基于状态反馈线性化的IGBT外部热管理

孙 林 孙鹏菊 罗全明 王绪龙 周雒维

基于状态反馈线性化的IGBT外部热管理

孙 林 孙鹏菊 罗全明 王绪龙 周雒维

（输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044）

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的热管理技术能降低其运行时的结温波动，提高器件的可靠性。针对IGBT外部热管理系统中的非线性成分，建立系统的仿射非线性模型。通过引入状态反馈线性化方法对其进行线性化，弥补目前IGBT热管理控制系统设计中缺乏精确数学模型的缺陷。基于线性二次型调节器（LQR）设计一种闭环控制方法，通过调节外部散热条件以平滑IGBT运行时由于负载波动导致的低频结温波动。基于Buck电路进行实验，实验证明，所提算法对负载电流在额定值的60%～100%范围内波动时，能够降低约60%的结温波动，提高IGBT约69倍的寿命。最后，基于小电流注入法在线测量结温，验证了基于模型计算结温的准确性。

IGBT外部热管理 非线性系统 状态反馈线性化 IGBT可靠性

0 引言

电力电子系统主要用于功率处理和功率变换，其发展十分迅速，已被广泛应用于航天航空、工业自动化、交通运输和可再生能源发电等非平稳工况领域[1-3]。非平稳工况即变流器处理的功率会在一定范围内随机波动，这会导致功率半导体器件的结温随之波动，从而降低功率半导体器件的使用寿命[4-5]。据统计，功率半导体器件是变流装置中失效率最高的部件之一[6]。研究如何降低IGBT模块在非平稳工况下的结温波动，对提高变流器系统的可靠性具有重大意义。……