隨著時(shí)代與科技的快速發(fā)展,全球范圍的能源短缺以及環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,電動(dòng)車(chē)輛正在逐漸取代傳統(tǒng)車(chē)輛。功率器件作為電機(jī)控制器的組成部件是電力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一,研究表明將近三分之一的半導(dǎo)體功率器件的故障都是由于IGBT等開(kāi)關(guān)器件的失效引起,而超過(guò)半數(shù)的失效都是由于溫度引起的。本文從IGBT的電學(xué)和傳熱學(xué)方面出發(fā),考慮電、熱參數(shù)的相互影響,設(shè)計(jì)結(jié)溫狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)IGBT結(jié)溫進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。電學(xué)部分,基于雙脈沖測(cè)試原理搭建IGBT動(dòng)態(tài)特性離線測(cè)試平臺(tái),對(duì)不同工作狀態(tài)下的IGBT開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行測(cè)試,研究導(dǎo)通電流、母線電壓、結(jié)溫對(duì)IGBT損耗的影響,基于平臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù),采用線性插值法詳細(xì)分析推導(dǎo)了IGBT開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于傳熱學(xué)部分,本文通過(guò)對(duì)IGBT熱傳遞過(guò)程的分析,確定主要的傳熱路徑。搭建IGBT瞬態(tài)熱阻測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行熱阻測(cè)試,根據(jù)IGBT飽和壓降在恒定小電流導(dǎo)通情況下與器件結(jié)溫呈線性相關(guān)的性質(zhì),通過(guò)測(cè)量飽和壓降得到溫度與瞬態(tài)熱阻變化曲線�；谒矐B(tài)熱阻曲線提取熱阻、熱容參數(shù),搭建熱網(wǎng)絡(luò)模型�；贗GBT熱網(wǎng)絡(luò)模型推導(dǎo)各溫度節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)方程,針對(duì)基于狀態(tài)方程對(duì)結(jié)溫的開(kāi)環(huán)估計(jì)無(wú)法進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

IGBT驅(qū)動(dòng)板信號(hào)放大電路

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-41-4.3.1仿真模型的建立基于狀態(tài)觀測(cè)器的IGBT結(jié)溫估計(jì)模型分為三個(gè)部分：電學(xué)模型、熱學(xué)模型以及觀測(cè)器模型，實(shí)現(xiàn)結(jié)溫估計(jì)原理框架如圖4-4所示。IGBT損耗模型IGBT熱網(wǎng)絡(luò)模型狀態(tài)觀測(cè)器IGBT工作狀態(tài)PdissTNTCTambVCEICTjPdiss圖4-4IGBT結(jié)溫預(yù)測(cè)原理框圖其中，電學(xué)模型部分為第二章中的IGBT損耗模型，實(shí)時(shí)計(jì)算IGBT的當(dāng)前工況下功率損耗，模型輸入包括：集電極電流、母線電壓、結(jié)溫等工作參數(shù)。熱學(xué)模型則是根據(jù)熱-電比擬理論將熱阻網(wǎng)絡(luò)的溫度、熱流、熱阻與熱容分別與電路中電壓、電流、電阻以及電容進(jìn)行等效，整理好熱網(wǎng)絡(luò)之后采用電路的基爾霍夫定律的方法求解熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的溫差和熱流。常規(guī)的電熱耦合模型就只有電學(xué)與熱學(xué)兩部分模型，僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT結(jié)溫的開(kāi)環(huán)估計(jì)，但是在實(shí)際運(yùn)行中，受模型精度以及各種隨機(jī)干擾等的影響，結(jié)溫估計(jì)精度將受到影響。因此，本文采用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)溫度的閉環(huán)估計(jì)，利用觀測(cè)器估算的殼溫和實(shí)際的NTC熱敏電阻測(cè)量殼溫間的誤差對(duì)結(jié)溫估計(jì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，從而很好的預(yù)測(cè)IGBT的實(shí)時(shí)結(jié)溫。圖4-5IGBT功率損耗仿真模型

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-42-圖4-5為IGBT的電學(xué)損耗模型，根據(jù)第二章所搭建的導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)損耗數(shù)學(xué)公式進(jìn)行建模。主要影響IGBT損耗的因素有：母線電壓、導(dǎo)通電流、結(jié)溫、開(kāi)關(guān)頻率以及PWM波的占空比，通過(guò)實(shí)時(shí)采集IGBT的工作參數(shù)計(jì)算當(dāng)前功率損耗。圖4-6IGBT熱網(wǎng)絡(luò)仿真模型圖4-6為IGBT的Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)第三章論述的方法獲取熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行仿真建模，將功率損耗當(dāng)做熱網(wǎng)絡(luò)的電流源輸入，環(huán)境溫度當(dāng)做電壓源輸入。下圖4-7為基于全階狀態(tài)觀測(cè)器的IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測(cè)仿真模型，模型包括有簡(jiǎn)單的IGBT工作電路、損耗模型、等效熱網(wǎng)絡(luò)模型以及結(jié)溫狀態(tài)觀測(cè)器，基于真實(shí)的殼溫與觀測(cè)器估計(jì)的殼溫之間的誤差進(jìn)行輸出反饋調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)溫估計(jì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。圖4-7基于全階狀態(tài)觀測(cè)器的IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測(cè)仿真模型

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