[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

摘要

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。

主权项

1.一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，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，其步骤如下：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ploss_Si主要包括导通损耗pcon_Si和开关损耗psw_Si，二极管损耗功率ploss_Di主要包括导通损耗pcon_Di和反向恢复损耗prec_Di，(i＝1,2,3…)，其计算方法如式(1)和式(2)所示；ploss_Si＝pcon_Si+psw_Si  (1)ploss_Di＝pcon_Di+prec_Di  (2)2)其次，建立四相不对称半桥型功率变换器的有限元模型，设置模型中材料的热属性和自然对流换热条件，分别将所得瞬态损耗ploss_Si和ploss_Di作为功率变换器中的开关器件Si和二极管Di的热载荷输入，进行有限元热应力仿真分析，依据所得有限元热应力仿真结果，提取功率器件关键节点的温升曲线Tj和Tc，计算功率开关器件Si和二极管Di的热阻抗Zjc，并通过电热比拟理论和曲线拟合的方法，得出热阻抗Zjc_S和Zjc_D的表达式，如式(3)和式(4)所示；3)然后，在功率变换器的散热器上分别选取表示不同散热边界条件节点H，计算各节点的散热边界条件热阻抗Z_{ha_Si}和Z_{ha_Di}，并提取每个功率器件k(k＝S₁,D₁,S₂,D₂…)受到的热耦合影响而造成的结温温升曲线T_k^couple，计算器件j与器件k之间的耦合阻抗Z_k‑j，获取热耦合阻抗矩阵如式(5)和式(6)所示；4)最后，在环境温度为Ta的条件下，使用受控电压源表示热耦合阻抗关系Tkcouple，使用子散热器热阻抗表示不同的散热边界条件Zha_Si和Zha_Di，使用理想电流源作为热载荷输入ploss，如式(7)所示，构建三维阻容热网络模型，Tj_Si和Tj_Di即为功率器件的结温预测结果。