[发明专利]一种SiCMOSFET三电平逆变电路损耗计算方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电路损耗计算方法，具体涉及一种SiC MOSFET三电平逆变电路损耗计算方法。

【背景技术】

SiC MOSFET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，SiC MOSFET将取代Si IGBT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Si MOSFET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。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种SiC MOSFET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，本发明包括以下步骤：

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。

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SiC MOSFET开关管T1、第二SiC MOSFET开关管T2和与第三SiC MOSFET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：，

SiC MOSFET端电压U_ds和电流I_d之间的关系可以近似为：

U_ds＝U_ds0+R_ds(on)×I_d(t)(3)

式中，U_dso表示门槛电压。R_ds(on)为U_ds-I_d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r_f为：

U_fo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SiC MOSFET开关管T1为例，对其进行积分得到：

即：

同理可以得到第二SiC MOSFET开关管T2、分别与第一SiC MOSFET开关管T1和第二SiC MOSFET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SiC MOSFET开关管T3和第四SiC MOSFET开关管T4反并联的第三二极管D3和第四二极管D4、第三SiC MOSFET开关管T3和第四SiC MOSFET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Eo_n和关断损耗Eo_ff，开关损耗E_sw等于两者线性求和。

所述步骤三中，第一SiC MOSFET开关管T1和第四SiC MOSFET开关管T4的损耗：

其中I_nom，U_nom为产品手册查到的测试电压电流值，K_I，K_U，G_I为校正系数，fsw为SiC MOSFET器件开关频率，E_sw＝Eon-Eoff；