一种开关器件降额方法、电路及装置与流程

1.本发明涉及光储技术领域，特别涉及一种开关器件降额方法、电路及装置。


背景技术：

2.电力电子设备中，使用了大量的高频开关器件，例如mosfet、igbt等。高频功率开关器件工作时产生大量热量，为防止高频功率开关器件过热发生炸机，电力电子设备以开关器件温度做为开关器件功率的降额参考标准。现有技术中，使用温度检测器件检测开关器件附近的温度，当达到某一温度点时设备进行降额。上述现有技术，温度检测点距离高频开关管距离远，并且无法全覆盖所有开关管，同时温度检测芯片在高温下精度低。在低精度低效率情况下，无法充分利用光伏面板能量，无法达到效率最大化。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的至少一个技术问题，本发明实施例提供了一种开关器件降额方法、电路及装置。技术方案如下：
4.第一方面，本发明提供一种开关器件降额方法，包括：
5.采集开关器件的第一指标值；
6.根据所述第一指标值计算与所述开关器件的结温相关联的第二指标值；
7.判断所述第二指标值是否满足降额条件；
8.对满足所述降额条件的所述开关器件进行降额处理。
9.进一步地，所述判断所述第二指标值是否满足降额条件，包括：
10.判断所述第二指标值是否满足预设的第二指标最大值，所述第二指标最大值与所述开关器件的最大工作结温对应，所述最大工作结温小于所述开关器件的最大可用结温。
11.进一步地，所述判断所述第二指标值是否满足降额条件，还包括：
12.获取所述第二指标值满足所述第二指标最大值的次数；
13.判断所述第二指标值满足所述第二指标最大值的次数是否符合第一次数条件。
14.进一步地，所述判断所述第二指标值是否满足降额条件，还包括：
15.判断所述第二指标值不满足所述第二指标最大值的次数是否符合第二次数条件。
16.进一步地，所述判断所述第二指标值是否满足降额条件，包括：
17.判断所述第二指标值在预设时间范围内是否满足预设的第二指标阈值条件，所述第二指标阈值条件为所述开关器件最大工作结温的变化范围。
18.进一步地，所述开关器件为igtb器件，所述采集开关器件的第一指标，包括：
19.采集所述开关器件的集电极电压值；
20.根据所述第一指标值计算与所述开关器件的结温相关联的第二指标值，包括：
21.将所述第一指标值确定为所述第二指标值。
22.进一步地，所述开关器件为mosfet器件，所述采集开关器件的第一指标，包括：
23.采集所述开关器件的漏源电压、漏电流；
24.所述根据所述第一指标值计算与所述开关器件的结温相关联的第二指标值，包括：
25.根据所述漏源电压以及所述漏电流计算所述开关器件的导通抗阻。
26.第二方面，提供了一种光储系统降额电路，包括：
27.开关器件；
28.运算放大器，与所述开关器件串联连接，用于在所述开关器件运行时，采集所述开关器件的第一指标值；
29.数字信号处理器，与所述运算放大器串联且与所述开关器件并联，用于根据所述第一指标值计算与所述开关器件的结温相关联的第二指标值，判断所述第二指标值是否满足降额条件，对满足所述降额条件的所述开关器件进行降额处理。
30.进一步地，所述开关器件设有多个，多个所述开关器件串联连接。
31.进一步地，所述开关器件为igbt器件或者mosfet器件。
32.进一步地，所述开关器件设有多个，多个所述开关器件串联连接。
33.进一步地，多个所述开关器件中至少一个所述开关器件串联第一电阻。
34.进一步地，所述运算放大器与所述数字信号处理器之间串联第二电阻。
35.进一步地，所述运算放大器串联第三电阻。
36.第三方面，提供了一种光储系统降额装置，包括：
37.如第二方面任一项所述的光储系统降额电路。
38.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
39.1、本发明实施例提供的降额技术方案无需使用温度检测器件，可获得开关器件的结温，精度高；
40.2、本发明实施例提供的降额技术方案可针对于多路mppt输入的光储逆变器，因散热器和散热条件不同，通过采样数据，每一路mppt可进行精确降额，达到光伏面板能量最大利用。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例公开的开关器件降额方法流程示意图；
43.图2是本发明实施例公开的igtb器件降额方法流程示意图；
44.图3是本发明实施例公开的mosfet器件降额方法流程示意图；
45.图4是本发明实施例公开的开关器件降额电路的结构示意图。
具体实施方式
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在
没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.需要说明的是，本发明实施例中所使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。“多个”表示为“两个”及“两个以上”。
48.如背景技术所述，传统温度检测的降额方式，高温下精度低，采样点少，无法充分利用开关管性能，光伏面板能量利用低。本发明实施例公开的开关器件降额技术方案利用开关器件特性，可充分利用开关器件性能，精确降额，充分利用面板能量，达到利益最大化。具体技术方案，如下所述：
49.如图1所示，一种开关器件降额方法，包括：
50.s1、采集开关器件的第一指标值。
51.上述，开关器件在光储变换器中，开关器件主要为高频开关，一般为半导体晶体管。第一指标通常为开关器件在电路中运行时所产生变化的性质或功能，例如：电阻、电流、电压等。
52.在一个实施例中，开关器件为igbt器件，采集开关的第一指标，包括：
53.采集开关器件的集电极电压值。
54.上述，igbt器件(绝缘栅双极型晶体管)是由bjt(双极型三极管)和mos(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，具有驱动功率小而饱和压降低的优点。igbt器件就是一个开关，通过栅源极的电压控制通断，当栅源极加电压时igbt导通，当栅源极不加电压或者加负压时igbt关断。igbt有三个端子(g、d、s)，在g和s两端加上电压后，内部的电子发生转移，正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边形成了一层导电沟道，变成导体。撤掉g和s两端的电压后，导电沟道消失，变成绝缘体。
55.集电极电压值(vce)是表征igbt导通功耗的主要参数，现有技术中存在由于igbt运行时的vce尖峰值过高而导致igbt损坏的现象，因此需要监控igbt的vce值并进行降额处理，以防止igbt过载。
56.在一个实施例中，开关器件为mosfet器件，采集开关的第一指标，包括：
57.采集开关器件的漏源电压、漏电流。
58.上述，mosfet器件(金属-氧化物半导体场效应晶体管)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。mos场效应晶体管的主要工作原理为反型层以及氧化层—半导体界面相邻的沟道区中的电荷流动进而形成电流。mos器件共有四种类型：n沟道增强型mosfet、n沟道耗尽型mosfet、p沟道增强型mosfet、p沟道耗尽型mosfet。n沟道增强型mosfet的含义是：氧化层下面半导体衬底在零偏压时是不反型的，即半导体表面不形成沟道。耗尽型mos器件的含义是：氧化层下面的半导体衬底在零偏压时是反型的，即半导体表面形成了沟道。mosfet是一个四端器件：漏极(d)、源极(s)、栅极(g)、衬底(b)，本实施例中mosfet的漏源电压(vds)即为mosfet的漏极和源极电压，漏电流(ids)为mosfet的漏极电流。
59.s2、根据第一指标值计算与开关器件的结温相关联的第二指标值。
60.上述，开关器件的结温是指开关器件在电子设备中的实际工作温。现有技术中通
过测量该实际工作温度控制开关器件的降额，即结温高于预设的结温上限则对开关器件降额，结温低于预设的结温上限则保持开关器件的当前运行功率。而通过监测结温控制降额存在测量不准确以及由于各开关器件的结温彼此干涉存在不能针对性地精准降额的缺陷。因此本发明实施例公开的方法通过第二指标值与开关器件结温的相关关系，无需监测开关器件的结温即可实现降额。
61.对于igtb器件，vce值随着结温的增高而增高，即vce值与结温呈正相关关系。对于mosfet导通抗阻随着结温的增高而增高，即导通抗阻与结温呈正相关关系。
62.在一个实施例中，开关器件为igtb器件，根据第一指标值计算与开关器件的结温相关联的第二指标值，包括：
63.将第一指标值确定为第二指标值。
64.上述，第二指标值为与结温存在相关关系的指标值，对于igtb器件由于其vce值与结温存在正相关关系，因此选择igtb器件的vce值作为第二指标值，因此此处不需要进行第二指标值的计算，可以直接将第一指标值映射为第二指标值。
65.在一个实施例中，开关器件为mosfet器件，根据第一指标值计算与开关器件的结温相关联的第二指标值，包括：
66.根据漏源电压以及漏电流计算开关器件的导通抗阻。
67.上述，导通抗阻(rds)是mosfet器件与结温呈正相关关系的指标值，因此选择mosfet器件的rds值作为第二指标值。然而rds不能直接测得，而需要通过mosfet器件的漏源电压以及漏电流计算获得，因此需要先获取mosfet器件的漏源电压以及漏电流然后计算得出导通抗阻。rds值的具体公式为：rds＝vds/ids。
68.s3、判断第二指标值是否满足降额条件。
69.上述，降额条件包括第二指标值的上限值，第二指标值的上限值具体与开关器件的最大工作结温对应。降额条件一般为人为预设条件。
70.在一个实施例中，判断第二指标值是否满足降额条件，包括：
71.判断第二指标值是否满足预设的第二指标最大值，第二指标最大值与开关器件的最大工作结温对应，最大工作结温小于开关器件的最大可用结温。
72.上述，开关器件的最大工作结温为开关器件运行时最适宜的结温范围的上限值。最大可用结温一般为开关器件能够正常工作的结温范围的上限值，超出最大可用结温则开关器件不能够正常使用。因此一般情况下，最大工作结温小于最大可用结温。基于上述，作为一种情况地，若开关器件的第二指标值到达或超出第二指标最大值，则对开关器件进行降额，若开关器件的第二指标值，小于第二指标最大值，则不对开关器件降额保留开关器件的当前功率；作为另一种情况地，在上述对第二指标值与第二指标最大值比较后，在进行进一步判断，然后再确定是否对开关器件降额。
73.在一个实施例中，第二指标与开关器件的结温呈正相关关系，开关器件的最大工作结温为最大可用结温的0.8倍。
74.上述，在vce与结温关系曲线取点，得到vce与结温一一对应关系值，将开关器件最大可用结温的80％作为最大工作结温(即降额点)，获取最大工作结温对应的vce电压值。当然，可以想到的0.8为人为设置的最大工作结温与最大可用结温的关系系数，实际也可以选取(0,1]之间的任意数值。
75.在一个实施例中，判断第二指标值是否满足降额条件，包括：
76.获取第二指标值满足第二指标最大值的次数；
77.判断第二指标值满足第二指标最大值的次数是否符合第一次数条件。
78.上述，若在第二指标值第一次满足第二指标最大值时即对开关器件进行降额处理，则可能使开关器件无法发挥最大的运行效率。因此本发明实施例需要获取第二指标值满足第二指标最大值的次数，当该次数符合预设的第一次数条件时，才对开关器件进行降额处理，以充分利用开关器件。
79.在一个实施例中，判断第二指标值是否满足降额条件，包括：
80.判断第二指标值不满足第二指标最大值的次数是否符合第二次数条件。
81.上述，若在判定第二指标值不满足第二指标最大值后即不对开关器件进行降额处理，也可能使得开关器件被漏测的问题。因此本发明实施例需要获取第二指标值不满足第二指标最大值的次数，当该次数符合预设的第二次数条件时，则不再监测开关器件的第一指标，保持开关器件当前的额定功率。第一次数条件与第二次数条件为人为预设，可以为：三次、五次等。
82.在一个实施例中，判断第二指标值是否满足降额条件，包括：
83.判断第二指标值是否在预设时间范围内满足预设的第二指标阈值条件，第二指标阈值条件为开关器件最大工作结温的变化范围。
84.上述，判断第二指标值是否满足降额条件，主要针对第二指标值存在小范围波动的开关器件，对第二指标值波动的开关器件进行降额。预设时间范围可以是具体的时间段，也可以是第一指标的连续采集次数，即若连续采集第一指标多次，开关器件的第二指标值仍在小范围波动，则对开关器件进行降额。
85.s4、对满足降额条件的开关器件进行降额处理。
86.上述，对开关器件的降额处理，可以是向开关器件发送降额信号，或者通知人工进行人为降额等。本发明实施例对具体的降额处理的执行方法不作限制。
87.下面结合具体的igbt器件的降额过程以及mosfet器件降额过程，分别对本发明实施例公开的方法做具体说明。
88.如图2所示，一种igbt器件的降额流程，包括：
89.判断监测到的vce电压值是否大于vce电压最大值(vce电压最大值为igbt器件最大可用结温的80％对应的vce电压值)，判断监测到的vce电压值是否连续多次(设定一个阈值范围，例如3～5次)大于vce电压最大值。
90.若vce电压值大于vce电压最大值且超过连续大于vce电压最大值的规定次数，则进行对igbt器件降额处理。若vce电压值大于vce电压最大值且不超过连续大于vce电压最大值的规定次数，则判断连续监测到的vce电压值是否在预设时间段内在vce电压最大值附近的阈值范围上下波动(即大于vce电压最大值
→
小于vce电压最大值
→
大于vce电压最大值的过程)，若是，则进行降额处理。
91.若vce电压值小于vce电压最大值且超过连续小于vce电压最大值的规定次数，则不进行降额处理。若vce电压值小于vce电压最大值且不超过连续小于vce电压最大值的规定次数，则判断连续监测到的vce电压值是否在预设时间段内在vce电压最大值附近的阈值范围上下波动(即小于vce电压最大值
→
大于vce电压最大值
→
小于vce电压最大值的过
程)，若是，则进行降额处理。
92.如图3所示，一种mosfet器件的降额流程，包括：
93.判断监测到的rds值是否大于rds最大值(rds最大值为igbt器件最大可用结温的80％对应的rds值)，判断监测到的rds值是否连续多次(设定一个阈值范围，例如3～5次)大于rds最大值。
94.若rds值大于rds最大值且超过连续大于rds最大值的规定次数，则进行对igbt器件降额处理。若rds值大于rds最大值且不超过连续大于rds最大值的规定次数，则判断连续监测到的rds值是否在预设时间段内在rds最大值附近的阈值范围上下波动(即大于rds最大值
→
小于rds最大值
→
大于rds最大值的过程)，若是，则进行降额处理。
95.若rds值小于rds最大值且超过连续小于rds最大值的规定次数，则不进行降额处理。若rds值小于rds最大值且不超过连续小于rds最大值的规定次数，则判断连续监测到的rds值是否在预设时间段内在rds最大值附近的阈值范围上下波动(即小于rds最大值
→
大于rds最大值
→
小于rds最大值的过程)，若是，则进行降额处理。
96.基于上述本发明实施例公开的开关器件的降额方法，本发明实施例还公开一种开关器件的降额电路，包括：
97.开关器件；
98.运算放大器，与开关器件串联连接，用于在开关器件运行时，采集开关器件的第一指标值；
99.数字信号处理器，与运算放大器串联且与开关器件并联，用于根据第一指标值计算与开关器件的结温相关联的第二指标值，判断第二指标值是否满足降额条件，对满足降额条件的开关器件进行降额处理。
100.上述，开关器件为igtb器件或者mosfet器件。
101.在一个实施例中，开关器件为igtb器件，运算放大器，具体用于：
102.采集开关器件的集电极电压值。
103.数字信号处理器，用于：将第一指标值确定为第二指标值。
104.在一个实施例中，开关器件为mosfet器件，运算放大器，具体用于：
105.采集开关器件的漏源电压、漏电流；
106.数字信号处理器，用于：根据漏源电压以及漏电流计算开关器件的导通抗阻。
107.在一个实施例中，数字信号处理器，具体用于：
108.判断所述第二指标值是否满足预设的第二指标最大值，所述第二指标最大值与所述开关器件的最大工作结温对应，所述最大工作结温小于所述开关器件的最大可用结温。
109.在一个实施例中，数字信号处理器，具体还用于：
110.获取所述第二指标值满足所述第二指标最大值的次数；
111.判断所述第二指标值满足所述第二指标最大值的次数是否符合第一次数条件。
112.在一个实施例中，数字信号处理器，具体还用于：
113.判断所述第二指标值不满足所述第二指标最大值的次数是否符合第二次数条件。
114.在一个实施例中，数字信号处理器，具体还用于：
115.判断所述第二指标值在预设时间范围内是否满足预设的第二指标阈值条件，所述第二指标阈值条件为所述开关器件最大工作结温的变化范围。
116.在一个实施例中，上述实施例公开的光储系统降额电路，开关器件设有多个，多个开关器件串联连接。
117.在一个实施例中，多个开关器件中至少一个开关器件串联第一电阻。
118.在一个实施例中，运算放大器与数字信号处理器之间串联第二电阻。
119.在一个实施例中，运算放大器串联第三电阻。
120.如图4所示，以igbt为例，一种开关器件降额电路，包括：
121.开关器件q1，q2，q3串联连接，q2，q3还分别串联第一电阻r1和r2。运算放大器u1与第一电阻r1和r2连接，并且连接数字信号处理器dsp的模数转换器adc，运算放大器u1串联第三电阻r3，第三电阻r3与第一电阻r1和r2串联。运算放大器u1和数字信号处理器dsp之间还串联第二电阻r4。
122.开关器件q1，q2，q3的pwm驱动信号相同，当驱动信号低电平，开关管q1，q2，q3不开通，运算放大器u1采样值为0，不需要进行降额处理；当驱动信号高电平，采样开关器件导通，运算放大器u1实时监测并获得vce电压值，运放输出电压值到dsp(数字信号处理器)的adc(模数转换器)功能引脚，dsp输入值与vce电压最大值比较。
123.第三方面，本发明实施例基于上述公开的开关器件降额电路，还提供一种开关器件降额装置，包括：上述的开关器件的降额电路，降额电路包括：
124.开关器件；
125.运算放大器，与开关器件串联连接，用于在开关器件运行时，采集开关器件的第一指标值；
126.数字信号处理器，与运算放大器串联且与开关器件并联，用于根据第一指标值计算与开关器件的结温相关联的第二指标值，判断第二指标值是否满足降额条件，对满足降额条件的开关器件进行降额处理。
127.以上对本技术所提供技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
128.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。