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基于改进双支耦合Cauer模型的逆变器中IGBT模块结温预测方法 被引量：3
1
作者 严庆 杜明星 +2 位作者 胡经纬 尹金良 董超 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期431-439,共9页
在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片... 在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片结温的影响进行分析,建立同时考虑IGBT芯片焊料层空洞损伤和芯片材料热效应的改进双支耦合Cauer模型。通过有限元方法研究不同空洞率对IGBT模块热特性的影响,并给出含有空洞时焊料层热阻的计算方法。在此基础上,进一步考虑IGBT模块芯片热参数对温度的依赖关系,建立芯片热阻-温度的函数模型。最终,通过实验验证所提改进模型的准确性和有效性,提高了IGBT模块的结温预测精度,增强了光伏发电和风电系统中逆变器的可靠性。 展开更多
关键词 逆变器 IGBT模块 结温 热物性 焊料层空洞 cauer热网络模型
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基于双分支Cauer模型的IGBT模块焊料层老化监测方法 被引量：2
2
作者 刘雪庭 杜明星 +1 位作者 马格 尹艺迪 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期336-341,共6页
以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片... 以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片结温、铜端子温度、底板温度的变化规律,准确定位焊料层老化位置,以区分芯片焊料层老化和底板焊料层老化,从而实现对不同焊料层的老化状态监测。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 状态监测 有限元分析 焊料层老化 cauer热网络模型
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状态变量方程辨识Cauer热模型参数的方法 被引量：2
3
作者 李猎 何怡刚 《测控技术》 2019年第1期82-84,97,共4页
绝缘栅双极性晶体管IGBT模块热网络与可靠性密切相关。Cauer模型简单直观,为了得到模型中各元件的参数,提出一种基于现代控制理论中任意系统转换为能观标准型的一般方法,将模型的一般的状态空间表达式通过矩阵变换的方法转换为特殊的能... 绝缘栅双极性晶体管IGBT模块热网络与可靠性密切相关。Cauer模型简单直观,为了得到模型中各元件的参数,提出一种基于现代控制理论中任意系统转换为能观标准型的一般方法,将模型的一般的状态空间表达式通过矩阵变换的方法转换为特殊的能观标准型。通过实验或仿真得到系统的传递函数,将传递函数与能观标准型进行比较,可以得到若干个方程组并求解得到所需的元件参数。通过仿真验证了该方法的可行性。 展开更多
关键词 cauer模型 参数辨识 能观标准型 矩阵变换
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用Cauer网络综合技术提取PBG等效电路模型
4
作者 杨宁 王蕴仪 高初 《微波学报》 CSCD 北大核心 2001年第4期18-24,共7页
本文从全波场分析结果出发 ,提取了 PBG单元结构的集总等效有耗电路模型。对每个 PBG单元采用时域有限差分 (FDTD)方法进行全波分析 ,然后用 Cauer部分分式展开形式和网络综合技术 ,由全波分析结果提取等效有损电路模型参数 ,并将提取... 本文从全波场分析结果出发 ,提取了 PBG单元结构的集总等效有耗电路模型。对每个 PBG单元采用时域有限差分 (FDTD)方法进行全波分析 ,然后用 Cauer部分分式展开形式和网络综合技术 ,由全波分析结果提取等效有损电路模型参数 ,并将提取获得的 PBG单元等效电路模型嵌入 HP- ADS软件对整个 PBG结构进行 SPICE分析 ,得到的散射参量和全波分析结果比较基本一致 ,证明了该模型的准确性。这种模型可以嵌入电路分析和设计软件中 ,用来对应用了 展开更多
关键词 时域有限差分法 光子带隙 cauer网络综合 等效电路模型
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基于Cauer网络的功率电感高频涡流损耗模型
5
作者 洪扬 谢文轩 +1 位作者 陈格恩 周岩 《磁性材料及器件》 CAS 2023年第1期84-88,共5页
高频下磁芯涡流损耗与频率之间呈现非线性关系,传统的磁芯涡流损耗模型在高频下不再适用,在结合传统磁芯涡流模型和Cauer梯形网络的基础上,研究了基于Cauer模型的功率电感高频涡流损耗建模方法。通过构建磁芯阻抗函数描述磁芯材料中涡... 高频下磁芯涡流损耗与频率之间呈现非线性关系,传统的磁芯涡流损耗模型在高频下不再适用,在结合传统磁芯涡流模型和Cauer梯形网络的基础上,研究了基于Cauer模型的功率电感高频涡流损耗建模方法。通过构建磁芯阻抗函数描述磁芯材料中涡流损耗与频率的关系,构建磁芯阻抗Cauer Ⅰ梯形网络,并通过Euclidean算法迭代求出Cauer Ⅱ梯形网络中的参数。对磁芯3C90进行磁芯阻抗Cauer Ⅱ网络构建,在相应条件下对该网络进行仿真,仿真结果表明,磁芯阻抗Cauer网络不仅对磁芯电感系数的高频特性的拟合结果良好,且基于Cauer网络的涡流损耗仿真的功率损耗与实际测量的功率损耗接近,故基于Cauer网络的磁芯涡流损耗模型能有效预测非正弦激励下的磁芯涡流损耗。 展开更多
关键词 电感 磁芯 涡流损耗 功率损耗 cauer模型
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基于双分支Cauer模型的IGBT模块键合线故障监测方法
6
作者 刘雪庭 杜明星 +1 位作者 孙谢鹏 胡经纬 《天津理工大学学报》 2024年第5期75-79,共5页
绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为电力电子装置的核心器件,针对IGBT模块不断承受温度变化和功率循环后导致的键合线脱落,文中在传统Cauer模型的基础上,提出了芯片-铜端子热流支路的Cauer模型,构建了双... 绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为电力电子装置的核心器件,针对IGBT模块不断承受温度变化和功率循环后导致的键合线脱落,文中在传统Cauer模型的基础上,提出了芯片-铜端子热流支路的Cauer模型,构建了双分支结构的Cauer模型,研究了IGBT模块键合线故障下从芯片到底板的稳态热阻抗,通过有限元热仿真对键合线脱落不同根数进行模拟,对模块温度进行分析,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度,其变化可作为诊断键合线故障的重要依据,对IGBT模块状态监测及使用寿命进行预测,实验结果验证了所提出的方法的正确性。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 键合线断裂 温度特性 cauer热网络模型
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基于传递函数的IGBT模块结温估计及老化监测方法
7
作者 孙谢鹏 杜明星 胡经纬 《天津理工大学学报》 2025年第1期36-43,共8页
绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的Cauer模型与可靠性密切相关,因此研究Cauer模型及其参数的提取方法具有重要的实际意义。基于此,以三阶Cauer模型为例,研究了基于底板温度传递函数的热网络模型参数... 绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的Cauer模型与可靠性密切相关,因此研究Cauer模型及其参数的提取方法具有重要的实际意义。基于此,以三阶Cauer模型为例,研究了基于底板温度传递函数的热网络模型参数提取方法,并利用该模型实现了结温准确估计和老化状态监测。首先,建立了底板温度传递函数与热网络模型参数的关系,确定了三阶Cauer频域模型的热阻和热容。其次,根据得到的三阶Cauer频域模型反推出结温传递函数,进而求得结温表达式,实现IGBT模块结温估计并实验验证其准确性。最后,将该方法与国际电工委员会(international electrotechnical commission, IEC)标准下的总热阻计算方法相比,计算误差小于1%,且实现了结温的准确估计。此外,基于此方法可以实现对IGBT模块、热界面材料(thermal interface material, TIM)和散热片散热效果的状态监测。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 cauer频域模型 传递函数 结温估计 状态监测
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IGBT模块焊料层空洞生长分析与评估方法 被引量：9
8
作者 唐圣学 马强 +2 位作者 陈冬 姚芳 王希平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期244-254,共11页
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在实际工况中会受到周期性的交变电、热、机械力等多种应力作用,极易导致焊料层空洞的快速融合、生长,造成焊料层分层脱落和失效。通过进行焊料层多物理场耦合建模仿真和老化试验,研究了芯片焊料层空洞大... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在实际工况中会受到周期性的交变电、热、机械力等多种应力作用,极易导致焊料层空洞的快速融合、生长,造成焊料层分层脱落和失效。通过进行焊料层多物理场耦合建模仿真和老化试验,研究了芯片焊料层空洞大小、位置以及分布对模块结温和应力的影响;进而,提出了老化过程中焊料层空洞的生长模型,分析了模块热特性随空洞生长过程的变化规律;然后,通过研究反映空洞热阻的Cauer热网络模型及其参数提取方法,提出了利用模块热阻增加率评估焊料层空洞生长程度的方法。结果表明:在生长初期(空洞率≤5%),焊料层中心空洞对热阻、芯片结温的影响大于边缘空洞,对应力的影响则相反;在生长后期,芯片焊层空洞率大于30%、直接敷铜(DBC)衬底焊料层空洞率大于40%,不同生长模型的影响基本一致。最后通过功率循环老化、超声波检测以及结温测试,验证了结论。 展开更多
关键词 IGBT模块 空洞生长 cauer热网络模型 有限元分析
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考虑热效应的IGBT热网络模型建模方法 被引量：12
9
作者 申海东 解江 +1 位作者 吴雪珂 欧永 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期898-904,共7页
功率器件结温预测对于器件的寿命评价具有重要意义,而材料的热效应是影响结温预测结果的关键因素之一。基于此,提出了一种考虑热效应的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)热网络模型建模方法,可提高IGBT结温预测的准确性。采用经典Foster与Cauer... 功率器件结温预测对于器件的寿命评价具有重要意义,而材料的热效应是影响结温预测结果的关键因素之一。基于此,提出了一种考虑热效应的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)热网络模型建模方法,可提高IGBT结温预测的准确性。采用经典Foster与Cauer热网络模型转换方法,获取IGBT各层结构热阻和热容,建立芯片Si热阻-温度的函数模型,对比模型计算值与实验结果,验证了热阻-温度函数建模方法的合理性与准确性。最后基于Multisim平台建立了新型IGBT Cauer热网络模型,实现热效应耦合下结温的实时预测。仿真结果表明,随着环境温度升高和IGBT功耗增大,材料热效应对结温预测影响就越大,此时新Cauer模型仿真结果更具有参考价值,可为功率器件寿命评价提供更可靠的数据支持。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) cauer模型 结温 热网络模型 可靠性
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基于各层材料传热特性的晶闸管结温计算等效电路模型 被引量：8
10
作者 熊诗成 鲁军勇 +1 位作者 郑宇锋 曾德林 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期1157-1164,共8页
晶闸管作为脉冲功率系统中重要的开关元件,在实际运用过程中晶闸管的结温既影响晶闸管运行的可靠性,又影响其使用寿命,因此对晶闸管的热阻分析与建模具有极高实用价值。该文运用导热微分方程计算晶闸管内部不同材料元件热阻抗特性,分别... 晶闸管作为脉冲功率系统中重要的开关元件,在实际运用过程中晶闸管的结温既影响晶闸管运行的可靠性,又影响其使用寿命,因此对晶闸管的热阻分析与建模具有极高实用价值。该文运用导热微分方程计算晶闸管内部不同材料元件热阻抗特性,分别求得到其对应的Foster网络参数模型。然后把各层材料的Foster参数进行变化得到应的Cauer网络参数,最终把各层材料的Cauer模型级联起来得到整个晶闸管的结温计算模型。结合实际晶闸管结构和对应材料热物理参数,分析接触热阻与压接力关系,在新模型中加入相应的接触热阻。将所求得的晶闸管的新的Cauer电路网络模型的单位阶跃响应、ANSYS有限元建模计算结果及晶闸管手册中提供的热阻抗曲线进行对比,验证提出新的结温计算方法的可行性。同时针对实际工况的脉冲电流曲线幅值脉宽进行分析且建立试验平台研究相同电流脉宽,不同电流幅值的单次浪涌电流工况温升情况,通过新模型与传统模型相比较,验证提出的新模型的有效性。通过理论分析和实验验证,为晶闸管热特性设计及电热耦合计算提供一种实用的电路暂态等效计算模型。 展开更多
关键词 晶闸管 传热学 考尔网络模型 福斯特网络模型 热阻抗曲线
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