一种校验IGBT短路type1行为仿真模型的频域分析方法与流程

本发明属于半导体，具体是一种校验igbt短路type1行为仿真模型的频域分析方法。

背景技术：

1、半导体器件igbt具有全控开关、高耐压等级、大通流能力、高开关频率和驱动功率小等优点，成为工业电机驱动、中高压变频器、智能电网等中大功率场合应用最为广泛的电力电子开关器件。igbt的type1行为是指在igbt开通之前负载短路或桥臂上两igbt发生直通，一旦发生此类故障，就会导致igbt，甚至整个系统的损坏。为此大量的文献对igbt的短路开关过程进行了短路type1行为仿真建模分析，但在评估模型时，仅通过粗略比对短路电压、电流特性曲线，没有形成合适的量化指标，无法有效说明模型的有效性程度。

2、igbt器件短路type1行为失效仿真模型用于具体型号igbt器件在type1短路过程中的电压、电流应力变化，更具体地，如在type1短路过程中的igbt开始短路的电流上升速度、igbt强制关断的电压上升速度、甚至是结温与时间变化关系。这些都可以在最终的装置级实验中提供参数数据，如中大功率变频器短路试验中，参考装置内igbt器件型号的仿真模型在稳定、短路工况下的电应力变化，避免在真实实验中发生装置损坏等意外情况，甚至type1短路失效仿真模型的数据结论可以反向指导变频器的设计。然而，当前igbt器件短路type1行为失效仿真模型缺少合适的量化指标，仅通过粗略地比对电压、电流曲线的峰值和形状判断模型的有效性，这种无量化指标的对比在变频器装置的正常运行稳态工况下还可以满足，而type1短路失效工况一旦发生可能会对设备、设施造成不可逆的伤害，需要可靠的仿真模型对该工况进行评估，因此无量化指标不可以评估短路type1失效仿真模型。

技术实现思路

1、本发明为了解决短路type1失效仿真模型没有可靠性量化评估指标的问题，对具体器件的短路过程电压、电流波形采用dft实现频域分析，提供一种校验igbt短路type1行为仿真模型的频域分析方法。

2、本发明采取以下技术方案：一种校验igbt短路type1行为仿真模型的频域分析方法，包括：

3、s100：根据短路持续时间计算dft分析的基波频率；

4、s200：计算频域分析下的电压频域评估 pv；

5、s300：计算频域分析下的电流频域评估 pi；

6、s400：根据电压频域评估 pv和电流频域评估 pi计算总的频域评估指标 p，作为不同短路type1失效仿真模型的有效性衡量指标。

7、在一些实施例中，步骤s100中，基波频率f=1/t，其中t为type1短路行为波形持续时长，dft分析的最高频率定为基波频率的100倍。

8、在一些实施例中，步骤s100中，type1短路行为开始时刻前0.5us，至type1短路行为结束后0.5us。

9、在一些实施例中，步骤s200中，电压频域评估 pv计算为：

10、

11、式中，其中， n为频率分量序号，特别地，当n=0时为直流分量； nv电压序列波形分解后的频率分量个数； fv( n)为电压波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值； f’v(n)为仿真模型的仿真电压波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值， n+为数学中的数集符号表示，意为整数。

12、在一些实施例中，电压频域评估 pv通过以下过程得到：

13、由dft理论可知，波形序列 f( k)和dft变换后的 f( n)之间的关系为：

14、

15、其中， k为时刻序号， n为基波频率的倍数， n为时刻数量；

16、其中 f( n)为复数而非实数，因此 f( n)可以重写为：

17、

18、其中，re[ f(n)]是f(n)的实部，im[ f( n)]为 f( n)的虚部，| f( n)|为幅值，为相位；

19、结合上述公式，波形序列重写为：

20、

21、实测电压波形序列 fv( n)和仿真电压波形序列 f’v( n)有：

22、

23、通过上式推出电压频域评估 pv可以计算为：

24、。

25、其中， n为频率分量序号，特别地，当n=0时为直流分量； nv电压序列波形分解后的频率分量个数； fv( n)为电压波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值； f’v(n)为仿真模型的仿真电压波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值， n+为数学中的数集符号表示，意为整数。

26、在一些实施例中，步骤s200中， nv由下式约束：

27、

28、其中为0.95。

29、在一些实施例中，步骤s300中，电流频域评估 pi为：

30、

31、式中，其中， n为频率分量序号，特别地，当n=0时为直流分量； ni电流序列波形分解后的频率分量个数； fi( n)为电流波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值； f’i(n)为仿真模型的仿真电流波形序列分解后的第 n个频率分量的幅值， n+为数学中的数集符号表示，意为整数。

32、在一些实施例中，步骤s300中，电流频域评估 pi通过以下过程得到：

33、实测电流波形序列 fi( n)和仿真电流波形序列 f’i( n)有：

34、

35、通过上式推出电流频域评估 pi为：

36、。

37、在一些实施例中，步骤s400中，igbt器件短路type1行为失效仿真模型的频域分析指标 p为：

38、。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、1、本发明提供一种对type1短路行为过程中集射极电压vce和集电极电流ic分别进行dft分析的方法，形成的频域分析指标 p作为type1短路失效模型评估的量化指标，提升了短路失效模型的评估能力。

41、2、本发明对于变频器等装置的全工况设计和选型提供了更好的支持，提高了设计的效率，同时降低了研发的周期和成本。