一种全桥型功率子模块的仿真方法与流程

技术特征：

1.一种全桥型功率子模块的仿真方法，包括构建全桥型功率子模块模型并对其进行仿真得到暂态工作特性指标；其特征在于，所述仿真方法包括：

确定所述全桥型功率子模块模型的换流状态；

依据所述换流状态和功率开关器件的开关特性曲线计算所述暂态工作特性指标。

2.如权利要求1所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，所述确定全桥型功率子模块模型的换流状态包括：

设定模型参数，所述参数包括全桥型功率子模块模型的左上桥臂控制脉冲P₁、左下桥臂控制脉冲P₂、右上桥臂控制脉冲P₃、右下桥臂控制脉P₄冲和换流标志位F；

分别获取k时刻和k-1时刻的全桥型功率子模块模型的控制脉冲P₁P₂P₃P₄(k)和控制脉冲P₁P₂P₃P₄(k-1)，k≥1；

依据所述控制脉冲P₁P₂P₃P₄(k)、控制脉冲P₁P₂P₃P₄(k-1)和该全桥型功率子模块模型的上端口电流i_sm的方向确定所述换流标志位F的值。

3.如权利要求2所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，所述确定换流标志位F的值包括：

设定所述上端口电流i_sm流入全桥型功率子模块模型的方向为正，流出全桥型功率子模块模型的方向为负；

当上端口电流i_sm的方向为正时，换流标志位的赋值表达式为：

$F=\left\{\begin{array}{c}3,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1010,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1000\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1010\\ 3,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0010,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0000\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0010\\ 3,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0110,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0100\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0100,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0110\\ 1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0010,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0110\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0110,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0010\\ 1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0100\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0100,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0000\\ 1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0001,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0101\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0101,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0001\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，F＝1时所述全桥型功率子模块模型的左下桥臂关断，F＝2时所述全桥型功率子模块模型的左下桥臂开通，F＝3时所述全桥型功率子模块模型的右上桥臂关断，F＝4时所述全桥型功率子模块模型的右上桥臂开通；

当上端口电流i_sm的方向为负时，换流标志位的赋值表达式为：

$F=\left\{\begin{array}{c}1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1001\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1001,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1000\\ 1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0001\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0001,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0000\\ 1,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0100,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0101\\ 2,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0101,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0100\\ 3,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1010,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0010\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=00010,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1010\\ 3,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=1000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0000\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0000,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1000\\ 3,P_1{P}_1{P}_3{P}_4\left(k\right)=1001,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=0001\\ 4,P_1{P}_2{P}_3{P}_4\left(k\right)=0001,P_1{P}_2{P}_3{P}_4(k-1)=1001\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，F＝1时所述全桥型功率子模块模型的左上桥臂开通，F＝2时所述全桥型功率子模块模型的左上桥臂关断，F＝3时所述全桥型功率子模块模型的右下桥臂关断，F＝4时所述全桥型功率子模块模型的右下桥臂开通。

4.如权利要求1所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，所述暂态工作特性指标包括全桥型功率子模块模型的端口电压u_sm、电容电压u_c和桥臂电流，该桥臂电流包括左上桥臂电流i_{sm1_u}、右上桥臂电流i_{sm2_u}、左下桥臂电流i_{sm1_d}和右下桥臂电流i_{sm2_d}；

计算所述暂态工作特性指标包括：

依据所述换流状态和功率开关器件的开关特性曲线计算所述全桥型功率子模块模型中桥臂电流、左侧桥臂电压u_sm1和右侧桥臂电压u_sm2；

依据所述桥臂电流、左侧桥臂电压u_sm1和右侧桥臂电压u_sm2计算所述端口电压u_sm和电容电压u_c。

5.如权利要求4所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，

所述计算全桥型功率子模块模型中桥臂电流和左侧桥臂电压u_sm1包括：

当上端口电流i_sm的方向为正且所述换流状态的换流标志位F＝1或F＝2时：

所述左上桥臂电流i_{sm1_u}的计算公式为：

i_{sm1_u}＝i_sm-i_{sm1_d} (1)

所述左下桥臂电流i_{sm1_d}的计算公式为：

i_{sm1_d}＝i_c (2)

所述左侧桥臂电压u_sm1的计算公式为：

u_sm1＝V_ce1(x＝i_c) (3)

其中，i_c为全桥型功率子模块模型中电容电流；V_ce1(x)为左下桥臂中功率开关器件的开关特性曲线：所述换流标志位F＝1时V_ce1(x)为关断特性曲线，换流标志位F＝2时V_ce1(x)为开通特性曲线；

当上端口电流i_sm的方向为负且所述换流状态的换流标志位F＝1或F＝2时：

所述左上桥臂电流i_{sm1_u}的计算公式为：

i_{sm1_u}＝i_c (4)

所述左下桥臂电流i_{sm1_d}的计算公式为：

i_{sm1_d}＝i_sm-i_{sm1_d} (5)

所述左侧桥臂电压u_sm1的计算公式为：

u_sm1＝u_c-V_ce2(x＝i_c) (6)

其中，u_c为全桥型功率子模块模型中电容电压；V_ce2(x)为左上桥臂中功率开关器件的开关特性曲线：所述换流标志位F＝1时V_ce2(x)为开通特性曲线，换流标志位F＝2时V_ce2(x)为关断特性曲线。

6.如权利要求4所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，

所述计算全桥型功率子模块模型中桥臂电流和右侧桥臂电压u_sm2包括：

当上端口电流i_sm的方向为正且所述换流状态的换流标志位F＝3或F＝4时：

所述右上桥臂电流i_{sm2_u}的计算公式为：

i_{sm2_u}＝i_c (7)

所述右下桥臂电流i_{sm2_d}的计算公式为：

i_{sm2_d}＝i_sm+i_{sm2_u} (8)

所述右侧桥臂电压u_sm2的计算公式为：

u_sm2＝u_c-V_ce3(x＝i_c) (9)

其中，u_c为全桥型功率子模块模型中电容电压；V_ce3(x)为右上桥臂中功率开关器件的开关特性曲线：所述换流标志位F＝3时V_ce3(x)为开通特性曲线，换流标志位F＝4时V_ce3(x)为关断特性曲线；

当上端口电流i_sm的方向为负且所述换流状态的换流标志位F＝3或F＝4时：

所述右上桥臂电流i_{sm2_u}的计算公式为：

i_{sm2_u}＝i_sm-i_{sm2_d} (10)

所述右下桥臂电流i_{sm2_d}的计算公式为：

i_{sm2_d}＝i_c (11)

所述右侧桥臂电压u_sm2的计算公式为：

u_sm2＝V_ce4(x＝i_c) (12)

其中，i_c为全桥型功率子模块模型中电容电流；V_ce4(x)为右下桥臂中功率开关器件的开关特性曲线：所述换流标志位F＝3时V_ce4(x)为关断特性曲线，换流标志位F＝4时V_ce4(x)为开通特性曲线。

7.如权利要求4所述的一种全桥型功率子模块的仿真方法，其特征在于，

所述端口电压u_sm的计算公式为：

u_sm＝u_sm1-u_sm2 (13)

所述电容电压u_c的计算公式为：

$u_c=\frac{1}{c}\∫(i_{sm1\_u}+i_{sm2\_u})dt---\left(14\right)$

其中，c为所述全桥型功率子模块模型中电容的容值。