IGBT模块封装和车用变流器设计及验证.ppt

根据ansoft仿真结果计算d、q轴电感，由于电励磁磁场在旁路中的作用，d、q轴电感的饱和特性与永磁电机不同 * 研究铁损模型 * * 定子铁损密度及铁损分布 * 支出电励磁调节系数 * 电压限制圆圆心变化 * 控制策略不同，可以实现功率因数为1的控制（理论） * 实验值 * 效率map预测优化 * 实验室在九五期间与东风合作完成全数字化交流电机驱动系统的纯电动车，被评为九五国家重点科技攻关技术优秀科技成果。 2001年完成我国首台燃料电池轻型客车。 十五以来实验室与一汽、北汽、长安东风等整车单位合作完成了多种用于纯电动及混合动力车辆的电机驱动系统，并参与完纯电动公交车的奥运示范运行。 * 与北汽合作完成863基于双机械单口电机的深度混合动力汽车的研发，电机及其驱动系统满足了车辆装车及测试要求。 * 综合上述电动汽车实验的研发工作，我们在电机设计与分析、控制算法的研究与开发、车用电机控制器方法积累的丰富的研究经验，ansys公司旗下相关产品为实验室研究提供了有力的帮助。目前我们已从车用电机及其驱动系统的研发中逐渐继续进行IGBT模块封装技术研究——新领域、新技术、新知识——有力的仿真技术支持。 * 按计划该平台将在2012年全面搭建完成，可实现测试内容包括：特性参数测试、可靠性测试及失效分析。 典型的IGBT模块结构包括： * IGBT模块封装设计中主要进行电气特性、热特性和机械特性的仿真设计，由于在模块中各构件不仅提供电气连接、机械支撑，同时构成芯片的散热通道，因此需要进行面向多物理域设计目标的多维设计变量的优化设计。 * 进行了基于IGBT行为模型的建模仿真工作，研究对象为英飞凌……，通过仿真分析其转移特性与伏安特性与datasheet具有较好的一致性。 * 搭建半桥测试电路对模型的开通及关断的瞬态电气特性进行了对比，原理图，实验台架，实验工况 * 两个实验工况中，Vce及Ic具有较好的一致性 * 驱动电压与实验值吻合度较高，Vge的米勒平台也具有较好的反应。 * 在关断特性对比中，电压过程值具有较好的反应，但是上升斜率存在一定偏差，我们认为这是没有完全考虑实验电路中的杂散参数导致的。 * 驱动电压的实验室也与仿真值具有较好的吻合度 * 在IGBT模块热阻分析及计算中，我们首先研究了以芯片为体热源的热仿真分析，研究IGBT芯片温度分布，及从结温至铜底板各层之间的温度变化，进行面向热耦合、热分布和最大温升的热场仿真。 * 但实际IGBT模块在运行过程中，开通关断损耗是igbt芯片损耗的主要部分，瞬态热分析中，将该过程进行平均化处理，研究模块的热阻抗特性，将损耗折算为方波。 * 根据对称性采用四分之一模型进行热电耦合分析。如果是简单的热阻发的热电耦合问题……，由于芯片等效电阻随控制电压变化所以…… * 瞬态热仿真与静态热仿真在热分布上存在较大不同 * 对比了瞬态仿真值，静态仿真值和瞬态仿真稳态后的平均值， * 结壳温升研究热阻抗，模块热阻值与同规格英飞凌模块相近。 * IGBT模块均流分析中采用Q3d抽取杂散参数，考虑封装布局结构及其对杂散参数的影响 * 基于国产IGBT芯片进行62mmIGBT模块的封装并进行实验。 * 热分析中采用ICEPAK对散热底板进行热仿真，为后续热电耦合仿真打基础 * 集中绕组电机与整数槽分布绕组电机磁钢磁密分析。 * 基于磁路法研究磁钢内磁密变化 采用多块磁钢降低涡流损耗 涡流损耗与磁钢段数之间关系如下 * 提出了一种涡流损耗的指标函数，由图可知集中绕组电机的损耗最高，而整数槽分布绕组的磁钢损耗最低 通过增加磁钢段数，有效降低磁钢涡流损耗及温度 * 由于在ansoft中仅能考虑空间谐波，但是由于开通和关断带来的电流谐波导致的涡流损耗并不能很好的反应，因此采用simplorer进行联合仿真。 * 从Matlab想simplorer移植 * 1.混合励磁电机继承了永磁电机与电励磁电机的优点，已用于汽车、飞机及航天领域； 2. * 在旁路式混合励磁电机中，励磁旁路提供了新的磁路，因此电感计算与永磁电机存在较大不同,ansoft3维仿真结果验证了电枢磁势在旁路中建立了磁场 * 电枢磁势没有在旁路中建立磁场 * IGBT芯片均流分析 等效电路图 采用IGBT与二极管芯片等效电路模型 正 负 AC IGBT芯片均流分析 开通过程 导通时小于10% 电流尖峰17% IGBT芯片均流分析 关断过程 模块封装与实验 车用控制器散热底板分析 边界条件 水流量L/min（m/s） 进水口温度℃ 热源功率W 6（0.65） 40 4678 Icepak 实验值 模型选择 面热源 最高温度（℃） 95.3 99.2 最低温度（℃） 68.9 71.4 压差（kpa） 2.8 2.2 永磁电机磁钢涡流损耗分析 高功率密度