[發(fā)明專利]一種改善SiC逆變器可靠性的驅(qū)動方法與系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109861571B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉平;蘇杭;姜燕;黃守道
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/32;H02M1/08
• 代理公司: 北京旭路知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11567
• 代理人: 瞿衛(wèi)軍;莫舒穎

本發(fā)明提供了一種改善SiC逆變器可靠性的驅(qū)動方法與系統(tǒng)，其屬于使用主動驅(qū)動電路調(diào)節(jié)SiC逆變器各功率單元中功率器件結(jié)溫的方法，具體通過包括低頻判斷、結(jié)溫均衡控制和結(jié)溫平滑控制的步驟1～7計算出所需的結(jié)溫溫升和電路參數(shù)，從而提升或降低逆變器中SiC器件結(jié)溫，此外該方法和系統(tǒng)可以對任意功率器件進行獨立調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過SiC逆變器穩(wěn)定運行時進行結(jié)溫均衡控制，能降低散熱條件最差的功率器件的平均結(jié)溫，同時在逆變器低輸出頻率運行時進行結(jié)溫平滑控制，降低所有功率器件的結(jié)溫波動，從而提高整機的壽命和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于逆變器功率模塊熱管理領(lǐng)域，具體涉及一種改善SiC逆變器可靠性的驅(qū)動方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

相對于傳統(tǒng)硅基器件，碳化硅(SiC)功率器件的主要優(yōu)點是工作溫度高、導(dǎo)通電阻小、開關(guān)速度更快。使用SiC功率器件可以有效降低逆變器的損耗和散熱需求，提高功率密度和效率，可廣泛應(yīng)用于新能源、電機驅(qū)動和電動汽車等領(lǐng)域。

功率器件的可靠性是逆變器的重要指標，現(xiàn)有研究表明，導(dǎo)致SiC功率器件失效的最主要原因之一是過熱失效。平均結(jié)溫越高，結(jié)溫波動越大，SiC功率器件的老化速度就越快，其有效壽命就越短。

在風機變流系統(tǒng)和電動汽車應(yīng)用中，負載頻率會隨著風速或電動汽車頻繁啟停，SiC逆變器頻繁以低頻大電流模式運行。逆變器低頻運行時會產(chǎn)生非常大的結(jié)溫波動，惡化功率器件的壽命和可靠性。

此外，在多功率器件SiC逆變器中，每個功率器件與主回路相關(guān)聯(lián)的寄生參數(shù)、驅(qū)動延遲與散熱條件等都不完全相同，則每個器件的工作結(jié)溫與壽命也不完全相同。SiC逆變器整機壽命取決于壽命最短的功率器件，因此可以通過平衡各個功率器件的結(jié)溫，提高整個逆變器的壽命。

目前控制結(jié)溫的方法主要有散熱條件控制法、變開關(guān)頻率法、調(diào)制策略控制法、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)法和電流限幅法。然而，上述SiC功率器件的結(jié)溫控制方法存在如下的缺陷：

1)散熱條件控制法無法適用于被動散熱系統(tǒng)或不可控散熱系統(tǒng)，且無法對每個功率器件的結(jié)溫獨立控制。

2)變開關(guān)頻率法只能改變單相橋臂的開關(guān)損耗，如果僅對一個功率器件進行變開關(guān)頻率調(diào)節(jié)，會產(chǎn)生橋臂直通現(xiàn)象。

3)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)法僅適用于包含DC-DC模塊的逆變系統(tǒng)，且調(diào)制比較高時，直流電壓調(diào)節(jié)裕量較小，僅適用于低調(diào)制比區(qū)域。

4)調(diào)制策略控制法可以獨立控制每個功率器件的結(jié)溫，但是由于需要對開通或關(guān)斷狀態(tài)進行補償，會產(chǎn)生比普通調(diào)制方法更大的諧波失真(THD)。

5)電流限幅法可以控制器件的結(jié)溫，但會使得輸出功率也受到限制，影響系統(tǒng)的工作性能。

6)柵極電流控制法可以改變器件的開關(guān)損耗，無法對導(dǎo)通損耗進行調(diào)節(jié)，靈活性較低。例如發(fā)明專利CN104765300A---《基于驅(qū)動電路自適應(yīng)調(diào)節(jié)的功率模塊熱管理裝置及方法》中就是通過三極管電流控制電路改變IGBT的柵極電流，以控制結(jié)溫，其未考慮多個功率器件溫度不均衡問題，只是對結(jié)溫波動有所抑制。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于此，本發(fā)明提供了一種改善SiC逆變器可靠性的驅(qū)動方法與系統(tǒng)，其屬于使用主動驅(qū)動電路調(diào)節(jié)SiC逆變器中各功率器件結(jié)溫的方法，可以對任意功率器件進行獨立調(diào)節(jié)。該SiC逆變器穩(wěn)定運行時進行結(jié)溫均衡控制，降低散熱條件最差的功率器件的平均結(jié)溫；同時在逆變器低輸出頻率(低頻)運行時進行結(jié)溫平滑控制，降低所有功率器件的結(jié)溫波動，從而提高整機的壽命和可靠性。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種改善SiC逆變器可靠性的驅(qū)動方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取每個功率器件的實時結(jié)溫T_j，i