一种功率器件的动态稳定性能评估方法技术

本发明专利技术涉及一种功率器件的动态稳定性能评估方法，属于功率器件技术领域。本发明专利技术基于功率器件的等效电路，获得不同工况下功率器件的样本数据，并根据样本数据建立功率器件的状态空间方程，从而得到系统矩阵，将系统矩阵代入Lyapunov方程解出用于判定稳定性的矩阵；通过Sylvester判据来判定该矩阵是否正定，从而得出不同工况下功率器件是否稳定，通过统计不稳定点和稳定点的数目，可得到功率器件的不稳定度指标，从而判断功率器件是否稳定。本发明专利技术可以根据功率器件实时运行中的参数来判定其动态稳定性能，并且有效的评估功率器件的EMI风险水平，有利于指导功率器件的实际应用，并对功率器件的设计优化提供参考，本方案具有简单、高效、可移植等优点。可移植等优点。可移植等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件的动态稳定性能评估方法


[0001]本专利技术属于功率器件
，具体涉及一种功率器件的动态稳定性能评估方法。

技术介绍

[0002]功率器件，包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、功率金属氧化物半导体场效晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，MOSFET)、晶闸管(Thyristor)、门极可关断晶闸管(gate turn
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off thyristor，GTO)等，作为电力电子技术的核心部件，广泛的应用于各类电力电子拓扑之中。随着功率器件设计制造技术的提升，主要工作于开关模式的功率器件的静态功耗不断降低，静态性能大幅提升，同时由于开关频率的升高，动态性能逐渐成为影响功率器件性能的主要因素。动态稳定性能尤其会影响整个器件应用电路的电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)水平。另外，在器件应用中，希望驱动电路控制器件的开通时间和关断时间尽可能的短以降低器件开通和关断的瞬时功耗，可以保证器件开通和关断瞬态达到一定稳定性指标的前提下，尽可能缩短器件开通和关断的时间，也需要对器件的开通和关断的稳定性进行研究。因此对功率器件动态稳定性能进行可靠评估，不仅有助于指导功率器件的实际应用，更有助于对器件设计进行反馈，从而提升器件性能。
[0003]实际应用当中，器件开通和关断时EMI的主要来源为由寄生电感、电容等造成的器件自激振荡，以上这些寄生参数主要来源于器件本身、封装引线、驱动及外围线路等，因此需要将器件、驱动、其它外围电路、工况等，根据需要有选择性的将这些看成一个系统，对其做稳定性分析，以指导控制算法的设计。目前进行稳定性分析的方法主要是建立系统的传递函数，找出特征方程，通过Routh判据来对其稳定性进行判定，同时给出一些影响系统稳定性的参数的取值范围。对器件应用而言，目前缺乏一种能够实时进行稳定性判定的方法。因此，亟需开发出一种方法来实时地对功率器件进行稳定性判定。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，针对功率器件开关瞬态过程，结合控制理论，提供一种功率器件的动态稳定性能评估方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种功率器件的动态稳定性能评估方法，包括以下步骤：
[0006]基于功率器件的等效电路，对功率器件在具体应用电路中，通过在不同工况下做仿真和实验获得不同工况下功率器件的样本数据，所述样本数据为时变参数和时不变参数，每个工况下的样本数据对应为一个样本点；
[0007]根据每个样本点中的样本数据建立功率器件的状态空间方程，从而得到系统矩阵；
[0008]将所述系统矩阵代入Lyapunov方程解出用于判定稳定性的矩阵；
[0009]通过Sylvester判据来判定所述矩阵是否正定，若正定，则该样本点的功率器件稳定，将该样本点归类为稳定点，如果非正定，则该样本点的功率器件不稳定，将该样本点归类为不稳定点；
[0010]通过统计不稳定点和稳定点的数目，可得到功率器件的不稳定度指标，从而判断功率器件是否稳定，不稳定度定义为在开通或关断瞬态过程中，不稳定点的个数占整个过程中样本点总数的比例。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0012]进一步的，所述基于功率器件的等效电路，对功率器件在具体应用电路中，在不同工况下，做仿真和实验，获得不同工况下功率器件的样本数据，包括基于功率器件的等效电路，通过参数提取实验、器件生产厂家提供的模型文件、器件生产厂家提供的产品数据手册进行拟合或者参数软测量获得所述功率器件的时变参数和时不变参数。
[0013]进一步的，所述根据每个样本点中的样本数据建立功率器件的状态空间方程，包括根据所述样本数据，利用基尔霍夫定律得到功率器件的传递函数，根据所述传递函数获得所述状态空间方程。
[0014]进一步的，所述功率器件为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、功率金属氧化物半导体场效晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，MOSFET)、晶闸管(Thyristor)或门极可关断晶闸管(gate turn
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off thyristor，GTO)。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的一种功率器件的动态稳定性能评估方法，可以根据功率器件实时运行中的参数来判定其动态稳定性能，并且有效的评估功率器件的EMI水平，有利于指导功率器件的实际应用，并对功率器件的设计优化提供参考，本方案具有简单、高效、可移植等优点。
附图说明
[0016]图1为SiC
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MOS功率器件的等效电路图；
[0017]图2为用于验证本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法的BUCK型仿真测试电路；
[0018]图3为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻10Ω时的开通波形、不稳定度及EMI水平；
[0019]图4为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻10Ω时的关断波形、不稳定度及EMI水平；
[0020]图5为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻20Ω时的开通波形、不稳定度及EMI水平；
[0021]图6为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻20Ω时的关断波形、不稳定度及EMI水平；
[0022]图7为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻30Ω时的开通波形、不稳定度及EMI水平；
[0023]图8为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的栅电阻30Ω时的关断波形、不稳定度及EMI水平；
[0024]图9为开通过程不稳定度与EMI(以电流谐波幅度为中间量)的MAP图；
[0025]图10为关断过程不稳定度与EMI(以电流谐波幅度为中间量)的MAP图；
[0026]图11为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的IGBT负载电流为26A时的开通和关断波形及不稳定度；
[0027]图12为根据本专利技术实施例的一种功率器件的动态稳定性能评估方法获得的IGBT负载电流为40A时的开通和关断波形及不稳定度；
[0028]图13为两种不同负载开通瞬态的功率；
[0029]图14为两种不同负载开通瞬态的功率频谱；
[0030]图15为两种不同负载关断瞬态的功率；
[0031]图16为两种不同负载关断瞬态的功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率器件的动态稳定性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：基于功率器件的等效电路，对功率器件在具体应用电路中，通过在不同工况下做仿真和实验获得不同工况下功率器件的样本数据，所述样本数据为时变参数和时不变参数，每个工况下的样本数据对应为一个样本点；根据每个样本点中的样本数据建立功率器件的状态空间方程，从而得到系统矩阵；将所述系统矩阵代入Lyapunov方程解出用于判定稳定性的矩阵；通过Sylvester判据来判定所述矩阵是否正定，若正定，则该样本点的功率器件稳定，将该样本点归类为稳定点，如果非正定，则该样本点的功率器件不稳定，将该样本点归类为不稳定点；通过统计不稳定点和稳定点的数目，可得到功率器件的不稳定度指标，从而判断功率器件是否稳定，不稳定度定义为在开通或关断瞬态过程中，不稳定点的个数占整个过程中样本点总数的比例。2.根据权利要求1所述的一种功率器件的动态稳定性能评估方法，其特征在于，所述基于功率器件的等效电路，对功率器件在具体应用电路中，在不同工况下，做仿真和实验，获得不同工况下功率器件的样本数据，包括基于功率器件的等...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾潇，李泽宏，万佳利，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：