【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)集合了MOSFET與BJT的優(yōu)點(diǎn),以高開(kāi)關(guān)速度與低開(kāi)關(guān)損耗被視為理想開(kāi)關(guān),廣泛應(yīng)用于逆變器等領(lǐng)域。溫度作為影響IGBT器件失效的主要因素,能夠快速準(zhǔn)確的獲取IGBT結(jié)溫對(duì)研究器件失效機(jī)理、壽命預(yù)測(cè)與可靠性狀態(tài)評(píng)估有著重要的意義。然而對(duì)于現(xiàn)有的IGBT芯片與模塊,在不破壞其封裝的情況下進(jìn)行結(jié)溫的實(shí)時(shí)測(cè)量非常困難。本文研究了基于磁納米粒子的IGBT結(jié)溫測(cè)量方法,利用磁納米粒子的單點(diǎn)測(cè)溫技術(shù),結(jié)合結(jié)溫測(cè)量模型,設(shè)計(jì)溫度測(cè)量系統(tǒng)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了耗散功率階躍變化時(shí)的結(jié)溫實(shí)時(shí)測(cè)量。本文首先對(duì)IGBT的RC熱網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,并結(jié)合散熱系統(tǒng)得到二階熱網(wǎng)絡(luò)模型,接著推導(dǎo)了二階熱網(wǎng)絡(luò)模型的階躍響應(yīng)方程,得到耗散功率階躍變化的結(jié)溫測(cè)量模型,進(jìn)而提出基于磁納米粒子的IGBT結(jié)溫測(cè)量流程,包括結(jié)溫測(cè)量模型參數(shù)獲取以及基于磁納米粒子的結(jié)溫測(cè)量。同時(shí)也對(duì)磁納米粒子交流測(cè)溫模型的誤差以及結(jié)溫測(cè)量模型的誤差進(jìn)行了仿真分析。完成模型建立后,研究磁納米粒子測(cè)溫的溫度反演算法并搭建一套測(cè)溫系統(tǒng)。首先根據(jù)磁納米測(cè)溫模型得到溫度反演時(shí)的四種約束條件,接著結(jié)合粒子群算法通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)比較了四種約束條件的優(yōu)劣,進(jìn)而對(duì)溫度反演算法進(jìn)行優(yōu)化,加強(qiáng)了算法的局部搜索能力。然后設(shè)計(jì)了測(cè)溫系統(tǒng)的硬件與軟件部分,硬件部分包括激勵(lì)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置與弱磁探測(cè)系統(tǒng),軟件部分則包括數(shù)字相敏檢波算法與軟件消剩磁。最后,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。驗(yàn)證了磁納米粒子用于IGBT工作環(huán)境下測(cè)溫的可行性,得到了標(biāo)準(zhǔn)誤差0.149K、最大誤差0.31K的測(cè)溫精度。并在不破壞IGBT現(xiàn)有封裝的前提下,實(shí)現(xiàn)了耗散功率階躍變化時(shí)IGBT結(jié)溫的實(shí)時(shí)測(cè)量。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文圖 2.1(b)為無(wú)激勵(lì)磁場(chǎng)的平衡狀態(tài)，(a)為低溫下的有激勵(lì)磁場(chǎng)狀態(tài)，(c)為高溫下的有激勵(lì)磁場(chǎng)狀態(tài)。比較(a)與(c)底部的坐標(biāo)軸可以發(fā)現(xiàn)：高溫下，布朗運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致磁矩相對(duì)于低溫情況，偏離激勵(lì)磁場(chǎng)方向的趨勢(shì)更大，，從而宏觀(guān)上的磁化強(qiáng)度較低溫更小。即溫度升高，磁化強(qiáng)度減小；溫度降低，磁化強(qiáng)度增大。

空心探測(cè)線(xiàn)圈沿軸切面示意圖
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN322.8

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本文編號(hào)：2676965