一种SiC MOSFET三电平逆变电路损耗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC MOSFET三电平逆变电路损耗计算方法，根据T型三电平电路拓扑建立开关管导通损耗计算模型和开关管开关损耗计算模型；根据建立开关管导通损耗计算模型和开关管开关损耗计算模型，建立单相4个SiC MOSFET和二极管的损耗计算模型；将单相4个SiC MOSFET和二极管的损耗相加，之和乘以三，即得到SiC MOSFET三电平逆变电路损耗。该方法根据已知所使用的SiC MOSFET器件在额定状态下的特性参数，可以快速估算各种条件下的功率损耗，该方法的计算结果精确，计算速度快，能够满足工程需要。

【技术实现步骤摘要】
一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法
本专利技术涉及一种电路损耗计算方法，具体涉及一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法。
技术介绍
SiCMOSFET的耐高压、高温以及高速开关特性、低损耗、高稳定性的特点更符合对功率半导体器件发展的要求，已经成为功率器件研究的重点。有报道称，SiCMOSFET将取代SiIGBT成为中高电压领域电压驱动的功率器件。T型三电平逆变电路应用广泛，目前使用Si器件的三电平逆变电路损耗计算办法在网站上可查。而SiC器件由于开关速度、驱动电压等特性与传统的SiMOSFET有较大差别，故完全套用Si器件的损耗计算方法是不合理的，而是应对SiC器件的三电平开关损耗建立对应计算办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法，该方法的计算结果精确，满足工程需要。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据T型三电平电路拓扑建立开关管导通损耗计算模型；步骤二，根据T型三电平电路拓扑建立开关管开关损耗计算模型；步骤三，根据建立开关管导通损耗计算模型和开关管开关损耗计算模型，建立单相4个SiCMOSFET和二极管的损耗计算模型；步骤四，将步骤三中单相4个SiCMOSFET和二极管的损耗相加，之和乘以三，即得到SiCMOSFET三电平逆变电路损耗。所述步骤一中，充分分析了载波周期内开关器件电压电流关系、所采用的调制方式以及载波周期内开关管导通占空比，对每个器件在导通区间内积分得到对应的导通损耗。所述步骤一中，T型三电平电路拓扑中因三相对称，只对其中一相分析即可，以A相为例进行分析，假设电压电流分别为：U、I为电压电流峰值，φ为电压电流相位差；载波周期内开通器件与电压、电流之间关系为，区间内，第一SiCMOSFET开关管T1、第二SiCMOSFET开关管T2和与第三SiCMOSFET开关管T3反并联的第三二极管D3导通；采用SPWM调制时，载波周期内开关管导通占空比为其中，M为调制比，定义调制比M为：，SiCMOSFET端电压Uds和电流Id之间的关系可以近似为：Uds＝Uds0+Rds(on)×Id(t)(3)式中，Udso表示门槛电压。Rds(on)为Uds-Id斜率电阻，取10％和90％两点直线的斜率；同理，由二极管的U-I特性可以得到二极管的斜率电阻rf为：Ufo为二极管导通门槛电压。对每个器件在导通区间内积分即可得到对应的导通损耗，以第一SiCMOSFET开关管T1为例，对其进行积分得到：即：同理可以得到第二SiCMOSFET开关管T2、分别与第一SiCMOSFET开关管T1和第二SiCMOSFET开关管T2反并联的第一二极管D1和第二二极管D2的导通损耗，由互补性可知分别与第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4反并联的第三二极管D3和第四二极管D4、第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4的导通损耗。所述步骤二中，根据T型三电平电路中生产厂商功率器件使用手册中的相关数据，得到开关管开关损耗。所述步骤二中，通过产品手册得到测试工况下开通损耗Eon和关断损耗Eoff，开关损耗Esw等于两者线性求和。所述步骤三中，第一SiCMOSFET开关管T1和第四SiCMOSFET开关管T4的损耗：其中Inom，Unom为产品手册查到的测试电压电流值，KI，KU，GI为校正系数，fsw为SiCMOSFET器件开关频率，Esw＝Eon-Eoff；第二SiCMOSFET开关管T2和第三SiCMOSFET开关管T3的损耗：第一二极管D1和第四二极管D4的损耗：第二二极管D2和第三二极管D3的损耗：与现有技术相比，本专利技术在对载波周期内开关器件电压电流关系进行详细分析后，提出了一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法，该方法根据已知所使用的SiCMOSFET器件在额定状态下的特性参数，可以快速估算各种条件下的功率损耗，该方法的计算结果精确，计算速度快，能够满足工程需要。【附图说明】图1为本专利技术中T型三电平电路拓扑图；图2为载波周期内开关器件电压电流关系图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1和图2，本专利技术包括以下步骤：步骤一，根据T型三电平电路拓扑建立开关管导通损耗计算模型；T型三电平电路拓扑中因三相对称，只对其中一相分析即可，以A相为例进行分析，假设电压电流分别为：U、I为电压电流峰值，φ为电压电流相位差。载波周期内开通器件与电压、电流之间关系为，区间内，第一SiCMOSFET开关管T1、第二SiCMOSFET开关管T2和与第三SiCMOSFET开关管T3反并联的第三二极管D3导通；采用SPWM调制时，载波周期内开关管导通占空比为其中，M为调制比，定义调制比M为，SiCMOSFET端电压Uds和电流Id之间的关系可以近似为：Uds＝Uds0+Rds(on)×Id(t)(3)式中，Udso表示门槛电压。Rds(on)为Uds-Id斜率电阻，取10％和90％两点直线的斜率；同理，由二极管的U-I特性可以得到二极管的斜率电阻rf为：Ufo为二极管导通门槛电压。对每个器件在导通区间内积分即可得到对应的导通损耗，以第一SiCMOSFET开关管T1，对其进行积分得到：即：同理可以得到第二SiCMOSFET开关管T2、分别与第一SiCMOSFET开关管T1和第二SiCMOSFET开关管T2反并联的第一二极管D1和第二二极管D2的导通损耗，由互补性可知分别与第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4反并联的第三二极管D3和第四二极管D4、第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4的导通损耗。步骤二，根据T型三电平电路拓扑建立开关管开关损耗计算模型；通过产品手册得到测试工况下开通损耗Eon和关断损耗Eoff，开关损耗Esw等于两者线性求和；步骤三，根据建立开关管导通损耗计算模型和开关管开关损耗计算模型，建立单相4个SiCMOSFET和二极管和三极管的损耗计算模型；第一SiCMOSFET开关管T1和第四SiCMOSFET开关管T4的损耗：其中Inom，Unom为产品手册查到的测试电压电流值，KI，KU，GI为校正系数，fsw为SiCMOSFET器件开关频率，Esw＝Eon-Eoff；第二SiCMOSFET开关管T2和第三SiCMOSFET开关管T3的损耗：第一二极管D1和第四二极管D4的损耗：第二二极管D2和第三二极管D3的损耗：步骤四，将步骤三中单相4个SiCMOSFET和二极管的损耗相加，之和乘以三，即得到SiCMOSFET三电平逆变电路损耗。步骤一中，充分分析了载波周期内开关器件电压电流关系、所采用的调制方式以及载波周期内开关管导通占空比，对每个器件在导通区间内积分得到对应的导通损耗。步骤二中，根据T型三电平电路中生产厂商功率器件使用手册中的相关数据，得到开关管开关损耗。采用不同的调制方式时，占空比是不一样的。采用SPWM调制时，载波周期内开关管导通占空比如表1所示，表1步骤三中的校正系数，如表2所示，表2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC MOSFET三电平逆变电路损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据T型三电平电路拓扑建立开关管导通损耗计算模型；步骤二，根据T型三电平电路拓扑建立开关管开关损耗计算模型；步骤三，根据建立开关管导通损耗计算模型和开关管开关损耗计算模型，建立单相4个SiC MOSFET和二极管的损耗计算模型；步骤四，将步骤三中单相4个SiC MOSFET和二极管的损耗相加，之和乘以三，即得到SiC MOSFET三电平逆变电路损耗。

【技术特征摘要】
1.一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据T型三电平电路拓扑建立开关管导通损耗计算模型；T型三电平电路拓扑中因三相对称，只对其中一相分析即可，以A相为例进行分析，假设电压电流分别为：U、I为电压电流峰值，φ为电压电流相位差；载波周期内开通器件与电压、电流之间关系为，区间内，第一SiCMOSFET开关管T1、第二SiCMOSFET开关管T2和与第三SiCMOSFET开关管T3反并联的第三二极管D3导通；采用SPWM调制时，载波周期内开关管导通占空比为其中，M为调制比，定义调制比M为：SiCMOSFET端电压Uds和电流Id之间的关系可以近似为：Uds＝Uds0+Rds(on)×Id(t)(3)式中，Udso表示门槛电压，Rds(on)为Uds-Id斜率电阻，取10％和90％两点直线的斜率；同理，由二极管的U-I特性可以得到二极管的斜率电阻rf为：Ufo为二极管导通门槛电压；对每个器件在导通区间内积分即可得到对应的导通损耗，以第一SiCMOSFET开关管T1为例，对其进行积分得到：即：同理可以得到第二SiCMOSFET开关管T2、分别与第一SiCMOSFET开关管T1和第二SiCMOSFET开关管T2反并联的第一二极管D1和第二二极管D2的导通损耗，由互补性可知分别与第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4反并联的第三二极管D3和第四二极管D4、第三SiCMOSFET开关管T3和第四SiCMOSFET开关管T4的导通损耗；步骤二，根据T型三电平电路拓扑建立开关管开关损耗计算模型；步骤三，根据建立开关管导通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟向军，吕淼，牛化鹏，张海龙，姚为正，
申请(专利权)人：西安许继电力电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61