[发明专利]一种高频逆变器低杂散电感回路设计方法

权利要求书

1.一种高频逆变器低杂散电感回路设计方法，其特征在于，所述方法包括：

换流回路的主母排采用叠层结构，以利用镜像电流的耦合原理降低主母排的杂散电感；所述主母排包括正铜排和负铜排两层铜排，正铜排和负铜排的宽度、长度及厚度相同；根据所述主母排中铜排的宽度、长度以及两层铜排的间距对主母排电感的影响，确定电感期望值下的主母排的尺寸规格；

在所述主母排上设置吸收电容模块，用于抑制母排电感引起的电压尖峰，降低回路等效电感；所述吸收电容模块包括若干个并联设置的小电容，通过双脉冲测试电路的等效电路确定所述吸收电容模块中小电容的容值；

基于Q3D和simplorer联合仿真，并通过改变吸收电容模块中小电容的数量或通过改变主母排的尺寸规格，获得符合最终电感期望值的功率回路；

所述根据所述主母排中铜排的宽度、长度以及两层铜排的间距对主母排杂散电感的影响，确定电感期望值下的主母排的尺寸规格，具体为：

(1)通过毕奥萨伐定律和安培环路定理得到母排杂散电感计算公式：

式中，μ₀为常数，μ₀＝4π×10^-7H/m，b为主母排中铜排的宽度，l为主母排中铜排的长度，D为主母排中两层铜排的间距；L_bb为叠层主母排的电感，即母排杂散电感；

(2)根据实际布局，将主母排中铜排的宽度、长度以及两层铜排的间距中的一项作为限制条件，绘制(b,D,L_bb)、(D,l,L_bb)或者(b,l,L_bb)曲线图；

(3)在所述(b,D,L_bb)、(D,l,L_bb)或者(b,l,L_bb)曲线图中绘制电感等值线，获得电感和(b,D)、(D,l)或(b,l)的关系式，确定电感期望值下主母排的尺寸规格；

(4)通过Q3D做有限元仿真，提取母排电感，如果满足要求即完成设计，如不满足，则进入步骤(2)调整限制条件，重新进行设计。

2.根据权利要求1所述一种高频逆变器低杂散电感回路设计方法，其特征在于，所述通过双脉冲测试电路的等效电路确定所述吸收电容模块中小电容的容值，具体为：

在双脉冲测试电路的等效电路中，母排杂散电感L_bb包括L_bb1和L_bb2两部分，L_bb＝L_bb1+L_bb2；

在SiC MOSFET开关功率器件关断后，母排杂散电感L_bb与吸收电容模块产生谐振，L_bb中储存的能量向吸收电容模块转移；

母排杂散电感释放的能量E_L为：

式中，I_off为开关器件关断时刻瞬态电流；

根据电容储能公式，得到吸收电容模块中所有电容储存总能量为：

电容吸收能量大于等于电感释放能量，得到吸收电容模块中每一个所述小电容的电容容量C₁满足：

N为吸收电容模块中所有并联小电容的个数，I_off为开关功率器件关断时刻瞬态电流值，L_bb为母排杂散电感值，ΔU₁为母排杂散电感引起的尖峰电压值。

3.根据权利要求1所述一种高频逆变器低杂散电感回路设计方法，其特征在于，基于Q3D和simplorer联合仿真，并通过改变吸收电容模块中小电容的数量或通过改变主母排的尺寸规格，获得符合最终电感期望值的功率回路，具体为：

(1)基于Q3D和simplorer联合仿真，建立仿真平台；

(2)测量回路中电路变化率di/dt和电压尖峰ΔUds；

(3)计算回路杂散电感：L_loop＝ΔUds/(di/dt)；

(4)判断回路杂散电感是否符合最终电感期望值；如果符合，确定母排的设计方案；如果不符合，通过改变吸收电容模块中小电容的数量或改变主母排的尺寸规格，返回步骤(1)，直至回路杂散电感符合最终电感期望值。

4.根据权利要求1所述一种高频逆变器低杂散电感回路设计方法，其特征在于，所述正铜排和所述负铜排叠层放置，在两层铜排的中间以及两侧铺设绝缘材料；所述吸收电容模块中并联设置的小电容的数量为3-6个。