(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210861796.4 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 白浩　罗欢　 (74)专利代理 机构 西安启诚专利知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61240 专利代理师 李艳春 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 开关暂态建模方法及应用其的电力电子变 换器仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种开关暂态建模方法及应 用其的电力电子变换器仿真方法， 开关暂态建模 方法包括步骤A1、 建立开关暂态建模对象； 开关 暂态建模对象采用半桥电路； A2、 离线测量半桥 电路的开关暂态电压和电流； A3、 将半桥电路的 开通和关断过程分别分为三段， 用于描述开关暂 态电压和电流， 以及开关暂态电压和电流随工况 的变化关系。 本发明方法步骤简单， 设计合理， 实 现方便， 通过基于自适应曲线拟合的电力电子变 换器器件级实时仿真建模 方法， 能够针对工况变 化自适应调整拟合的暂态曲线波形， 可实现最低 25ns的实时仿真步长， 实时仿真结果可与离线仿 真结果保持高度一 致性， 效果显著， 便 于推广。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 115329545 A 2022.11.11 CN 115329545 A 1.一种开关暂态建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤A1、 建立 开关暂态建模 对象； 所述 开关暂态建模 对象采用半桥电路； 步骤A2、 离线测量所述半桥电路的开关暂态电压和电流； 步骤A3、 将所述半桥电路的开通和关断过程分别分为三段， 用于描述开关暂态电压和 电流， 以及开关暂态电压和电流随工况的变化关系。 2.按照权利要求1所述的开关暂态建模方法， 其特征在于， 步骤A1中所述半桥电路包括 两个IGBT二极管换流单元， 且一次开关事件的换流只发生在其中一个换流单元； 所述半桥 电路的输入电压VCC和输入电流 IL在每个仿真步长中均为常值。 3.按照权利要求2所述的开关暂态建模方法， 其特征在于， 步骤A2中所述离线测量的半 桥电路在额定电压电流下开关暂态电压 和电流 表示为： 其中， fi(t)表示离线测量的IGBT电流与时间的函数， fv(t)表示离线测量的IGBT电压与 时间的函数。 4.按照权利要求3所述的开关暂态建模方法， 其特征在于， 步骤A3中所述将半桥电路的 开通和关断过程分别分为 三段， 具体包括： 开通第一阶段： IGBT的栅极电压低 于开通阈值， IGBT仍处于稳定关断状态， IGBT的电流 ic为零， 电压vce等于稳态关断值； 开通第二 阶段： IGBT的电流ic向稳态的输入电流IL方向增加， 二极管仍为正向偏置， 二 极管两端的电压为钳位； 该阶段IGBT的电流ic以与离线测量的开关暂态电流 相同速率增 加， 直至超过峰值电流 IL+Irr， Irr为二极管最大反向恢复电流， 所述 IGBT的电流 ic表示为： ic＝fi(t) IGBT的电压vce在该阶段会由于杂散电感的原因而略微下降， IGBT的电压vce能够通过与 IGBT的电流ic相同的方法截取测量曲线获得， 然后按比例缩小赋值， 所述IGBT的电压vce表 示为： vce＝Kv*fv(t) 其中， Kv为缩小比例， 且 Vce(off)表示开通前IGBT的稳态关断电压， 表示离线测量得到的IGBT稳态关断电压； 开通第三阶段： 二极管的反向恢复电流达到峰值并开始衰减， 二极管处于反向偏置， IGBT两端的电压 急剧下降， 直到达到稳态导通电压值； 然后曲线幅值根据系数 和Kv进行 缩放， 缩放后的曲线向左移动， 使与所述开通第二阶段的曲线 无缝连接， 在该阶段所述IGB T 的电流ic表示为： 其中， 为离线测量得到的二 极管反向恢复峰值电流， trr为二极管反向恢复权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329545 A 2电流到达峰值的时间， 为离线测量的二极管反向恢复电流到达 峰值的时间， 为离线测 量的半桥电路稳态输入电流； 在该阶段 所述IGBT的电压vce表示为： 关断第一阶段： IGBT的电压vce上升， 二极管仍然反向偏置， IGBT的电流ic略有下降， 然 后曲线根据关断延时时间比例 在时间轴进行缩放， IGBT的电流ic曲线在时间轴缩放后， 再根据比例Ki对其幅值进行缩放， 在该阶段 所述IGBT的电流 ic表示为： 其中， Ic(on)为关断前IGBT的稳态开通电流， 为离线测量得到的IGBT 稳态开通电流， td(off)为IGBT关断延迟时间， 为离线测量得到的 IGBT关断延时 时间； 在该阶段 所述IGBT的电压vce表示为： 关断第二阶段： 当IGBT的电压vce超过稳态电压值vce(off)时， 二极管两端电压将处于正 向偏置状态， IGBT的电流ic将急剧下降， 在该阶段的IGBT的电压vce仍遵循关断第一阶段中 的增长趋势， 直到电压尖峰峰值(vsp+vce(off))， IGBT的电流ic曲线先在时间轴上缩放Mtf倍， 然后对其幅值缩放Ki倍， 在该阶段 所述IGBT的电流 ic表示为： 其中， tf0为IGBT电流下降的起始时刻， 为离线测量得到的IGBT电流下降的起始时刻， tf为IGBT电流下降时间， 为离线测量得到的IGBT电流下降时间； 关断第三阶段： 在该阶段所述IGBT的电压vce能够等效为电压尖峰值和稳态电压值 vce(off)的叠加， 表示 为： 其中， tsp为IGBT关断电压到达尖峰的时刻， 为离线测量得到的IGBT关断电压到达尖 峰的时刻， 为离线测量得到的IGBT稳态关断电压 。 5.一种电力电子变换器仿真方法， 其特征在于， 应用如权利要求4所述开关暂态建模方 法， 所述仿真方法为实时仿真方法， 具体步骤 包括： 步骤B1、 读取 上一步仿真结果；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329545 A 3