[發明專利]一種計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法

在審

• 申請號: 202011186023.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN114429028A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 余開慶;忻蘭苑;楊濤;朱武;王曉年;孫康康;陳燕平;謝舜蒙;劉杰;魏海山
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;金淼

1.一種計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法，包括：

構建由待測半導體開關器件組成的逆變器的模型；

根據所述逆變器的模型獲取在穩定工況下單個半導體開關器件的輸出電流波形，并根據所述輸出電流波形確定用于計算在穩定工況下單個半導體開關器件的損耗的各項參數；

根據所述各項參數，確定該半導體開關器件在初始結溫下的損耗；

利用逆變器的散熱器臺面溫度以及所述半導體開關器件的損耗對該半導體開關器件的結溫進行反推，如果反推的結溫與初始的結溫之間的差值未滿足預設的收斂條件，則令初始結溫等于反推結溫，進行迭代重新計算該半導體開關器件的損耗，直至所述收斂條件得到滿足；

當所述收斂條件得到滿足時，將所述半導體開關器件的損耗和反推的結溫作為穩態結果輸出。

2.根據權利要求1所述的計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法，其特征在于，構建由待測半導體開關器件組成的逆變器的模型，包括：

獲取半導體開關器件的實測動靜態數據，并確定由所述半導體開關器件組成的逆變器在擬定的穩定工況下的工作參數；所述工作參數包括基波頻率；

根據半導體開關器件的實測動靜態數據以及所述逆變器在擬定的穩定工況下的工作參數，構建逆變器模型。

3.根據權利要求2所述的計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法，其特征在于，所述半導體開關器件的損耗為開關損耗P_sw、導通損耗P_cond、反向導通損耗P_{cond_diode}和反向恢復損耗P_rec之和。

4.根據權利要求3所述的計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法，其特征在于，所述各項參數包括半導體開關器件的斬波半周期的起始點和結束點、續流半周期的起始點和結束點，每個導通時刻對應的導通電流值和每個關斷時刻對應的關斷電流值。

5.根據權利要求4所述的計算功率半導體開關器件的損耗和結溫的方法，其特征在于，

所述開關損耗的計算方式為：

P_sw＝f_b·(∑E_on(I_on,T)+∑E_off(I_off,T))

其中，E_on(I_on,T)為在半導體開關器件斬波的正半周期內單個開通過程的電流對應的開通損耗能量，其通過對結溫T和導通電流I_on二次插值后獲得；E_off(I_off,T)為在半導體開關器件斬波的正半周期內單個關斷過程的電流對應的關斷損耗能量，其通過結溫T和關斷電流I_off二次插值后獲得；

將E_on(I_on,T)和E_off(I_off,T)分別累加后得單個基波周期內的開關損耗，再將單個基波周期內的開關損耗乘以基波頻率f_b得到斬波開關損耗P_sw；

所述導通損耗的計算方式為：

P_cond＝f_b·∫I₀·V_ds(I₀,T)dt

其中，I₀為斬波的半個周期內的電流波形，V_ds(I₀，T)為經過結溫T和電流I₀二次插值后得到的導通壓降，將其在整個斬波周期內積分，再將積分結果乘以基波頻率f_b得到斬波導通損耗P_cond；

所述反向導通損耗的計算方式為：

P_{cond_diode}＝f_b·∫I₀·V_sd(I₀,T)dt

其中，I₀為續流的半個周期內的電流波形，V_sd(I₀，T)為經過結溫T和電流I₀二次插值后得到的導通壓降，將其在整個續流周期內積分，再將積分結果乘以基波頻率f_b得到續流反向導通損耗P_{cond_diode}；

所述反向恢復損耗的計算方式為：

P_rec＝f_b·∑E_rec(I_on,T)

其中，E_rec(I_on,T)為在對管斬波時的半周期內單個開通過程的電流對應的二極管反向恢復損耗能量，其通過結溫T和導通電流I_on二次插值后獲得；

將E_rec(I_on,T)累加后得到單個基波周期內的反向恢復損耗，再將單個基波周期內的反向恢復損耗乘以基波頻率f_b得到續流反向恢復損耗P_sw。