一種SiC MOSFET三電平逆變電路損耗計(jì)算方法
【專利說明】一種SiCMOSFET三電平逆變電路損耗計(jì)算方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種電路損耗計(jì)算方法，具體涉及一種SiCMOSFET三電平逆變電路損 耗計(jì)算方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] SiCMOSFET的耐高壓、高溫以及高速開關(guān)特性、低損耗、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)更符合對 功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的要求，已經(jīng)成為功率器件研究的重點(diǎn)。有報(bào)道稱，SiCMOSFET將取代 SiIGBT成為中高電壓領(lǐng)域電壓驅(qū)動(dòng)的功率器件。
[0003] T型三電平逆變電路應(yīng)用廣泛，目前使用Si器件的三電平逆變電路損耗計(jì)算辦法 在網(wǎng)站上可查。而SiC器件由于開關(guān)速度、驅(qū)動(dòng)電壓等特性與傳統(tǒng)的SiMOSFET有較大差別， 故完全套用Si器件的損耗計(jì)算方法是不合理的，而是應(yīng)對SiC器件的三電平開關(guān)損耗建立 對應(yīng)計(jì)算辦法。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種SiCMOSFET三電平逆變電路損耗計(jì)算 方法，該方法的計(jì)算結(jié)果精確，滿足工程需要。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：
[0006] 步驟一，根據(jù)T型三電平電路拓?fù)浣㈤_關(guān)管導(dǎo)通損耗計(jì)算模型；
[0007]步驟二，根據(jù)T型三電平電路拓?fù)浣㈤_關(guān)管開關(guān)損耗計(jì)算模型；
[0008] 步驟三，根據(jù)建立開關(guān)管導(dǎo)通損耗計(jì)算模型和開關(guān)管開關(guān)損耗計(jì)算模型，建立單 相4個(gè)SiCMOSFET和二極管的損耗計(jì)算模型；
[0009] 步驟四，將步驟三中單相4個(gè)SiCMOSFET和二極管的損耗相加，之和乘以三，即得 至IJSiCMOSFET三電平逆變電路損耗。
[0010] 所述步驟一中，充分分析了載波周期內(nèi)開關(guān)器件電壓電流關(guān)系、所采用的調(diào)制方 式以及載波周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通占空比，對每個(gè)器件在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)積分得到對應(yīng)的導(dǎo)通損 耗。
[0011]所述步驟一中，T型三電平電路拓?fù)渲幸蛉鄬ΨQ，只對其中一相分析即可，以A相 為例進(jìn)行分析，假設(shè)電壓電流分別為：
[0013] U、I為電壓電流峰值，Φ為電壓電流相位差；
[0014] 載波周期內(nèi)開通器件與電壓、電流之間關(guān)系為，[0,π-φ]區(qū)間內(nèi)，第一SiCMOSFET開 關(guān)管T1、第二SiCMOSFET開關(guān)管T2和與第三SiCMOSFET開關(guān)管T3反并聯(lián)的第三二極管D3導(dǎo) 通；
[0015] 采用SPWM調(diào)制時(shí)，載波周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通占空比為A/sin( ，其中，Μ為調(diào)制 比，根據(jù)式2計(jì)算得到，
[0017]SiCMOSFET端電壓Uds和電流Id之間的關(guān)系可以近似為：
[0018]Uds=Uds〇+Rds(〇n)XId(t) (3)
[0019] 式中，Uds。表示門檻電壓。Rds(〇n)為Uds-Id斜率電阻，取10%和90%兩點(diǎn)直線的斜率；
[0020]同理，由二極管的U-I特性可以得到二極管的斜率電阻η為：
[0022]Uf。為二極管導(dǎo)通門檻電壓。
[0023] 對每個(gè)器件在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)積分即可得到對應(yīng)的導(dǎo)通損耗，以第一SiCM0SFET開關(guān) 管T1為例，對其進(jìn)行積分得到：
[0027]同理可以得到第二SiCM0SFET開關(guān)管T2、分別與第一SiCM0SFET開關(guān)管T1和第二 SiCM0SFET開關(guān)管T2反并聯(lián)的第一二極管D1和第二二極管D2的導(dǎo)通損耗，由互補(bǔ)性可知分 別與第三SiCM0SFET開關(guān)管T3和第四SiCM0SFET開關(guān)管T4反并聯(lián)的第三二極管D3和第四 二極管D4、第三SiCM0SFET開關(guān)管T3和第四SiCM0SFET開關(guān)管T4的導(dǎo)通損耗。
[0028]所述步驟二中，根據(jù)T型三電平電路中生產(chǎn)廠商功率器件使用手冊中的相關(guān)數(shù)據(jù)， 得到開關(guān)管開關(guān)損耗。
[0029] 所述步驟二中，通過產(chǎn)品手冊得到測試工況下開通損耗Ε〇η和關(guān)斷損耗Ef，開關(guān)損 耗Esw等于兩者線性求和。
[0030] 所述步驟三中，第一SiCM0SFET開關(guān)管T1和第四SiCM0SFET開關(guān)管T4的損耗：
[0033] 其中I_，Un?為產(chǎn)品手冊查到的測試電壓電流值，!(〗，&，&為校正系數(shù)；
[0034] 第二SiCM0SFET開關(guān)管T2和第三SiCM0SFET開關(guān)管T3的損耗：
[0037]第一二極管D1和第四二極管D4的損耗：
[0040]第二二極管D2和第三二極管D3的損耗：
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在對載波周期內(nèi)開關(guān)器件電壓電流關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析 后，提出了一種SiCM0SFET三電平逆變電路損耗計(jì)算方法，該方法根據(jù)已知所使用的SiC M0SFET器件在額定狀態(tài)下的特性參數(shù)，可以快速估算各種條件下的功率損耗，該方法的計(jì) 算結(jié)果精確，計(jì)算速度快，能夠滿足工程需要。 【【附圖說明】】
[0044] 圖1為本發(fā)明中T型三電平電路拓?fù)鋱D；
[0045] 圖2為載波周期內(nèi)開關(guān)器件電壓電流關(guān)系圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0046] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0047]參見圖1和圖2,本發(fā)明包括以下步驟：
[0048] 步驟一，根據(jù)T型三電平電路拓?fù)浣㈤_關(guān)管導(dǎo)通損耗計(jì)算模型；
[0049] T型三電平電路拓?fù)渲幸蛉鄬ΨQ，只對其中一相分析即可，以A相為例進(jìn)行分析， 假設(shè)電壓電流分別為：
[0051]U、I為電壓電流峰值，Φ為電壓電流相位差。
[0052] 載波周期內(nèi)開通器件與電壓、電流之間關(guān)系為，[0，π-Φ]區(qū)間內(nèi)，第一SiCM0SFET開 關(guān)管T1、第二SiCM0SFET開關(guān)管T2和與第三SiCM0SFET開關(guān)管T3反并聯(lián)的第三二極管D3導(dǎo) 通；
[0053] 采用SPWM調(diào)制時(shí)，載波周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通占空比為Msin(祕+#，其中，Μ為調(diào)制 比，根據(jù)式2計(jì)算得到，
[0055]SiCM0SFET端電壓Uds和電流Id之間的關(guān)系可以近似為：
[0056] Uds=Uds〇+Rds(〇n)XId(t) (3)
[0057] 式中，Uds。表示門檻電壓。Rds-)為Uds-Id斜率電阻，取10%和90%兩點(diǎn)直線的斜率；
[0058] 同理，由二極管的U-I特性可以得到二極管的斜率電阻η為：
[0060]Uf。為二極管導(dǎo)通門檻電壓。
[0061] 對每個(gè)器件在導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)積分即可得到對應(yīng)的導(dǎo)通損耗，以第一Si