗的准确度。首先对该新型电压钳位电路的结构及电路的优势进行了介绍。随后,讨论了组成该新型电压钳位电路的各元器件对电路工作表现的影响,并给出了元器件的选型方法。随后,通过仿真及实验验证了该新型电压钳位电路的工作安全性、测量准确性及器件选型方法的有效性。最后,搭建了新型电压钳位电路测试平台,验证了优化模型仿真计算导通损耗的准确度。最后,提出了考虑功率模块内部结温均衡的芯片筛选方法。将功率模块内部热均衡问题分为两部分进行研究,分别是热源及热网络。针对热源问题,本文利用优化模型仿真研究了芯片阈值电压和导通电阻参数差异对并联碳化硅MOSFET芯片运行总损耗不均衡度的影响规律。针对热网络问题,采用有限元方法研究了芯片位置与结温的关系。最后,提出了功率模块内部不同位置芯片的筛选原则,利用热源差异补偿芯片位置不同产生的散热差异,提高了功率模块的结温均衡程度。

关键词： SiC MOSFET功率模块优化模型电压钳位电路芯片筛选结温均衡

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