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大容量电力电子器件结温提取原理背景

2022/07/1693 作者:佚名
导读:大容量电力电子装备是电气节能、新能源发电、高速机车牵引、智能电网和国防军事中的核心部件之一,其功率等级一般在百kW级乃至数十GW及以上,电压等级一般在kV级乃至数MV及以上,电流等级一般在数百安培级乃至数万安培及以上。 具有高电压阻断能力、低导通压降和大电流密度等静态特性以及短开关时间、小开关损耗、高di/dt与dv/dt耐受力等动态特性的电力电子器件是大容量电力子装备的理想选择。然而,电力电子器

大容量电力电子装备是电气节能、新能源发电、高速机车牵引、智能电网和国防军事中的核心部件之一,其功率等级一般在百kW级乃至数十GW及以上,电压等级一般在kV级乃至数MV及以上,电流等级一般在数百安培级乃至数万安培及以上。

具有高电压阻断能力、低导通压降和大电流密度等静态特性以及短开关时间、小开关损耗、高di/dt与dv/dt耐受力等动态特性的电力电子器件是大容量电力子装备的理想选择。然而,电力电子器件和应用系统之间的功率容量与电压等级差距巨大。现有的器件容量水平远不能满足日益增长的大容量电力变换需求,且这一差距还有继续扩大的趋势,因而,需发掘现有大容量电力电子器件的应用潜能,提高其功率处理能力。另外,为了保证大容量电力变换装备的可靠运行,现有的设计方法大多采用粗放式、大裕量、多重冗余的经验化设计准则,不可避免地存在“大马拉小车”现象。这种经验化设计方法不仅大大浪费了现有功率器件的视在容量,提高了装备成本;而且也无法从根本上确保电力变流系统在复杂运行工况下的安全可靠运行。

由电力电子系统可靠性调研报告可知,功率器件是变流系统中失效率最高的部件,约占34%。在各类失效因素中,约55%的电力电子系统失效主要由温度因素诱发。大容量电力电子器件受温度影响的主要指标包括平均结温、最高结温、结温摆幅和基板温度等。根据大量试验统计数据与失效机理分析可知,功率器件在失效前所经历的温度循环周期数主要由结温摆幅、最高结温、平均结温、最低外壳温度及模块周期导通时间等因素共同决定。因此,大容量电力电子器件结温(含功率开关管和二极管的芯片温度)的精准提取与检测是其损耗计算、寿命预测、健康管理与可靠性评估的基础。

国内外学术界和工业界在大容量功率器件的结温检测方面做了大量的研究工作,提出了多种方法,并开展了实证分析。各结温测量方法的提取原理、测量灵敏性、抗干扰能力、对器件类型的适用性、对应用系统的侵入程度和在线集成能力等特征大不相同 。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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