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SiC超结MOSFET的短路特性研究会员

期刊论文

作者：刘佳维 , 陆江 , 白云 , 成国栋 , 左欣欣 , 刘新宇

页码： 208 - 212

摘要

2023/01/01

24

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SiC超结MOSFET设计基于N/P柱的电荷补偿效应，在保证耐压的同时具有较低的导通损耗和更快的开关速度，因此对SiC超结MOSFET可靠性的分析研究有助于深入理解器件工作机理，为更好地应用提供必要的理论支撑。基于TCAD Sentaurus模拟软件，对1200V电压等级的传统SiC MOSFET结构和SiC超结MOSFET结构进行建模。首先对比了2种器件的基本电学参数，然后重点分析了短路特性差异，在相同短路条件下对器件内部的物理机理进行了分析。结果表明SiC超结MOSFET可以有效地提高器件的击穿电压和导通电阻，同时表现出更好的短路可靠性。进一步分析了不同的偏置电压下SiC超结MOSFET的短路特性，结果表明，随着外部施加偏置电压增加，器件的短路耐受时间减小，同时短路饱和电流也会相应增大。
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10 kV P沟道 SiC IGBT终端结构优化设计与实现会员

期刊论文

作者：冯旺 , 刘新宇 , 田晓丽 , 杨雨 , 郑昌伟 , 杨成樾

页码： 202 - 207

摘要

2023/01/01

19

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提出采用五区多重场限环 FRM-FLRs（five-region multistep field limiting rings）终端设计并流片，研制 10 kV P 沟道碳化硅绝缘栅双极晶体管 SiC IGBT（silicon carbide insulated gate bipolar transistor）终端。通过 Silvaco TCAD软件仿真，对比研究传统等间距场限环 ES-FLRs（equally spaced field limiting rings）终端和五区多重场限环终端对器件击穿特性的影响。仿真结果表明，五区多重场限环终端具有更均衡的近表面电场分布，减缓电场集中，优化空间电荷区横向扩展，且击穿电压可达到 14.5 kV，而等间距场限环终端击穿电压仅为 7.5 kV。同时，分别对五区多重场限环终端，以及采用此终端结构的 P沟道 SiC IGBT进行流片验证。测试结果表明，五区多重场限环终端可以实现 12.2 kV的击穿电压；P沟道 SiC IGBT的击穿电压达到 10 kV时，漏电流小于 300 nA，并且栅源电压为-20 V,集电极正向电流为-10 A时，器件的正向导通压降为-8 V。
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无压烧结银-镍互连 IGBT电源模块的力、热和电性能会员

期刊论文

作者：王美玉 , 梅云辉 , 李欣 , 郝柏森

页码： 195 - 201

摘要

2023/01/01

18

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作为一种应用广泛的基板金属镀层，镍在烧结过程中易发生氧化，形成烧结银-镍高性能互连接头较为困难，相关研究报道较少。提出了一种多尺度银焊膏互连材料和烧结银-镍无压互连工艺，研究了在220~300℃烧结10~60 min对烧结银-镍互连封装的IGBT电源模块的力、热和电性能的影响。研究结果表明：得益于多尺度银焊膏的致密堆积烧结，在270~300℃高温烧结30~60 min时镍氧化减缓，在270℃无压烧结30 min互连的芯片抗剪切强度在40 MPa以上，热阻和静态电特性与仿真结果和IGBT芯片数据手册差异性<0.5%，表明无压烧结银-镍互连IGBT芯片具有较高的连接强度、导热和导电性能，可以满足半导体电源模块的互连封装要求。
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IGBT模块寿命预测方法研究综述会员

期刊论文

作者：唐圣学 , 张继欣 , 姚芳 , 马强

页码： 177 - 194

摘要

2023/01/01

28

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绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）模块在高压大功率电能转换领域具有广泛应用，在这些领域人们对IGBT模块可靠性提出了更高的要求。首先归纳预测了IGBT模块及其模块市场规模与需求。然后从寿命预测机理角度，将IGBT模块预测方法归类为基于模型的预测方法和数据驱动的预测方法两大类，对每类的研究现状、基本原理、预测过程实施、适用范围和优缺点进行了分析、总结与归纳。最后统计分析了近十年研究成果，并讨论了IGBT模块寿命预测方法发展趋势。
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基于IGWO-MKELM的锂离子电池剩余使用寿命预测会员

期刊论文

作者：宋健正 , 刘洋 , 崔来熙 , 张梦迪

页码： 168 - 176

摘要

2023/01/01

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随着锂离子电池在储能系统中比例迅速增大，为避免因电池性能退化导致的事故，如何准确预测锂离子电池剩余使用寿命就成为保障储能系统可靠运行的关键。针对锂离子电池剩余使用寿命预测的问题，提出一种改进灰狼优化多核极限学习机（IGWO-MKELM）预测方法。首先从电池充放电过程中提取能够表征电池寿命退化的间接健康因子作为输入量，然后采用改进灰狼算法对多核极限学习机参数进行寻优，建立改进灰狼优化多核极限学习机预测方法，最后使用 NASA电池数据集进行仿真实验。结果表明，IGWO-MKELM方法可以更加精确地预测锂离子电池剩余寿命。
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面向直流操作电源系统的 LiFePO4电池性能优化控制研究会员

期刊论文

作者：郑明才 , 罗治军 , 尹强 , 赵小超 , 郑金兵

页码： 159 - 167

摘要

2023/01/01

16

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磷酸铁锂电池电压变化范围较宽且充放电特性敏感，一般不宜简单应用于需要长期处于浮充状态的直流操作电源系统。为此，提出了一种磷酸铁锂电池在直流操作电源系统应用中的优化控制方案，根据磷酸铁锂电池工作状态，利用 AC/DC充电电源优化控制电池的充放电电流大小，使电池在浮充状态下获得电池期望的充放电电流，以实现磷酸铁锂电池在直流操作电源系统中的安全高效经济应用。首先，基于直流操作电源系统指标要求与磷酸铁锂电池性能优化要求，确定其期望的充放电状态与充放电电流值；然后，根据磷酸铁锂电池期望的充放电电流值与内部等效状态，在允许的电压波动范围内调节直流操作电源系统中 AC/DC变换器的输出电压，迫使磷酸铁锂电池的实际充放电电流趋于期望的充放电电流，从而优化磷酸铁锂电池的性能。最后通过理论分析与实例分析说明了方案的可行性。
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基于过电位三次微分方程的电池预测模型会员

期刊论文

作者：张冶 , 蔡颖凯 , 曹世龙 , 高胜宇 , 宋晓文

页码： 142 - 150

摘要

2023/01/01

19

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主要针对锂铁电池的过电位进行研究。通过在受控的环境温度、调整后的放电深度以及放电电流倍率的条件下进行多次充放电实验，从而采集动态电压变化数据，并提出了一种基于三次超势微分方程的预测模型。该模型能够以较少的参数预测电池带负荷电压的时间常数随时间的变化规律。同时，在此基础上提出了一套随电池老化而进行参数调整的方法。最终通过算例分析验证了该模型的有效性。
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基于三次样条插值法的储能锂电池建模与参数辨识会员

期刊论文

作者：马锐 , 贾学翠 , 张永康 , 闫士杰 , 李相俊 , 杨东升

页码： 133 - 141

摘要

2023/01/01

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针对锂电池低荷电状态时输出变化大和模型参数辨识困难问题，提出一种基于三次样条插值法的建模与参数辨识方法。首先建立了含SOC动态的三阶3RC-3D等效电路模型，分析了低SOC时应用最小二乘法对不同模型参数进行辨识产生的误差。在此基础上，结合三次样条插值法的拟合特性和合适的边界条件，构造了三次样条插值函数，在SOC≤10%区间进行了模型各参数辨识，并拟合出了模型参数变化曲线。最后，将辨识后的模型参数曲线与混合脉冲功率特性HPPC（Hybrid Pulse Power Characterization）试验的实际测量值进行了对比。从比较结果看，本文所提的辨识方法减小了参数辨识误差，提高了模型精度，验证了在SOC≤10%区间应用三次样条插值法进行锂电池模型参数辨识的有效性。仿真结果表明，基于三次样条插值辨识方法建立的三阶3RC-3D等效电路模型能够高精度地跟踪锂电池输出外特性。
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基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法会员

期刊论文

作者：毛荀 , 占勇 , 刘敏 , 郭力

页码： 126 - 132

摘要

2023/01/01

18

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针对传统孤岛运行微电网存在运行不平稳的问题，提出基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法。首先通过导纳矩阵对电源端的电阻进行控制，给出各端口的电流及电压，得到先导节点选取矩阵相关的适应度函数，确定孤岛微电网先导节点。在此基础上，对直流电压与输出功率均值和传统下垂控制方法导致的电压跌落进行补偿，优化负荷功率的分配精度。实验结果表明，该方法可使母线电压恢复至平稳运行状态。
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基于 NSGA-II-PSO算法的微电网多目标优化运行模式会员

期刊论文

作者：赵珍珍 , 王维庆 , 樊小朝 , 王海云

页码： 118 - 125

摘要

2023/01/01

13

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解决微网中新能源出力的随机性与波动性是微电网优化运行的前提和关键，为此，提出一种快速非支配排序遗传算法 NSGA-II（non-dominated sorting genetic algorithm）和基本粒子群优化算法 PSO（particle swarm optimization）相结合的 NSGA-II-PSO算法，考虑将经济运行成本和环境污染成本作为优化的目标函数，建立常见发电单元以及蓄电池储能的多目标优化运行模型。通过 Matlab仿真对比 PSO、NSGA-II和 NSGA-II-PSO算法的适应度收敛曲线，验证所提算法具有收敛速度快、全局和局部搜索能力强的优点，较单一的 PSO算法和 NSGA-II算法具有更优的特点；结合经典微网系统进行算例仿真，通过对单目标与多目标的分析，结果表明该算法能有效降低经济成本和使环境效益达到最优；并且进一步验证所提算法的优越性。
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电源学报 2023年01月 第21卷 第1期

电源学报 2023年01月第21卷第1期