基于功率信号完整性的电力电子线路可靠性应用基础研究

电力电子装置/系统的可靠性日显重要，其中，线路的可靠性是其核心内容之一。目前的分析方法（如EMC），往往不能有效解释或防止可靠性问题，严重限制了学科发展和技术应用。本项目将针对电力电子线路的特点，将信息电子领域的信号完整性（SI）理论引入到电力电子领域（PSI），开展电力电子线路可靠性的现象、要素、机理分析和应用设计新方法的研究。研究内容包括：提出并研究PSI的内涵和范畴，研究电力电子线路中功率信号流传递和变换过程的中的品质保真性/失真性，以此来揭示其可靠性的机理；以磁场（电感）、电场（电容）、传输阻抗和传播延时等四类基本线路效应为主线，研究线路PSI可靠性方法的"场"本质；探索基于PSI的电力电子线路可靠性分析和设计的新途径；项目还将进行一系列模型实验和系统应用验证研究。以期为日后电力电子系统可靠性理论和方法的进一步完善奠定基础。

当代电力电子基本特征是PWM的高频、高功率开关工作,其可靠性既重要又复杂。针对目前常用的SOA静态法和EMC高频法对电力电子线路可靠性应用的不足，本项目研究了一种基于功率信号完整性(PSI)的可靠性分析与设计方法。将微电子领域的SI扩展到电力电子领域，必须适应后者大功率、低频/直流等特征；建立了功率信号完整性（PSI）的可靠性概念、并定义了建立了电力电子PWM波形品质定量框架，即时序、持续时间、幅度和边沿等指标；研究了影响PSI的关键要素， 包括电力电子线路的磁场、电场、高频阻抗与延时等四类线路效应机理、计算和设计方法，并进行了必要的实验研究，得出了磁场效应是电力电子线路可靠性的主要要素的结论；结合相关项目，在大功率IGBT模块并联及其驱动电路上，分别对其线路效应、高效可靠驱动进行了研究，通过实验模型和实际大规模系统应用，验证了PSI可靠性设计方法的简单性和有效性。. 结合该项目的研究，培养硕士4名、博士5名、年轻教师4人（含国内外访问学者各1名），在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文20余篇，被SCI收录5篇、EI收录14篇，派员参加国内外学术会议交流约15人次，申请与授权国家发明专利6项，获浙江省科技进步一等奖1项。. 项目研究达到预期目标。