三相逆变系统中IGBT功率模块温度影响研究

摘要

由于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块存在不同潜在缺陷，长期功率、温度冲击会造成不同模块之间疲劳积累及退化方向的差异，导致不同IGBT之间温度不平衡，进而加剧其电热性能退化。IGBT作为变流系统的核心部件，其能否可靠工作影响着整个系统的稳定性。因此，研究IGBT模块温度与电参数之间关系及其准在线试验系统，具有重要的理论意义和实用价值。
　　为了控制和检测IGBT模块电参数及温度，设计了IGBT模块电参数可调控的三相逆变试验系统与IGBT模块温度控制及采集系统。
　　首先，建立IGBT模块平均功率计算模型，挖掘影响其温度的关键电参数（集射极电压、集电极电流、开关频率及驱动死区时间），并通过恒温箱单脉冲试验、电应力加热试验及Ansys有限元仿真等方式进一步对所选取的电参数进行验证分析，为三相逆变试验系统的设计提供方向。其次，设计并搭建IGBT模块功率可调控的三相逆变试验系统，结合DDS（直接数字频率合成）与FPGA（现场可编程逻辑阵列）技术，对三相逆变电路的IGBT门极驱动系统进行研发，实现对IGBT模块变频、定宽及死区时间的驱动控制。再次，设计并搭建IGBT模块结温、壳温的实时采集系统，能实现壳温上、下限可调的IGBT模块温度循环冲击试验。最后，对试验所得数据进行处理，研究集电极电流与模块温度的关系、开关频率与模块温度的关系、结温-壳温关系、功耗-壳温关系及死区时间-壳温关系。试验结果表明，所研发的试验系统可以实现对IGBT模块关键电参数的检测、壳温和结温的采集和控制，达到预定功能，为研究变流系统中IGBT模块温度与电参数之间的关系及协调实际应用中IGBT模块电参数与结温裕量关系提供有力的硬件支持。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 IGBT模块温度影响参数及试验技术研究现状

1.3 主要工作内容

第二章 IGBT模块温度影响参数分析

2.1 IGBT模块电热特性分析

2.2 IGBT模块导通压降与结温关系分析

2.3 IGBT模块开关过程与结温关系分析

2.4 IGBT模块开关频率与结温关系分析

2.5 三相逆变系统中IGBT模块温度影响参数分析

第三章 基于IGBT模块电参数控制的三相逆变试验系统设计

3.1 三相逆变试验系统硬件设计

3.2 IGBT模块门极驱动系统设计

3.3 三相逆变系统试验装置调试

第四章 IGBT模块温度采集及控制系统设计

4.1 IGBT模块测温点分析及传感器选择

4.2 IGBT模块温度采集及控制系统设计

4.3 IGBT模块温度采集及控制系统调试

第五章 IGBT模块温度影响参数试验研究

5.1 IGBT模块温度影响参数试验方法

5.2 IGBT模块温度影响参数试验结果及分析

第六章 课题工作总结与展望

6.1 课题工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢