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基于物理信息神经网络的SiC MOSFET Cauer热网络参数辨识方法
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作者 郭勇吉 陈鹏伟 +1 位作者 谢琛 王旭辉 《半导体技术》 北大核心 2025年第12期1229-1236,共8页
SiC MOSFET热网络建模是预测、优化器件热行为以及实施有效热管理的重要基础。为解决现有Cauer热网络参数辨识误差较大的问题,提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)的热网络参数辨识方法。根据器件物理结构及热边界层条件建立包含外部... SiC MOSFET热网络建模是预测、优化器件热行为以及实施有效热管理的重要基础。为解决现有Cauer热网络参数辨识误差较大的问题,提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)的热网络参数辨识方法。根据器件物理结构及热边界层条件建立包含外部散热路径的Cauer热网络模型,并在分析热网络方程结构特点的基础上,设计了适用热网络不可观测节点和完整参数辨识的物理信息神经网络架构,提高了辨识结果的全局最优性与物理合理性。经Simulink与COMSOL有限元仿真验证,该参数辨识方法具有较高的准确性。 展开更多
关键词 SiC MOSFET cauer热网络 热表征 参数辨识 物理信息神经网络
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基于零输入响应的Cauer型RC网络参数辨识方法 被引量:13
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作者 杜雄 李腾飞 +2 位作者 夏俊 刘小翠 孙鹏菊 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期222-230,共9页
对于封闭的RC网络,其参数不能直接测量,需要根据端口响应辨识网络参数。但对于等效的RC网络,受实际条件限制,端口激励信号是随机变化的,其模型难以建立。提出了一种基于零输入响应的参数辨识方法。在不考虑激励信号的条件下,分析了RC网... 对于封闭的RC网络,其参数不能直接测量,需要根据端口响应辨识网络参数。但对于等效的RC网络,受实际条件限制,端口激励信号是随机变化的,其模型难以建立。提出了一种基于零输入响应的参数辨识方法。在不考虑激励信号的条件下,分析了RC网络参数和零输入响应条件下时间常数之间的关系,得出在一种工况下不能对参数进行辨识的结论。在此基础上,提出通过级联一阶RC网络,在不同的级联网络参数下得到关于待辨识网络参数的约束方程,根据两组不同的约束方程组可辨识出RC参数。以2阶待辨识的CauerⅠ型电网络为例进行了仿真和实验,结果表明所提方法可对Cauer型RC参数进行辨识。然后,将该方法应用在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的Cauer热网络参数辨识中,也取得了较准确的辨识结果。 展开更多
关键词 cauer型RC网络 参数辨识 零输入响应 变参数 热网络
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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
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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:1
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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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IGBT模块焊料层空洞生长分析与评估方法 被引量:9
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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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功率IGBT模块热网络参数提取研究综述 被引量:5
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作者 王存乐 李志刚 +1 位作者 李雄 孔梅娟 《电工电气》 2017年第10期1-6,16,共7页
功率IGBT模块热网络参数与IGBT的可靠性密切相关。介绍了Foster热网络和Cauer热网络参数的获取方法。Foster热网络参数通过瞬态热阻抗曲线的指数级拟合得到,根据获得瞬态额阻抗曲线方式的不同,又可以分为直接测温法、有限元法、温敏参... 功率IGBT模块热网络参数与IGBT的可靠性密切相关。介绍了Foster热网络和Cauer热网络参数的获取方法。Foster热网络参数通过瞬态热阻抗曲线的指数级拟合得到,根据获得瞬态额阻抗曲线方式的不同,又可以分为直接测温法、有限元法、温敏参数法和双界面瞬态测量法;Cauer热网络参数除了利用瞬态热阻抗曲线拟合方式得到,还可以根据器件的封装结构计算获得。探讨了现阶段热网络参数获取存在的主要问题,指出根据IGBT功率器件在正常运行过程中的相关测量,对热网络参数直接进行在线识别,可减少因热网络参数测量而造成的损失,对于结温的实时估测和寿命预测至关重要。 展开更多
关键词 功率IGBT模块 Foster热网络 cauer热网络 参数获取
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考虑热效应的IGBT热网络模型建模方法 被引量:12
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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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兆瓦级脉冲间歇整流装置热分析 被引量:2
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作者 徐尘 付立军 卢露 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期2751-2757,共7页
脉冲间歇整流装置多适用于短时大功率脉冲工作的应用场合,采用功率二极管或晶闸管作为其主功率器件。该装置在运行过程中产生的功率损耗将显著抬升器件结温,需合理设计散热系统以确保装置安全可靠运行,但针对该类装置的热分析方法却鲜... 脉冲间歇整流装置多适用于短时大功率脉冲工作的应用场合,采用功率二极管或晶闸管作为其主功率器件。该装置在运行过程中产生的功率损耗将显著抬升器件结温,需合理设计散热系统以确保装置安全可靠运行,但针对该类装置的热分析方法却鲜见报道。以某型兆瓦级脉冲间歇整流装置为例,基于热电比拟关系,综合运用流体分析、暂态热分析、曲线拟合等手段,从功率单元热参数提取、换热器模型建立、热源计算等方面递进地为该装置进行热分析,建立全局热阻抗网络。所提出的全局热阻抗网络模型可对不同工况下器件结温、散热器温度等进行预测,装置出厂试验结果证明了该模型的有效性。 展开更多
关键词 晶闸管 电力电子 整流 热分析 散热系统设计 cauer网络
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