绝缘栅双极型晶体管热可靠性管理
成果名称 | 绝缘栅双极型晶体管热可靠性管理 | |||||||
成果联系人 | 胡震 | 职称 | 讲师 | 所在单位 | 金沙8888js官方、人工智能学院 | |||
联系电话 | huzhen0111@njupt.edu.cn | |||||||
技术成熟度 | 技术分类 | |||||||
核心专利号 |
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所属学科方向 | 一级学科 | 电力电子与电力传动 | 二级学科 |
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应用行业 | 风力发电、高铁、电源等 | |||||||
项目概况: 近半个世纪的化石燃料使用导致我国资源短缺、环境污染等问题日益突出,对我国的能源安全及可持续发展战略造成严重威胁,且已严重影响子孙后代的可持续发展。为减少对传统能源的依赖、降低环境污染,我国各部门相继出台政策支持新能源及节能减排技术的发展,电动汽车、新能源发电、高铁及智能电网等被列为重点发展领域。发展电动汽车、新能源发电、高铁及智能电网等产业,不可避免的涉及电能的转换及处理,而以绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)为代表的全控型功率器件不仅是电能转换及处理系统的核心部件,更是确保电能转换及处理系统安全运行的基石。然而,IGBT 模块在服役过程中极易因复杂恶劣的工作环境而发生疲劳损伤失效。而且应用于电动汽车、新能源发电、高铁和智能电网等领域中的IGBT模块主要为大容量系列产品,一旦失效,故障会扩展至整个装备乃至系统,可能造成重大的经济损失,甚至是严重的安全事故。因此, IGBT模块的可靠性运行技术已经成为电动汽车、新能源发电、高铁及智能电网等产业发展的重要技术保障,是我国构建低碳经济网络亟须解决的关键技术之一。
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关键技术: (1) IGBT 状态-空间模型参数实时在线辨识:考虑到实际应用中对 IGBT 模块温度状态信息的时效性、准确性的内在需求,须对 IGBT 模块状态-空间模型的参数进行实时、在线辨识。然而,焊料层的疲劳损伤是一个十分复杂的过程,而且封装的 IGBT 模块为密闭结构,难以通过直接测量方式获取焊料层的疲劳损伤信息。因此,设计了基于外部传感器信息实时监测焊料层疲劳损伤进程,并提取焊料层的损伤边界信息,基于损伤信息及器件线性热特性原理对模型参数进行在线辨识。 (2) 基于有限时间有界理论的 IGBT 结温控制策略:考虑到外部负荷的随机性,通常只须确保 IGBT 结温处于某个安全可控的范围以内。而传统的控制方法中,一般要求设计控制器使状态变量收敛于某个特定的值,这对 IGBT 结温控制而言显然代价过高,且不易实现。因此,引入了有限时间有界理论,使 IGBT 结温处于设定的安全范围内,实现IGBT结温的精确控制。 (3) IGBT 可控变量与外部负荷技术指标关系的确定:变流器系统与外部负荷的交互过程十分复杂,某个可控变量的调整可能影响多个外部负荷技术指标,而多个可控变量的调整可能影响同一个外部负荷技术指标,造成可控变量与外部负荷技术指标关系错综复杂。此外,外部负荷技术指标的重要性也有区别,在进行结温控制综合优化时不能按照同一尺度要求。因此,提出了可控变量与外部负荷技术指标的关系函数,设计了外部负荷技术指标的优先级函数,可实现结温控制综合优化。
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应用领域和市场前景: 针对高铁、智能电网等关键领域对 IGBT 模块高可靠运行性能的内在需求,考虑温度对 IGBT 模块工作性能及疲劳损伤的影响,开展对 IGBT 模块结温管理优化策略的研究。在对外部负荷的运行不产生影响或影响较小的前提下,通过对与 IGBT 模块功率损耗生成有关的可控变量的在线配置,实现对 IGBT 模块内部结温的精确控制,降低高温及结温波动对 IGBT 模块造成的热损伤及对工作性能的影响,提升复杂工况条件下的IGBT模块的可靠运行能力,避免因高温引起 IGBT 模块的突发失效而造成系统停机。
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合作方式(技术转让,技术开发,技术服务,技术咨询,技术入股): *技术转让 *技术咨询 *技术服务 | ||||||||
图片:(1-5张,文件大小不低于1MB,图片清晰,并标注图片说明)
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