發(fā)布時間：2020-05-23 02:06

【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)集合了MOSFET與BJT的優(yōu)點,以高開關(guān)速度與低開關(guān)損耗被視為理想開關(guān),廣泛應(yīng)用于逆變器等領(lǐng)域。溫度作為影響IGBT器件失效的主要因素,能夠快速準(zhǔn)確的獲取IGBT結(jié)溫對研究器件失效機(jī)理、壽命預(yù)測與可靠性狀態(tài)評估有著重要的意義。然而對于現(xiàn)有的IGBT芯片與模塊,在不破壞其封裝的情況下進(jìn)行結(jié)溫的實時測量非常困難。本文研究了基于磁納米粒子的IGBT結(jié)溫測量方法,利用磁納米粒子的單點測溫技術(shù),結(jié)合結(jié)溫測量模型,設(shè)計溫度測量系統(tǒng)并通過實驗實現(xiàn)了耗散功率階躍變化時的結(jié)溫實時測量。本文首先對IGBT的RC熱網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行簡化,并結(jié)合散熱系統(tǒng)得到二階熱網(wǎng)絡(luò)模型,接著推導(dǎo)了二階熱網(wǎng)絡(luò)模型的階躍響應(yīng)方程,得到耗散功率階躍變化的結(jié)溫測量模型,進(jìn)而提出基于磁納米粒子的IGBT結(jié)溫測量流程,包括結(jié)溫測量模型參數(shù)獲取以及基于磁納米粒子的結(jié)溫測量。同時也對磁納米粒子交流測溫模型的誤差以及結(jié)溫測量模型的誤差進(jìn)行了仿真分析。完成模型建立后,研究磁納米粒子測溫的溫度反演算法并搭建一套測溫系統(tǒng)。首先根據(jù)磁納米測溫模型得到溫度反演時的四種約束條件,接著結(jié)合粒子群算法通過仿真實驗比較了四種約束條件的優(yōu)劣,進(jìn)而對溫度反演算法進(jìn)行優(yōu)化,加強(qiáng)了算法的局部搜索能力。然后設(shè)計了測溫系統(tǒng)的硬件與軟件部分,硬件部分包括激勵磁場產(chǎn)生裝置與弱磁探測系統(tǒng),軟件部分則包括數(shù)字相敏檢波算法與軟件消剩磁。最后,設(shè)計實驗并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。驗證了磁納米粒子用于IGBT工作環(huán)境下測溫的可行性,得到了標(biāo)準(zhǔn)誤差0.149K、最大誤差0.31K的測溫精度。并在不破壞IGBT現(xiàn)有封裝的前提下,實現(xiàn)了耗散功率階躍變化時IGBT結(jié)溫的實時測量。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文圖 2.1(b)為無激勵磁場的平衡狀態(tài)，(a)為低溫下的有激勵磁場狀態(tài)，(c)為高溫下的有激勵磁場狀態(tài)。比較(a)與(c)底部的坐標(biāo)軸可以發(fā)現(xiàn)：高溫下，布朗運動加劇，導(dǎo)致磁矩相對于低溫情況，偏離激勵磁場方向的趨勢更大，，從而宏觀上的磁化強(qiáng)度較低溫更小。即溫度升高，磁化強(qiáng)度減�。粶囟冉档�，磁化強(qiáng)度增大。

空心探測線圈沿軸切面示意圖
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN322.8

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