一种整流二极管的动态损耗评估方法及系统与流程

本发明涉及功率半导体器件损耗评估，尤其涉及一种整流二极管的动态损耗评估方法及系统。

背景技术：

1、整流二极管广泛应用于整流电路、功率变换电路以及续流支路等电力电子系统中。在运行过程中，整流二极管会经历正向导通、关断以及反向恢复等状态转换，并在状态转换过程中产生相应的动态损耗。动态损耗会影响功率器件的温升、能量转换效率及运行可靠性，因此，对整流二极管动态损耗进行评估是功率器件性能分析和运行状态评价中的重要内容。

2、现有动态损耗评估通常根据整流二极管在状态转换过程中的电压、电流等电气参数确定瞬时功率或相应损耗能量，也有部分技术结合器件结温、导通电流、反向电压等运行参数，对特定工作状态下的二极管开关损耗进行计算或折算。例如，现有技术中可以根据二极管正向电流、端电压及结温等参数，结合器件反向恢复特性确定对应运行工况下的二极管开关损耗。

3、然而，在电力电子装置的实际连续运行过程中，同一整流二极管会在不同负载和运行状态下重复发生大量动态转换。受结温、导通电流、反向电压、工作频率以及外围电路运行状态等因素影响，各次动态转换对应的电压、电流及功率波形在持续时间、峰值位置和衰减过程等方面可能存在差别。由此，在不同动态转换事件中，实际产生主要动态损耗的时间范围并不始终保持一致，基于各次动态转换数据得到的损耗结果也会随具体运行状态发生变化。

4、同时，在对整流二极管较长运行周期内的动态损耗进行比较时，不同动态转换事件通常对应不同的工作状态。此时，各次获得的动态损耗结果既包含器件在对应动态转换过程中的损耗信息，也受到当时工作状态变化的影响。因此，分别在不同结温、电流、电压等运行条件下得到的动态损耗数值并不具有完全一致的比较条件，直接进行横向或时序比较时，难以区分损耗数值变化是由工作状态改变引起，还是由器件动态损耗水平自身变化引起，从而影响不同运行时刻动态损耗结果之间的可比性。

5、因此，在整流二极管实际连续运行环境下，如何适应不同动态转换事件在电气波形和损耗持续过程上的变化，并提高不同工作状态下动态损耗评估结果之间的可比性，是现有动态损耗评估过程中有待进一步解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种整流二极管的动态损耗评估方法及系统，提高了动态损耗评估的可靠性及不同工作状态下损耗结果的可比性。

2、本发明提供了一种整流二极管的动态损耗评估方法，包括以下步骤：

3、s1：根据整流二极管运行过程中的电气参数，确定多个动态转换事件以及各所述动态转换事件对应的初始转换区间，并确定各所述动态转换事件对应的工作状态参数；

4、s2：基于各所述初始转换区间内的电气参数确定功率演化特征，并根据所述功率演化特征确定各所述动态转换事件对应的有效损耗区间；

5、s3：确定各所述有效损耗区间的动态损耗特征和能量分布特征，并根据所述能量分布特征确定各所述动态转换事件对应的损耗区间可信特征；

6、s4：根据相邻动态转换事件对应的工作状态参数之间的变化以及动态损耗特征之间的变化确定损耗响应特征，以及根据相邻动态转换事件对应的损耗区间可信特征确定所述损耗响应特征对应的响应可信程度；

7、s5：针对多个动态转换事件中的当前动态转换事件，根据其对应的工作状态参数与预设参考状态参数确定状态变化关系，并根据所述状态变化关系与各所述损耗响应特征之间的匹配关系以及各所述损耗响应特征对应的响应可信程度，确定目标损耗响应特征；

8、s6：根据所述目标损耗响应特征和所述状态变化关系，对所述当前动态转换事件对应的动态损耗特征进行等效处理，确定所述预设参考状态参数下的等效动态损耗。

9、优选的，所述步骤s1，具体包括：

10、根据相邻采样时刻对应的二极管电压数据和二极管电流数据，确定电气变化特征以及二极管电流的方向变化状态；

11、根据所述电气变化特征和所述方向变化状态，确定满足预设动态转换条件的连续采样区段，并根据所述连续采样区段确定对应的动态转换事件；

12、根据所述连续采样区段的起始采样时刻和结束采样时刻，确定所述动态转换事件对应的初始转换区间。

13、优选的，所述步骤s2，具体包括：

14、根据各所述初始转换区间内的二极管电压数据和二极管电流数据确定瞬时功率，并根据所述瞬时功率随采样时序的变化确定功率演化特征；

15、根据所述功率演化特征确定候选损耗起始边界和候选损耗结束边界；

16、根据所述候选损耗结束边界至对应初始转换区间结束边界之间的残余能量与所述初始转换区间内瞬时功率对应的总能量之间的关系，确定残余能量贡献程度，并根据所述残余能量贡献程度确定满足预设残余能量条件的目标损耗结束边界；

17、根据所述候选损耗起始边界和所述目标损耗结束边界确定所述有效损耗区间。

18、优选的，所述步骤s3，具体包括：

19、根据所述有效损耗区间内的瞬时功率确定动态损耗能量；

20、根据所述动态损耗能量与对应初始转换区间内瞬时功率对应的总能量之间的关系、所述有效损耗区间结束边界至对应初始转换区间结束边界之间的残余能量以及所述有效损耗区间结束边界前后预设采样区段对应的能量变化，确定所述能量分布特征；

21、根据所述能量分布特征确定所述损耗区间可信特征。

22、优选的，所述步骤s4，具体包括：

23、对于相邻的动态转换事件，根据后一动态转换事件对应的工作状态参数相对于前一动态转换事件对应的工作状态参数的参数变化量，确定工作状态变化程度和工作状态变化方向；

24、根据后一动态转换事件对应的动态损耗能量相对于前一动态转换事件对应的动态损耗能量的变化量以及所述工作状态变化程度，确定损耗响应系数；

25、根据所述损耗响应系数、所述工作状态变化程度和所述工作状态变化方向确定所述损耗响应特征；

26、根据前一动态转换事件和后一动态转换事件对应的损耗区间可信特征，确定所述损耗响应特征对应的响应可信程度。

27、优选的，所述步骤s5，具体包括：

28、根据所述预设参考状态参数相对于所述当前动态转换事件对应的工作状态参数的参数变化量，确定状态变化关系；

29、根据所述状态变化关系与各所述损耗响应特征对应的工作状态变化程度和工作状态变化方向之间的匹配关系，确定各所述损耗响应特征对应的响应匹配程度；

30、根据所述响应匹配程度和所述响应可信程度确定响应适配程度，并根据所述响应适配程度确定候选损耗响应特征及对应的响应权重；

31、根据所述响应权重对各所述候选损耗响应特征对应的损耗响应系数进行融合，确定目标损耗响应系数，并根据所述目标损耗响应系数和所述状态变化关系形成所述目标损耗响应特征。

32、优选的，所述步骤s6，具体包括：

33、根据所述目标损耗响应特征对应的目标损耗响应系数和所述状态变化关系对应的当前状态变化程度，确定状态影响损耗变化量；

34、根据所述当前动态转换事件对应的动态损耗能量和所述状态影响损耗变化量，确定所述预设参考状态参数下的等效动态损耗。

35、本发明还提供了一种整流二极管的动态损耗评估系统，应用于所述的一种整流二极管的动态损耗评估方法，所述评估系统包括：

36、转换事件确定模块，用于根据整流二极管运行过程中的电气参数，确定多个动态转换事件以及各所述动态转换事件对应的初始转换区间，并确定各所述动态转换事件对应的工作状态参数；

37、损耗区间确定模块，用于基于各所述初始转换区间内的电气参数确定功率演化特征，并根据所述功率演化特征确定各所述动态转换事件对应的有效损耗区间；

38、损耗特征确定模块，用于确定各所述有效损耗区间的动态损耗特征和能量分布特征，并根据所述能量分布特征确定各所述动态转换事件对应的损耗区间可信特征；

39、损耗响应确定模块，用于根据相邻动态转换事件对应的工作状态参数之间的变化以及动态损耗特征之间的变化确定损耗响应特征，以及根据相邻动态转换事件对应的损耗区间可信特征确定所述损耗响应特征对应的响应可信程度；

40、目标响应确定模块，用于针对多个动态转换事件中的当前动态转换事件，根据其对应的工作状态参数与预设参考状态参数确定状态变化关系，并根据所述状态变化关系与各所述损耗响应特征之间的匹配关系以及各所述损耗响应特征对应的响应可信程度，确定目标损耗响应特征；

41、等效损耗确定模块，用于根据所述目标损耗响应特征和所述状态变化关系，对所述当前动态转换事件对应的动态损耗特征进行等效处理，确定所述预设参考状态参数下的等效动态损耗。

42、与相关技术相比较，本发明提供的一种整流二极管的动态损耗评估方法及系统具有如下有益效果：

43、本发明针对整流二极管在实际连续运行过程中，不同动态转换事件对应的电气波形及主要损耗持续范围存在差异，以及不同工作状态下获得的动态损耗结果缺乏统一比较条件的问题，通过对整流二极管运行过程中的电气参数进行分析，识别动态转换事件并确定对应的初始转换区间，再结合瞬时功率的演化状态以及候选损耗结束边界后的残余能量确定有效损耗区间，使动态损耗计算范围能够适应不同动态转换过程的实际持续状态；

44、进一步，根据有效损耗区间内的动态损耗能量、结束边界后的残余能量以及边界前后的能量变化确定损耗区间可信特征，并将该可信信息用于相邻动态转换事件之间损耗响应特征的可靠性评价，从而降低低可信损耗数据对后续状态响应分析的影响；

45、在此基础上，根据当前工作状态至预设参考状态的状态变化关系，对历史损耗响应特征进行方向匹配、状态变化程度匹配及可信度加权融合，并据此将当前动态损耗换算至统一的预设参考状态。由此，本发明能够提高动态损耗评估对不同动态转换过程的适应能力，减小工作状态差异对损耗结果直接比较造成的干扰，并提高不同运行时刻、不同工作状态下动态损耗评估结果的可靠性和可比性。