隨著時代與科技的快速發(fā)展,全球范圍的能源短缺以及環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,電動車輛正在逐漸取代傳統(tǒng)車輛。功率器件作為電機(jī)控制器的組成部件是電力傳動系統(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等開關(guān)器件的失效引起,而超過半數(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)計結(jié)溫狀態(tài)觀測器對IGBT結(jié)溫進(jìn)行實時預(yù)測。電學(xué)部分,基于雙脈沖測試原理搭建IGBT動態(tài)特性離線測試平臺,對不同工作狀態(tài)下的IGBT開關(guān)特性進(jìn)行測試,研究導(dǎo)通電流、母線電壓、結(jié)溫對IGBT損耗的影響,基于平臺測試數(shù)據(jù),采用線性插值法詳細(xì)分析推導(dǎo)了IGBT開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的數(shù)學(xué)模型。對于傳熱學(xué)部分,本文通過對IGBT熱傳遞過程的分析,確定主要的傳熱路徑。搭建IGBT瞬態(tài)熱阻測試平臺進(jìn)行熱阻測試,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),通過測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)點的狀態(tài)方程,針對基于狀態(tài)方程對結(jié)溫的開環(huán)估計無法進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)... 

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

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

IGBT驅(qū)動板信號放大電路

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)觀測器的IGBT結(jié)溫估計模型分為三個部分：電學(xué)模型、熱學(xué)模型以及觀測器模型，實現(xiàn)結(jié)溫估計原理框架如圖4-4所示。IGBT損耗模型IGBT熱網(wǎng)絡(luò)模型狀態(tài)觀測器IGBT工作狀態(tài)PdissTNTCTambVCEICTjPdiss圖4-4IGBT結(jié)溫預(yù)測原理框圖其中，電學(xué)模型部分為第二章中的IGBT損耗模型，實時計算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，僅可以實現(xiàn)對IGBT結(jié)溫的開環(huán)估計，但是在實際運行中，受模型精度以及各種隨機(jī)干擾等的影響，結(jié)溫估計精度將受到影響。因此，本文采用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)開環(huán)溫度的閉環(huán)估計，利用觀測器估算的殼溫和實際的NTC熱敏電阻測量殼溫間的誤差對結(jié)溫估計值進(jìn)行實時修正，從而很好的預(yù)測IGBT的實時結(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、開關(guān)頻率以及PWM波的占空比，通過實時采集IGBT的工作參數(shù)計算當(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)觀測器的IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測仿真模型，模型包括有簡單的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)觀測器，基于真實的殼溫與觀測器估計的殼溫之間的誤差進(jìn)行輸出反饋調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對結(jié)溫估計值進(jìn)行實時修正。圖4-7基于全階狀態(tài)觀測器的IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測仿真模型

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本文編號：3574608