[发明专利]一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法

权利要求书

1.一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：搭建具有MPPT功能的光伏Boost变换器的MATLAB/Simulink仿真模型；

S2：根据时间常数划分时间尺度，建立不同时间尺度下的功率模块的电热模型；

S3：根据电热模型并基于焊接层疲劳的失效形式建立寿命预测模型，采用Coffin-Manson-Arrhenius模型进行IGBT寿命预测。

2.根据权利要求1所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括对IGBT功率模块在小时间尺度下以及大时间尺度下的热循环进行分析。

3.根据权利要求2所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，所述S2中，对IGBT功率模块在小时间尺度下的热循环进行分析主要包括以下步骤：

s21：在MATLAB/simulink中搭建用于1至3分钟仿真运行的IGBT功率损耗模型和热模型；

s22：将功率损耗模型和热模型结合起来，得到IGBT模块在小时间尺度下的电热模型；

s23：以步骤s22中的电热模型进行时间为1～3min的运行仿真。

4.根据权利要求3所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，所述S2中，对IGBT功率模块在大时间尺度下的热循环进行分析主要包括以下步骤：

s201：在MATLAB/simulink中搭建用于模拟1～3年实际工况运行的IGBT功率损耗模型和热模型；

s202：在1～3年的时间里，将每30分钟设为一个状态，共有17520～52560个状态，视这一系列状态均为稳定运行状态，在每一个状态里，采集一组光照强度和温度的数据，作为光伏阵列的输入参数，通过仿真可得到这个状态下Boost变换器的输入电流、输出电压、输入电压的平均值；

s203：利用公式计算所对应的这一个状态里，IGBT和二极管的开关损耗和导通损耗的平均值；

s204：计算完功率损耗以后，使用热阻R_th计算在稳定运行状态下的温度；

s205：使用反复迭代计算的方法，求出某一状态下的结温和功率损耗。

5.根据权利要求2所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述功率损耗模型：根据IGBT模块器件手册上的IGBT的输出特性曲线、IGBT的开关损耗曲线、二极管的正向偏压特性曲线、二极管的开关损耗曲线制成查找表，将光伏Boost变换器中IGBT模块工作运行时相应的实时参数输入到查找表中，可计算得出得到实时功率损耗。

6.根据权利要求5所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，所述热模型：拟合一个四阶Foster热网络模型，来获取IGBT模块的结温，Foster模型中的热阻根据器件手册上的热阻抗特性曲线来提取。

7.根据权利要求4所述的光伏变换器功率器件的寿命检测方法，其特征在于，在所述步骤s203中，所述计算公式为：

其中，Psw(T)为IGBT的开关损耗，且Psw(T)＝Pon(T)+Poff(T)；DC(T)为IGBT的占空比，且DC(T)＝ton/T＝1-Vin/Vout；Psw(D)为二极管的开关损耗，且Psw(D)＝Poff(D)；DC(D)为二极管的占空比，且DC(D)＝1-DC(T)；Iin为输入电流；Vout为输出电压；Tj为结温；fsw为开关频率；TCv、TCr为正向导通特性曲线的温度系数。