一种混合并联一体化电源最优电流选取方法

1.本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种混合并联一体化电源最优电流选取方法。


背景技术：

2.逆变电源作为岸电电源系统电能转换和系统控制的核心组成部分，决定着整个电源系统是否能稳定、可靠、高效运行，因此研究大功率、高性能、高性价比的一体化电源迫在眉睫。其中，si igbt与sic mosfet两种功率器件为该混合并联一体化电源的核心元件，其特性直接影响了混合并联一体化电源的性能。其中si igbt逆变电源装置的大容量、低成本优势与sic mosfet逆变电源低损耗、高开关频率、高谐波抑制能力等优势得到了广大学者关注。然而，针对混合并联逆变器的电流配比研究尚缺乏完善的理论研究成果，混合并联一体化电源还面临着缺乏器件最优电流配比研究、功率分配优化方案尚不成熟等关键技术难题。
3.研究分析不同电流配比对器件成本和结温以及混合并联一体化电源效率和emi噪声的影响，为拓扑混合并联一体化电源选择最优的电流配比。
4.现有技术中，专利名称为一种逆变器、控制方法及计算机设备，公开号为cn110601523a，包括顺次连接的直流源、半桥逆变拓扑、低通滤波器和负载，所述半桥逆变拓扑包括混合器件，所述混合器件由siigbt和高频功率器件并联组成；高频功率器件包括但不限于si基coolmos、sicmosfet、ganhemt。该发明能够避免电力电子器件工作结温过高并提高逆变器的使用寿命，无法像本发明一样体现混合一体化电源的优势，以及满足了混合并联一体化电源高性价比和高性能的要求。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，具体的技术方案为：
6.一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，该方法包括如下步骤：
7.步骤s1：选取si igbt以及sic mosfet的多组不同电流配比的功率器件组合；
8.步骤s2：对不同电流配比si igbt器件和sic mosfet器件进行成本分析；
9.步骤s3：对不同电流配比的si igbt器件和sic mosfet器件进行结温分析对比；
10.步骤s4：对比不同功率等级以及不同sic mosfet开关频率下多种电流配比的混合并联一体化电源的效率；
11.步骤s5：对混合并联一体化电源emi噪声进行对比分析，并研究不同电流配比对混合并联一体化电源emi噪声的影响；
12.步骤s6：研究不同电流配比对器件成本和结温以及混合并联一体化电源效率和emi噪声的影响；
13.步骤s7：混合并联一体化电源最优电流配比选取。
14.进一步地，所述步骤s1中的电流配比定义为γ，所述γ为si igbt额定电流等级与sic mosfet额定电流等级在100℃下工况下的比值：
[0015][0016]
进一步地，所述步骤2中成本分析的方法为：汇总si igbt和sic mosfet器件组合的电流等级与器件成本，并将数据拟合成曲线以得出市场规律并进行对比分析。
[0017]
进一步地，所述步骤s4中的具体方法为：在一定的sic mosfet开关频率下，混合并联一体化电源在不同的功率等级下运行，分析不同电流配比对混合并联一体化电源效率的影响，记录器件总损耗；在混合并联一体化电源功率等级一定条件下，将不同电流配比情况下的sic mosfet工作频率提高，分析sic mosfet工作频率对电源效率的影响。
[0018]
进一步地，所述步骤s5中si igbt逆变器与sic mosfet逆变器所采用的功率器件额定电流相同，且混合并联一体化电源的电流比为1:1，比较在一定谐振频率范围内sic mosfet并联逆变器与si igbt并联逆变器的emi噪声频谱幅度。
[0019]
进一步地，所述步骤s5中研究不同电流配比对混合并联一体化电源emi噪声的影响的方法为：电流配比从1:1增加到4:1，对混合并联一体化电源的噪声电压波形和频谱包络线进行对比分析，观察导通振铃和关断振铃变化，观察对比一定频率范围内的emi噪声频谱幅值大小。
[0020]
进一步地，通过式子解出：
[0021][0022]
m＝tptyδη-δcost
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(1-2)
[0023]
可以通过(1-1)式子计算不同电流配比下混合并联一体化电源的差额投资回收年限y(年)，即在y年内可收回额外增加的器件成本，通过式(1-2)可以计算在混合并联一体化电源的工作寿命内增加的额外收益m(￥)，其中，p(kw)为混合并联一体化电源的功率等级，t(h)为混合并联一体化电源的年平均工作时间，y(￥/w)为随着电流配比减少而节约的器件损耗成本，δcost(￥)为混合并联一体化电源随电流配比减少而增加的器件总成本，t为混合并联一体化电源的工作寿命，δη为混合并联一体化电源效率随电流配比减小而增大的变化。
[0024]
本发明的有益效果：
[0025]
1.本发明选取了多种不同电流配比的器件组合，并将其应用至混合并联一体化电源中。先后分析了电流配比对器件成本、器件结温、混合并联一体化电源效率和emi噪声的影响，得出了随着电流配比的增加，器件总成本随之减小，器件结温随之上升，混合并联一体化电源效率随之减小，emi噪声随之增大。
[0026]
2.本发明在实现效率提升的同时并没有带来较大的emi噪声干扰，证实了混合并联一体化电源的优越性。
[0027]
3.本发明计算了不同电流配比下混合并联一体化电源的差额投资回收年限和额外收益，同时考虑了电流配比对器件结温和emi噪声的影响，采用了2:1的最优电流配比，满足了混合并联一体化电源高性价比和高性能的要求。
附图说明
[0028]
图1为一种混合并联一体化电源最优配比方法流程图。
[0029]
图2为si igbt以及sct系列的sic mosfet共四组不同电流配比的功率器件组合图。
[0030]
图3为四种电流配比下si igbt和sic mosfet器件组合的总成本图。
[0031]
图4为四种电流配比下si igbt和sic mosfet的器件损耗和器件结温对比图。
[0032]
图5为功率等级从1kw到7kw下四种电流配比的一体化电源变换器效率图。
[0033]
图6为sic mosfet在开关频率为10khz到60khz下四种电流配比的一体化电源效率。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0035]
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括-个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0037]
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是连接,也可以是可拆卸连接,或成
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体；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。
[0038]
步骤s1：选取si igbt以及sct系列的sic mosfet的多组不同电流配比的功率器件组合，其中电流配比定义为γ，所述γ为si igbt额定电流等级与si igbt额定电流等级在100℃下工况下的比值：
[0039][0040]
如图2所示，本实施例中选用电流配比分别为1：1，2：1，3：1，4：1以及si igbt器件和sic mosfet的额定电流之和均接近40a为例进行对比说明；
[0041]
步骤s2：对不同电流配比si igbt器件和sic mosfet器件进行成本分析，汇总si igbt和sic mosfet器件组合的电流等级与器件成本，并将数据拟合成曲线以得出市场规律并进行对比分析，如图3所示；
[0042]
步骤s3：对不同电流配比的si igbt器件和sic mosfet器件进行结温分析对比；在
mosfet逆变器并联一体化电源实验平台解决了混合并联一体化电源所面临的缺乏器件最优电流配比研究、功率分配优化方案尚不成熟等关键技术难题，提供了一种高性能和高性价比电源的解决方案。
[0054]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明专利范围的限制，应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进以及变形，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤s1：选取si igbt以及sic mosfet的多组不同电流配比的功率器件组合；步骤s2：对不同电流配比si igbt器件和sic mosfet器件进行成本分析；步骤s3：对不同电流配比的si igbt器件和sic mosfet器件进行结温分析对比；步骤s4：对比不同功率等级以及不同sic mosfet开关频率下多种电流配比的混合并联一体化电源的效率；步骤s5：对混合并联一体化电源emi噪声进行对比分析，并研究不同电流配比对混合并联一体化电源emi噪声的影响；步骤s6：研究不同电流配比对器件成本和结温以及混合并联一体化电源效率和emi噪声的影响；步骤s7：混合并联一体化电源最优电流配比选取。2.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，所述步骤s1中的电流配比定义为γ，所述γ为si igbt额定电流等级与sic mosfet额定电流等级在100℃下工况下的比值：3.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，所述步骤2中成本分析的方法为：汇总si igbt和sic mosfet器件组合的电流等级与器件成本，并将数据拟合成曲线以得出市场规律并进行对比分析。4.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，所述步骤s4中的具体方法为：在一定的sic mosfet开关频率下，混合并联一体化电源在不同的功率等级下运行，分析不同电流配比对混合并联一体化电源效率的影响，记录器件总损耗；在混合并联一体化电源功率等级一定条件下，将不同电流配比情况下的sic mosfet工作频率提高，分析sic mosfet工作频率对电源效率的影响。5.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，所述步骤s5中si igbt逆变器与sic mosfet逆变器所采用的功率器件额定电流相同，且混合并联一体化电源的电流比为1:1，比较在一定谐振频率范围内sic mosfet并联逆变器与si igbt并联逆变器的emi噪声频谱幅度。6.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，所述步骤s5中研究不同电流配比对混合并联一体化电源emi噪声的影响的方法为：电流配比从1:1增加到4:1，对混合并联一体化电源的噪声电压波形和频谱包络线进行对比分析，观察导通振铃和关断振铃变化，观察对比一定频率范围内的emi噪声频谱幅值大小。7.根据权利要求1所述的一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，其特征在于，通过式子解出：m＝tptyδη-δcost
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(1-2)可以通过(1-1)式子计算不同电流配比下混合并联一体化电源的差额投资回收年限y(年)，即在y年内可收回额外增加的器件成本，通过式(1-2)可以计算在混合并联一体化电
源的工作寿命内增加的额外收益m(￥)，其中，p(kw)为混合并联一体化电源的功率等级，t(h)为混合并联一体化电源的年平均工作时间，y(￥/w)为随着电流配比减少而节约的器件损耗成本，δcost(￥)为混合并联一体化电源随电流配比减少而增加的器件总成本，t为混合并联一体化电源的工作寿命，δη为混合并联一体化电源效率随电流配比减小而增大的变化。

技术总结
本发明提供一种混合并联一体化电源最优电流选取方法，该方法包括如下步骤：步骤S1：选取Si IGBT以及SiC MOSFET的多组不同电流配比的功率器件组合；步骤S2：对不同电流配比Si IGBT器件和SiC MOSFET器件进行成本分析；步骤S3：对不同电流配比的Si IGBT器件和SiC MOSFET器件进行结温分析对比；步骤S4：对比不同功率等级以及不同SiC MOSFET开关频率下多种电流配比的混合并联一体化电源的效率；步骤S5：对混合并联一体化电源EMI噪声进行对比分析，并研究不同电流配比对混合并联一体化电源EMI噪声的影响；步骤S6：研究不同电流配比对器件成本和结温以及混合并联一体化电源效率和EMI噪声的影响；步骤S7：混合并联一体化电源最优电流配比选取。优电流配比选取。优电流配比选取。


技术研发人员：戴瑜兴 赵振兴 彭子舜 胡文 祝芳莹 章纯
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6