[发明专利]一种快速的不对称半桥型功率变换器结温预测方法

说明书

本发明属于功率变换器结温预测技术领域，一种不对称半桥型功率变换器三维阻容热网络结温预测方法。本方法对不同负载情况下的不对称半桥型功率变换器中功率器件进行结温预测，不仅考虑结温耦合因素，还考虑边界条件解耦，建立三维阻容热网络模型，实现有效的功率器件结温预测。首先，从不对称半桥型功率变换器中获取不同负载条件下的瞬态损耗分布；其次，建立不对称半桥型功率变换器的有限元模型，将所得瞬态损耗作为热载荷输入，依据有限元热应力仿真提取耦合热阻抗和边界解耦热阻抗；然后，通过电热比拟理论和曲线拟合的方法得出耦合热阻抗和散热边界条件的表达式；最后，使用受控电压源表示热耦合阻抗关系，使用子散热器热阻抗表示不同的散热边界条件，构建三维阻容热网络模型，实现功率器件的结温预测。

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机不对称半桥功率变换器功率器件的结点温度预测方法，尤其适用于不同相数和不同功率等级的不对称半桥功率变换器。

背景技术

不对称半桥功率变换器功率器件的结点温度预测是开关磁阻电机系统可靠运行的基础。通常情况下，可以通过建立变换器的有限元热模型得到功率器件的结点温度，但是有限元模型不合理的求解时间会严重降低结点温度的预测速度，尤其是在可靠性定向优化的领域。虽然以福斯特(Foster)模型和考尔(Cauer)模型为代表的一维阻容网络能够快速的得到结点温度，但是一维阻容网络只适用单个器件或耦合较小的功率变换器。由于开关磁阻电机不对称半桥功率变换器拓扑的特殊性，导致现在几乎没有集成的变换器模块，因此通常采用单独的MOSFET和二极管进行变换器的搭建，进而导致功率器件通过散热器热耦合而不是在功率器件内部热耦合，因此会产生强烈的热耦合现象。同时由于开关磁阻电机独特的控制方式，会导致同一相相同类型器件承受不同的电应力，从而进一步加剧了热分布的不平衡性。为了充分反映热耦合和热分布对结温预测的影响，本发明提出了基于三维阻容网络的结温预测方法。本发明所提出的结温预测模型能够快速和准确的获得不对称半桥功率变换器功率器件的结点温度，有助于加快热设计进程，实现快速的可靠性评估，具有很高的应用价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器，提出一种三维阻容热网络结温预测方法，其特征在于建立一种新型三维阻容热网络模型，考虑热耦合因素和散热边界条件解耦问题，实现功率变换器中功率器件的结温预测。

本发明提出的基于热耦合作用和散热边界条件解耦的不对称半桥型功率变换器结温预测方法：

1)首先，从不对称功率变换器中获取不同负载条件下的瞬态损耗分布，其中开关器件的损耗功率p_{loss_Si}主要包括导通损耗p_{con_Si}和开关损耗p_{sw_Si}，二极管损耗功率p_{loss_Di}主要包括导通损耗p_{con_Di}和反向恢复损耗p_{rec_Di}，(i＝1,2,3…)，其计算方法如式(1)和式(2)所示；

p_{loss_Si}＝p_{con_Si}+p_{sw_Si} (1)

p_{loss_Di}＝p_{con_Di}+p_{rec_Di} (2)