[发明专利]功率半导体器件损耗及温度实时在线仿真系统及方法

说明书

本发明提供了一种功率半导体器件损耗及温度实时在线仿真系统，包括：系统实时仿真模块、器件损耗计算模块以及器件热阻抗模块；所述系统实时仿真模块，模拟功率半导体器件及其所在系统的电磁行为，并向所述器件损耗计算模块提供实时电磁信号；所述器件损耗计算模块，模拟功率半导体器件损耗行为，接收所述系统实时仿真模块的实时电磁信号，并向所述器件热阻抗模块输出实时损耗信号；所述器件热阻抗模块，模拟功率半导体器件热行为，接收所述器件损耗计算模块的实时损耗信号，生成实时温度信号并输出。本发明可从多时间尺度全面地对复杂电力电子系统中的功率半导体器件损耗及电、热应力特性进行实时分析，增加了器件温度仿真结果的可信度。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体的，涉及一种功率半导体器件损耗及温度的实时在线仿真系统及方法。

背景技术

功率半导体器件在实际应用下的损耗及温度特性，是提高电力电子系统可靠性的重要基础。随着电力电子系统的控制及电路结构变得越来越复杂，传统的电力电子损耗及温度仿真计算方法，由于需要采用多个仿真平台，并且各个仿真平台得到的结果很难统一时间尺度，已经难以获得功率半导体器件在复杂工况条件下的损耗及温度特性。近年来出现的实时在线仿真工具和方法，很好的解决了复杂电力电子系统分析所面临的时间尺度匹配难题。但是现有实时仿真系统多局限于系统级的电磁特性仿真，而对于器件级的损耗及温度特性的实时仿真，还没有太多的应用报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种功率半导体器件损耗及温度实时在线仿真系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种功率半导体器件损耗及温度实时在线仿真系统，包括：系统实时仿真模块、器件损耗计算模块以及器件热阻抗模块；其中：

所述系统实时仿真模块，用于模拟功率半导体器件及其所在电力电子系统的电磁行为，并向所述器件损耗计算模块提供功率半导体器件的实时电磁应力信号；

所述器件损耗计算模块，用于计算功率半导体器件上的损耗，接收所述电力电子系统实时仿真模块的实时电磁信号，并根据电磁信号向所述器件热阻抗模块输出实时损耗信号；

所述器件热阻抗模块，用于模拟功率半导体器件热行为，接收所述器件损耗计算模块的实时损耗信号，并根据实时损耗信号生成器件实时温度信号。

优选地，根据电磁信号向所述器件热阻抗模块输出实时损耗信号的方法，采用如下任意一种：

-基于器件物理结构的损耗计算方法；

-基于器件数学模型的损耗计算方法；

-基于器件数据手册的损耗估算方法。

优选地，根据实时损耗信号生成器件实时温度信号的方法为：

-基于目前已有的热阻抗模型计算器件实时温度。

优选地，所述器件损耗计算模块，根据器件上的电磁信号，输出的实时损耗信号包括如下任意一项或任意多项：

-瞬时值，即损耗发生时刻的瞬时损耗功率；

-开关周期平均值；

-工频周期平均值；

-变周期平均值。

优选地，所述器件热阻抗模块采用如下任意一种或任意多种组合形式：

-Foster型和/或Cauer型热阻抗网络；

-纯热阻网络；

-频域传递函数热阻抗模型。

优选地，所述器件损耗计算模块和器件热阻抗模块采用如下任意一种连接结构：