面向分立型MOSFET的主动热控制方法研究

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随着新能源电动汽车和工业变频器的快速发展,功率器件得到大规模的应用。由于高功率、高频和集成化技术的发展,功率器件易产生过高的温升,其可靠性遭受到巨大考验。器件失效不仅会造成经济损失,而且会引起重大的安全事故。在此背景下,功率器件的主动热控制方法被提出。与过温关闭输出或预设降额曲线为主的被动热保护方法不同,主动热控制通过功率器件温度反馈,结合控制策略,在运行条件允许的情况下,依据热惯性过程,动态并安全地挖掘功率器件电流输出潜力。因此该方法可充分提升器件利用效率,增强器件运行的经济性,具有重要的理论意义和工程实用价值。现有的主动热控制中温度获取通常采用传感器测温或有限元方法实现。然而,对于中低速电动汽车控制器和便携式逆变器等对象设备而言,其内部功率器件以小体积分立式封装为主。这类分立型器件布局相对紧凑,且易被置于振动强烈的场合下工作,若采用传感器对其进行测温,存在探头安装困难和精度难以保证等问题,而有限元方法又存在计算复杂和工程实用性不高的问题。因此主动热控制方法在分立型功率器件上的应用还存在一定难度。为此,本文对分立型功率器件的主动热控制方法展开研究,以型号为AOT470的MOSFET为对象,建立了器件集总参数热路模型,通过参数辨识得到了难以理论计算的模型参数。提出了以所提热路模型为主的分立型功率器件的主动热控制方法,降低了主动热控制中分立器件温度获取的难度,提高了主动热控制在小型器件中的工程实用性。设计了实验平台,对热路模型和主动热控制方法进行了验证,实验结果验证了方法的有效性。所得成果有利于提高分立型功率器件运行的经济性与安全性,并为未来在电动汽车电机控制或工业变频控制等领域中的应用提供重要基础。
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