IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，包括以下步骤：建立具有杂散电感的矿用变频器主拓扑的等效模型；建立IGBT的行为模型；建立母排的结构参数与杂散电感之间的对应关系；建立母排的结构参数与IGBT尖峰电压、IGBT功率损耗之间的对应关系；建立栅极驱动电阻、母排的结构参数与IGBT尖峰电压、IGBT功率损耗之间的对应关系；确定吸收电容的最优解；将栅极驱动电阻和母排的结构参数作为决策变量，对IGBT尖峰电压、最高结温以及散热器的最高表面温度进行多目标极值寻优，最终确定栅极驱动电阻和母排的结构参数的最优解。本发明专利技术可以有效降低杂散电感引起的IGBT尖峰电压，改善电压震荡现象，为矿用变频器的安全、稳定、可靠运行提供保障。靠运行提供保障。靠运行提供保障。

【技术实现步骤摘要】
IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法


[0001]本专利技术涉及绝缘栅双极型晶体管
，尤其涉及一种IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管，(Insulated Gate BipolarTransistor，简称IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管的低导通压降两方面的优点。
[0003]IGBT的可靠性对保障矿用变频器的稳定运行，提升煤矿安全生产，推动煤炭产业高效发展与节能环保起到至关重要的作用。由于矿用变频器的各个部件存在杂散电感(杂散电感一般与拓扑结构、元器件的布局、加工和装配工艺相关)，会导致IGBT在开关瞬态过程中会产生较高的尖峰电压；较大的电
‑
热应力长期循环作用于IGBT，会导致IGBT疲劳、随机失效，甚至会导致矿用变频器瘫痪，加速电动机的绝缘老化。
[0004]尖峰电压抑制的方法，包括增大栅极电阻、优化母线结构、设计吸收电路及吸收电容参数优化等等。现有的抑制方法仅仅是针对其中单独的某一种措施进行研究，并未揭示多种抑制措施之间共同来抑制尖峰电压的方案。然而，多种抑制方式之间存在矛盾对立关系，不是单纯的融合就能够达到最优的抑制效果。因此，亟需提出一种对IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，能够将多种抑制措施进行协调，实现最优的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决杂散电感会引起IGBT产生较高的尖峰电压，导致IGBT性能下降的技术问题。本专利技术提供一种IGBT尖峰电压抑制的协调优化方，能够有效降低杂散电感引起的IGBT尖峰电压，改善电压震荡现象。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1、建立具有杂散电感的矿用变频器主拓扑的等效模型；
[0008]S2、建立IGBT的行为模型；
[0009]S3、建立母排的结构参数与杂散电感之间的对应关系A；
[0010]S4、建立母排的结构参数与IGBT尖峰电压之间的对应关系B；建立母排的结构参数与IGBT功率损耗之间的对应关系C；
[0011]S5、建立栅极驱动电阻、母排的结构参数与IGBT尖峰电压之间的对应关系D；建立栅极驱动电阻、母排的结构参数与IGBT功率损耗之间的对应关系E；
[0012]S6、设计吸收电路，确定吸收电容的最优解；
[0013]S7、结合矿用变频器的水冷散热系统，将IGBT的功率损耗转换为最高结温、散热器的最高表面温度；
[0014]S8、将栅极驱动电阻和母排的结构参数作为决策变量，对所述IGBT尖峰电压、最高
结温以及散热器的最高表面温度进行多目标极值寻优，最终确定栅极驱动电阻和母排的结构参数的最优解。
[0015]进一步的，所述等效模型包括：直流电容模块、直流母排正极杂散电感、直流母排负极杂散电感、交
‑
直流连接母排正极杂散电感、交
‑
直流连接母排负极杂散电感以及交流母排模块，所述直流电容模块的一端与所述直流母排正极杂散电感连接，所述直流电容模块的另一端与所述直流母排负极杂散电感连接，所述直流母排正极杂散电感与所述交
‑
直流连接母排正极杂散电感连接，所述直流母排负极杂散电感与所述交
‑
直流连接母排负极杂散电感连接，所述交
‑
直流连接母排正极杂散电感与所述交流母排模块的一端连接，所述交
‑
直流连接母排负极杂散电感与所述交流母排模块的另一端连接，所述交流母排模块与三相交流电连接。
[0016]进一步的，所述交流母排模块(6)包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第六IGBT、杂散电感L
U++
、杂散电感L
V++
、杂散电感L
W++
、杂散电感L
U+～
、杂散电感L
V+～
、杂散电感L
W+～
、杂散电感L
U～+
、杂散电感L
V～+
、杂散电感L
W～+
、杂散电感L
U
‑‑
、杂散电感L
V
‑‑
以及杂散电感L
W
‑‑
，所述杂散电感L
U++
、杂散电感L
U+～
分别与第一IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
V++
、杂散电感L
V+～
分别与第三IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
W++
、杂散电感L
W+～
分别与第五IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
U～+
、杂散电感L
U
‑‑
分别与第二IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
V～+
、杂散电感L
V
‑‑
分别与第四IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
W～+
、杂散电感L
W
‑‑
与第六IGBT的正负极连接。
[0017]进一步的，所述对应关系A为：所述杂散电感与母排的长度呈正相关，所述杂散电感与母排的宽度呈负相关。
[0018]进一步的，所述对应关系B为：所述IGBT尖峰电压随母排长度的减小而减小，所述IGBT尖峰电压随母排宽度的增大而减小；所述对应关系C为：所述IGBT功率损耗随母排长度的减小而减小，所述IGBT功率损耗随母排宽度的增大而减小，且所述IGBT功率损耗随母排结构参数的变化关系为线性关系。
[0019]进一步的，所述对应关系D为：所述IGBT尖峰电压随所述栅极驱动电阻阻值的增大而减小，所述IGBT尖峰电压随母排长度的减小而减小；所述对应关系E为：所述IGBT功率损耗随所述栅极驱动电阻阻值的增大而增大，所述IGBT功率损耗随母排长度的减小而减小。
[0020]进一步的，所述多目标寻优采用神经网络
‑
带精英策略的非支配排序遗传融合算法，具体包括：
[0021]S81、利用决策变量和优化目标的仿真数据对神经网络模型进行训练，得到神经网络预测模型；
[0022]S82、利用神经网络预测模型输出的预测目标，计算非支配排序和拥挤度；
[0023]S83、设置种群数量N、最大迭代次数m、交叉概率和变异概率；
[0024]S84、生成子种群；
[0025]S85、将子种群和父代种群进行合并，重新计算非支配排序和拥挤度；
[0026]S86、生成新的父代种群；
[0027]S87、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若是，则执行步骤S88；若否，则返回步骤S84；
[0028]S88、确定帕累托最优解集。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立具有杂散电感的矿用变频器主拓扑的等效模型；S2、建立IGBT的行为模型；S3、建立母排的结构参数与杂散电感之间的对应关系A；S4、建立母排的结构参数与IGBT尖峰电压之间的对应关系B；建立母排的结构参数与IGBT功率损耗之间的对应关系C；S5、建立栅极驱动电阻、母排的结构参数与IGBT尖峰电压之间的对应关系D；建立栅极驱动电阻、母排的结构参数与IGBT功率损耗之间的对应关系E；S6、设计吸收电路，确定吸收电容的最优解；S7、结合矿用变频器的水冷散热系统，将IGBT的功率损耗转换为最高结温、散热器的最高表面温度；S8、将栅极驱动电阻和母排的结构参数作为决策变量，对所述IGBT尖峰电压、最高结温以及散热器的最高表面温度进行多目标极值寻优，最终确定栅极驱动电阻和母排的结构参数的最优解。2.如权利要求1所述的IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，其特征在于，所述等效模型包括：直流电容模块(1)、直流母排正极杂散电感(2)、直流母排负极杂散电感(3)、交
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直流连接母排正极杂散电感(4)、交
‑
直流连接母排负极杂散电感(5)以及交流母排模块(6)，所述直流电容模块(1)的一端与所述直流母排正极杂散电感(2)连接，所述直流电容模块(1)的另一端与所述直流母排负极杂散电感(3)连接，所述直流母排正极杂散电感(2)与所述交
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直流连接母排正极杂散电感(4)连接，所述直流母排负极杂散电感(3)与所述交
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直流连接母排负极杂散电感(5)连接，所述交
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直流连接母排正极杂散电感(4)与所述交流母排模块(6)的一端连接，所述交
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直流连接母排负极杂散电感(5)与所述交流母排模块(6)的另一端连接，所述交流母排模块(6)与三相交流电连接。3.如权利要求2所述的IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法，其特征在于，所述交流母排模块(6)包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第六IGBT、杂散电感L
U++
、杂散电感L
V++
、杂散电感L
W++
、杂散电感L
U+～
、杂散电感L
V+～
、杂散电感L
W+～
、杂散电感L
U～+
、杂散电感L
V～+
、杂散电感L
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、杂散电感L
U
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、杂散电感L
V
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以及杂散电感L
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，所述杂散电感L
U++
、杂散电感L
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分别与第一IGBT的正负极连接，所述杂散电感L
V++
、杂散电感L
V+～
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【专利技术属性】
技术研发人员：王越，荣相，史晗，蒋德智，文敬忠，崔鹏飞，陈雯雅，王超凡，王海王，眭先明，
申请(专利权)人：中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：