基于磁纳米粒子的IGBT结温测量方法研究

发布时间：2020-05-23 02:06

【摘要】：绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)集合了MOSFET与BJT的优点,以高开关速度与低开关损耗被视为理想开关,广泛应用于逆变器等领域。温度作为影响IGBT器件失效的主要因素,能够快速准确的获取IGBT结温对研究器件失效机理、寿命预测与可靠性状态评估有着重要的意义。然而对于现有的IGBT芯片与模块,在不破坏其封装的情况下进行结温的实时测量非常困难。本文研究了基于磁纳米粒子的IGBT结温测量方法,利用磁纳米粒子的单点测温技术,结合结温测量模型,设计温度测量系统并通过实验实现了耗散功率阶跃变化时的结温实时测量。本文首先对IGBT的RC热网络模型进行简化,并结合散热系统得到二阶热网络模型,接着推导了二阶热网络模型的阶跃响应方程,得到耗散功率阶跃变化的结温测量模型,进而提出基于磁纳米粒子的IGBT结温测量流程,包括结温测量模型参数获取以及基于磁纳米粒子的结温测量。同时也对磁纳米粒子交流测温模型的误差以及结温测量模型的误差进行了仿真分析。完成模型建立后,研究磁纳米粒子测温的温度反演算法并搭建一套测温系统。首先根据磁纳米测温模型得到温度反演时的四种约束条件,接着结合粒子群算法通过仿真实验比较了四种约束条件的优劣,进而对温度反演算法进行优化,加强了算法的局部搜索能力。然后设计了测温系统的硬件与软件部分,硬件部分包括激励磁场产生装置与弱磁探测系统,软件部分则包括数字相敏检波算法与软件消剩磁。最后,设计实验并对实验结果进行分析。验证了磁纳米粒子用于IGBT工作环境下测温的可行性,得到了标准误差0.149K、最大误差0.31K的测温精度。并在不破坏IGBT现有封装的前提下,实现了耗散功率阶跃变化时IGBT结温的实时测量。
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文图 2.1(b)为无激励磁场的平衡状态，(a)为低温下的有激励磁场状态，(c)为高温下的有激励磁场状态。比较(a)与(c)底部的坐标轴可以发现：高温下，布朗运动加剧，导致磁矩相对于低温情况，偏离激励磁场方向的趋势更大，，从而宏观上的磁化强度较低温更小。即温度升高，磁化强度减小；温度降低，磁化强度增大。

空心探测线圈沿轴切面示意图
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN322.8

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本文编号：2676965