【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電力電子，尤其涉及一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于功率器件的要求越來越高，sicmosfet與傳統(tǒng)的si?mosfet相比有更高的開關(guān)速度、更低的通態(tài)損耗和更高的阻斷電壓等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)效率，減小設(shè)備體積進(jìn)而提高設(shè)備的功率密度。但是由于目前的工藝水平以及特定需求下成本等的限制，單個(gè)sic?mosfet的通流能力有限，無法滿足大功率場(chǎng)合的要求，常常需要將多個(gè)sic?mosfet并聯(lián)使用，這種并聯(lián)應(yīng)用的方案在電機(jī)控制與逆變器等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
2、公告號(hào)為cn113392552b的中國(guó)專利公開了一種基于有限元仿真的多并聯(lián)開關(guān)器件均流優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，多并聯(lián)開關(guān)器件包括：驅(qū)動(dòng)模塊、第一個(gè)開關(guān)管器件、第二個(gè)開關(guān)管器件、…、第n個(gè)開關(guān)管器件。人工設(shè)定驅(qū)動(dòng)模塊與開關(guān)器件之間的走線的長(zhǎng)度，根據(jù)第一個(gè)開關(guān)管器件、第二個(gè)開關(guān)管器件、…、第n個(gè)開關(guān)管器件之間結(jié)構(gòu)對(duì)稱原則，通過altiumdesigner軟件設(shè)計(jì)電路板；確定優(yōu)化的目標(biāo)寄生電感值；設(shè)定要求誤差；結(jié)合目標(biāo)寄生電感值計(jì)算初始化驅(qū)動(dòng)模塊與開關(guān)器件之間的走線的寬度，通過有限元仿真多次迭代優(yōu)化驅(qū)動(dòng)模塊與開關(guān)器件之間的走線的寬度。但是上述申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒〞?huì)加劇多電流回路之間的磁耦合，且不易于功率模塊的封裝集成及后續(xù)并聯(lián)使用，導(dǎo)致器件均流度降低。因此，提供一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以提升多芯片并聯(lián)情形下的器件均流度，是非常有必要的。
技術(shù)
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提出了一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法及系統(tǒng)。通過對(duì)導(dǎo)通暫態(tài)過程電路進(jìn)行電流均衡優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功率器件之間的電流均流，避免了因電流分布不均而導(dǎo)致的局部過載問題，對(duì)多芯片并聯(lián)情形下的器件均流度進(jìn)行改善。
2、本專利技術(shù)提供了一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法，所述方法包括：
3、采集斷路器功率模塊的寄生參數(shù)，并根據(jù)所述寄生參數(shù)，構(gòu)建第一開關(guān)暫態(tài)電路模型；
4、基于所述第一開關(guān)暫態(tài)電路模型和導(dǎo)通瞬態(tài)特性，構(gòu)建導(dǎo)通暫態(tài)過程電路；
5、根據(jù)共源電感補(bǔ)償函數(shù)對(duì)所述導(dǎo)通暫態(tài)過程電路進(jìn)行電流均衡，以對(duì)所述導(dǎo)通暫態(tài)過程電路進(jìn)行狀態(tài)更新，獲取與狀態(tài)更新后的導(dǎo)通暫態(tài)過程電路對(duì)應(yīng)的第二開關(guān)暫態(tài)電路模型；
6、采用ansys?q3d仿真工具提取第二開關(guān)暫態(tài)電路模型中的寄生電感參數(shù)，根據(jù)共源電感補(bǔ)償函數(shù)和所述寄生電感參數(shù)，通過有限元仿真對(duì)所述第二開關(guān)暫態(tài)電路模型中的每個(gè)功率管的銅層形狀和銅層尺寸進(jìn)行多次迭代優(yōu)化，以獲取所述斷路器功率模塊的優(yōu)化布局方案。
7、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述斷路器功率模塊的寄生參數(shù)包括所述斷路器功率模塊中每個(gè)功率管由漏極到正極引出端子間的寄生電感、每個(gè)功率管由源極到負(fù)極引出端子間的寄生電感以及兩個(gè)并聯(lián)功率管之間的耦合電感。
8、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述導(dǎo)通暫態(tài)過程電路包括電路驅(qū)動(dòng)單元、多個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元、均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧约半娫矗渲校?/p>
9、多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第一公共端分別與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第一端、所述均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧囊欢艘约八鲭娫吹恼龢O電性連接，多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第二公共端分別與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第二端、所述均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧牧硪欢穗娦约八鲭娫吹呢?fù)極連接，多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第三公共端與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第三端電性連接。
10、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述并聯(lián)開關(guān)單元包括第一mos管、第二mos管、第一寄生電感、第二寄生電感以及共源電感，其中，
11、所述第一mos管的柵極分別與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第一端以及其余并聯(lián)開關(guān)單元電性連接，所述第一mos管的漏極與所述第一寄生電感的一端電性連接，所述第一寄生電感的另一端分別與其余并聯(lián)開關(guān)單元電性連接，所述第一mos管的源極與所述共源電感的一端電性連接，所述共源電感與所述第二寄生電感的公共端分別與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第三端以及其余并聯(lián)開關(guān)單元電性連接，所述第二寄生電感的另一端與所述第二mos管的源極電性連接，所述第二mos管的柵極分別與所述電路驅(qū)動(dòng)單元的第二端以及其余并聯(lián)開關(guān)單元電性連接，所述第一mos管的漏極分別與其余并聯(lián)開關(guān)單元和所述均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧囊欢穗娦赃B接。
12、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述共源電感補(bǔ)償函數(shù)的表達(dá)式為：
13、lloop＝ld+lcom+ls
14、
15、其中，lloop表示并聯(lián)開關(guān)單元的回路電感，ld表示從mos管的漏極到直流電源正極引出端子間的寄生電感，ls表示從mos管的源極到直流電源負(fù)極引出端子間的寄生電感，lcom表示并聯(lián)開關(guān)單元中的共源電感值，δi1-2表示在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元與第二個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元之間的支路間循環(huán)電流，s表示拉普拉斯算子，id1表示在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元的漏極電流，id2表示在頻域形式下第二個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元的漏極電流，δid1-2表示在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元與第二個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元的漏極電流差值，δlloop1-2表示在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元與第二個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元之間的回路電感差值，δlcom表示在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元與第n個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元之間的共源電感差值，δlloop在頻域形式下第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元與第n個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元之間的回路電感差值，lloop1表示第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元的回路電感，lcom1表示第一個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元中的共源電感值。
16、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述采用ansys?q3d仿真工具提取第二開關(guān)暫態(tài)電路模型中的寄生電感參數(shù)，具體包括：
17、將所述第二開關(guān)暫態(tài)電路模型導(dǎo)入ansys?q3d仿真工具中，對(duì)所述第二開關(guān)暫態(tài)電路模型進(jìn)行材料設(shè)置，以獲取過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型；
18、對(duì)所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型依次進(jìn)行網(wǎng)格劃分操作，并將所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中的每個(gè)網(wǎng)格的電流流入端和電流流出端對(duì)應(yīng)設(shè)置激勵(lì)；
19、對(duì)所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型進(jìn)行仿真操作，以獲取與所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型對(duì)應(yīng)的電感矩陣以及所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中的寄生電感參數(shù)。
20、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中每個(gè)網(wǎng)格包括多個(gè)電流流入端和一個(gè)電流流出端，所述電流流入端和所述電流流出端為所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中的邊或面。
21、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧ǖ谝环€(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管以及負(fù)載電感，所述第一穩(wěn)壓二極管的正極分別與多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第一公共端和所述負(fù)載電感的一端電性連接，所述第一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與所述第二穩(wěn)壓二極管的負(fù)極電性連接，所述第二穩(wěn)壓二極管的正極分別與多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第二公共端和所述電源的負(fù)極電性連接，所述負(fù)載電感的另一端與所述電源的正極電性連接。
22、在本申請(qǐng)的第二方面提供了一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化系統(tǒng)，所述斷路器功率模塊布局優(yōu)化系統(tǒng)包括電路構(gòu)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述斷路器功率模塊的寄生參數(shù)包括所述斷路器功率模塊中每個(gè)功率管由漏極到正極引出端子間的寄生電感、每個(gè)功率管由源極到負(fù)極引出端子間的寄生電感以及兩個(gè)并聯(lián)功率管之間的耦合電感。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)通暫態(tài)過程電路包括電路驅(qū)動(dòng)單元(1)、多個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元(2)、均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧?3)以及電源(4)，其中，
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述并聯(lián)開關(guān)單元(2)包括第一MOS管、第二MOS管、第一寄生電感、第二寄生電感以及共源電感，其中，
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述共源電感補(bǔ)償函數(shù)的表達(dá)式為：
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用ANSYS?Q3D仿真工具提取第二開關(guān)暫態(tài)電路模型中的寄生電感參數(shù)，具體包括：
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中每個(gè)網(wǎng)格包括多個(gè)電流流入端和一個(gè)電流流出端，所述電流流入端和所述電流
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧?3)包括第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管以及負(fù)載電感，所述第一穩(wěn)壓二極管的正極分別與多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第一公共端和所述負(fù)載電感的一端電性連接，所述第一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與所述第二穩(wěn)壓二極管的負(fù)極電性連接，所述第二穩(wěn)壓二極管的正極分別與多個(gè)所述并聯(lián)開關(guān)單元的第二公共端和所述電源的負(fù)極電性連接，所述負(fù)載電感的另一端與所述電源的正極電性連接。
9.一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述斷路器功率模塊布局優(yōu)化系統(tǒng)(5)包括電路構(gòu)建模塊(51)、電流均衡模塊(52)以及布局優(yōu)化模塊(53)，其中，
10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)所述的基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多芯片均流的斷路器功率模塊布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述斷路器功率模塊的寄生參數(shù)包括所述斷路器功率模塊中每個(gè)功率管由漏極到正極引出端子間的寄生電感、每個(gè)功率管由源極到負(fù)極引出端子間的寄生電感以及兩個(gè)并聯(lián)功率管之間的耦合電感。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)通暫態(tài)過程電路包括電路驅(qū)動(dòng)單元(1)、多個(gè)并聯(lián)開關(guān)單元(2)、均衡穩(wěn)壓?jiǎn)卧?3)以及電源(4)，其中，
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述并聯(lián)開關(guān)單元(2)包括第一mos管、第二mos管、第一寄生電感、第二寄生電感以及共源電感，其中，
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述共源電感補(bǔ)償函數(shù)的表達(dá)式為：
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用ansys?q3d仿真工具提取第二開關(guān)暫態(tài)電路模型中的寄生電感參數(shù)，具體包括：
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述過渡開關(guān)暫態(tài)電路模型中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊振華，吳海波，劉芳，王志瑞，楊旭，朱晉，鄭海梟，劉暢，周翀，楊悅，曹琿茹，杜新志，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢華源電力設(shè)計(jì)院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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