基于驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)調(diào)整的功率模塊結(jié)溫控制研究.pdf

1、目前，變流器在使用中面臨著更高的功率等級(jí)和更加復(fù)雜的運(yùn)行工況。因此產(chǎn)生的功率波動(dòng)反復(fù)對(duì)變流器中的IGBT器件進(jìn)行不均衡的電熱應(yīng)力沖擊，使其老化失效，降低其可靠性。結(jié)溫波動(dòng)則是上述功率波動(dòng)的產(chǎn)物和表征量，當(dāng)結(jié)溫波動(dòng)平滑后，IGBT的可靠性會(huì)得到很大提升。目前的主要實(shí)現(xiàn)途徑包括，改變外部散熱條件或內(nèi)部損耗，當(dāng)功率的波動(dòng)減小，結(jié)溫的波動(dòng)也就隨之減小。前者通過(guò)建立二維熱網(wǎng)絡(luò)模型，獲得控制的解析表達(dá)式，并以此為根據(jù)改變散熱條件，但由于模型精確度不

2、高，控制具有一定時(shí)間延遲等因素，使得調(diào)節(jié)效果不太理想。后者主要集中于開(kāi)關(guān)頻率的調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)證明改變開(kāi)關(guān)頻率可以成倍的改變開(kāi)關(guān)損耗，當(dāng)開(kāi)關(guān)損耗在總損耗中比例較大時(shí)，此方法效果明顯。但是在特定的工況下，變流器設(shè)計(jì)完成后，允許的開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)范圍并不大。本論文主要對(duì)通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)結(jié)溫進(jìn)行控制展開(kāi)了研究工作本文首先通過(guò)計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)電阻允許的變化范圍，并根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)擬合出IGBT導(dǎo)通損耗和以驅(qū)動(dòng)電阻為自變量的開(kāi)關(guān)損耗解析表達(dá)式，兩者相加

3、得到總損耗的表達(dá)式。在simulink中建立數(shù)學(xué)模型，將計(jì)算得到的損耗轉(zhuǎn)化為電流源，通過(guò)熱網(wǎng)絡(luò)，得到結(jié)溫。通過(guò)改變輸入的驅(qū)動(dòng)電阻值，分別得到對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)溫波形，觀察穩(wěn)態(tài)結(jié)溫的變化，驗(yàn)證了改變驅(qū)動(dòng)電阻調(diào)節(jié)結(jié)溫的可行性。
　　通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)中的信息在saber仿真軟件中完成IGBT行為模型的建立，完成主電路以及熱網(wǎng)絡(luò)的搭建進(jìn)行仿真。首先使用改變驅(qū)動(dòng)電阻的方式，進(jìn)行結(jié)溫調(diào)節(jié)，就控制前后結(jié)溫變化量進(jìn)行對(duì)比，之后分別加入開(kāi)關(guān)頻率和集射極電壓U

4、CE，分析這兩個(gè)因素對(duì)結(jié)溫控制的影響?？紤]到驅(qū)動(dòng)電阻切換可能會(huì)對(duì)IGBT柵極造成沖擊，使用三極管限流電路代替驅(qū)動(dòng)電阻調(diào)節(jié)。完成理論分析后，在saber中完成三極管限流電路的搭建，通過(guò)仿真驗(yàn)證其基本實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電阻的功能，驗(yàn)證了其進(jìn)行結(jié)溫調(diào)節(jié)的可行性。
　　最后，在理論分析和仿真的基礎(chǔ)上，完成主電路和三極管限流電路的搭建，并以DSP為控制核心，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流采樣、負(fù)載電流跳變、結(jié)溫測(cè)量、三極管控制等功能，并對(duì)控制前后結(jié)溫波動(dòng)變化量進(jìn)行對(duì)