一种并联电容器组叠层母排的寄生电感建模和测量方法

本发明涉及一种测量方法，尤其是涉及一种并联电容器组叠层母排的寄生电感建模和测量方法。

背景技术：

1、并联电容器组被广泛应用于电力电子变换器换流回路中，为其提供充足的电能。随着电力系统容量的不断增大和电力电子技术的不断发展，电力电子变换器换流回路的电流等级要求不断提高，需要更多的电容器并联为其提供足够的电能。换流回路中的寄生电感易导致电压过冲、开关振荡和功率损耗，甚至使得器件失效，而并联电容器组叠层母排的寄生电感又是其中的主要部分。准确提取并联电容器组叠层母排的寄生电感具有重要意义。

2、目前，提取母排寄生电感的方法有计算法和测量法。对于多电容器并联的母排，文献[1](朱俊杰,原景鑫,聂子玲等.基于全碳化硅功率组件的叠层母排优化设计研究[j].中国电机工程学报,2019,39(21):6383-6394.)建立了考虑自感和互感的叠层母排数学模型，可计算单个电容和2个电容并联的叠层母排回路寄生电感值，但对于并联3个以上电容器的叠层母排建模求解困难。文献[2](刘博,刘伟志,董侃等.基于全碳化硅功率组件的变流器母排杂散电感解析计算方法[j].电工技术学报,2021,36(10):2105-2114)通过有限元仿真分析和数学模型相结合，得到了多异结构母排电感解析计算公式，文献[3](郑景乐.电力电子变压器直流母排杂散电感的研究[d].河南理工大学,2018)利用有限元仿真软件提取叠层母排的寄生电感进行分析，但仅通过有限元仿真的方法对叠层母排的寄生电感进行提取，无法对其中的机理进行解释，同时有限元仿真方法建立在对机械结构及电气参数准确建模的基础上，实际的测试装置有可能存在焊接或者螺栓连接等，这给准确掌握其电气参数带来困难。如果测试装置存在导线连接等不规则的几何结构，也会增大建模的难度，该方法存在局限性。文献[4-5](袁文迁,赵志斌,焦超群等.基于开通波形的igbt开关特性测试平台寄生电感提取方法[j].华北电力大学学报(自然科学版),2018,45(03):19-27.；浙江大学.一种基于sic mosfet频率特性的叠层母排杂散参数提取方法:cn201911119872.9[p].2020-08-21)使用双脉冲实验法得到器件瞬态波形，然后利用电感伏安关系求解测试回路的寄生电感，但同一叠层母排存在多个电容输入端口，该方法只能间接地从包含电容器的总环路中提取电感，不能直接对叠层母排进行测量，存在较大误差。文献[6](b.lu,etal.determination of stray inductance of low-inductive laminated planarmultiport busbars using vector synthesis method[j].ieee transactions onindustrial electronics,2020,67(2):1337-1347.)测量了每个电容器端口的自感值，通过几何合成法计算获得叠层母排得总电感值，但该方法在提取出多端口的叠层母排寄生电感时，不能体现出互感对母排寄生电感的影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种并联电容器组叠层母排的寄生电感建模和测量方法，其技术方案如下：

2、多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，其特征为：

3、步骤1：建立并联电容器叠层母排的基本结构；

4、步骤2：建立叠层母排自感和互感的电路模型；

5、步骤3：对叠层母排中的自感和互感进行解耦，建立电感计算模型。

6、优选为：所述基本结构中包括两层导电极板和一层绝缘材料组成的叠层母排，其中分别从正极板和负极板引出正极端口和负极端口，并在正极板上设置电容器正极端口、在负极板上设置电容器负极端口。

7、优选为：所述步骤2中电路模型包括如下内容：各电容器端口间相互并联，叠层母排的正极端口连接电容器的正端口，叠层母排的负极端口连接电容器的负端口；电流从电容器的正端口通过正母排经其正极端口流出，又经负母排的负极端口通过负母排流入电容器的负端口。

8、优选为：所述电感计算模型为：其中l为耦合寄生电感矩阵，t为矩阵转置符号。

9、本发明公开一种可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具设计方法，其特征为：

10、步骤1：根据电容器端口长度和叠层母排大小，确定夹具的初步参数；

11、步骤2：在有限元仿真软件中建立叠层母排模型和夹具模型；

12、步骤3：通过有限元仿真软件对夹具模型进行调整，使得夹具与叠层母排之间的无互感的影响。

13、优选为：所设计夹具是由pcb板、引出端子和外部接口组成的矩形夹具，夹具在pcb板中使用铺铜实现电气连接，通过引出端子与叠层母排电容器端口连接，通过外部接口与阻抗分析仪连接。

14、本发明还公开一种并联电容器组叠层母排寄生电感的测量方法，其特征为：

15、步骤1：对多电容器并联的叠层母排的回路自感进行测量，在每个电容器端口测量得到测量回路的总寄生电感，再测量连接叠层母排正、负极端口的铜片和夹具的寄生电感，测量回路总寄生电感减去连接铜片和夹具的寄生电感，得到每个回路的自感；

16、步骤2：通过网络分析仪对两条回路组成的双端口网络进行测量，得到包括s11、s12、s21和s22的s参数，再转为包括z11、z12、z21和z11的z参数，z参数中的z12或z21反映了两支路间互感值。其中，s参数为双端口网络的散射参数，z参数为双端口网络的阻抗参数，z12或z21为阻抗参数中的互阻抗参数。上述的双端口网络是指具有两个与外电路连接端口的网络，两条回路的两端作为两个端口共同构成双端口网络；

17、步骤3：利用曲线拟合的方法，对得到的互阻抗参数z12或z21在高频电感模型下进行拟合，得到两条回路间的互感值；其中高频电感模型为电阻和电感串联再与电容并联的电路模型。

18、步骤4：将测量所获得的叠层母排寄生电感中自感和互感部分代入所述的计算模型，计算得到多电容器并联叠层母排的寄生电感值。

19、有益效果

20、本发明提出的多个电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，实现了对叠层母排各回路自感和回路间互感的解耦，可以对任意数量电容器并联的叠层母排的寄生电感进行计算；通过有限元仿真设计了一种可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具，消除了夹具在测量时与叠层母排之间产生互感的影响；提出多电容器并联叠层母排寄生电感的测量方法，实现了多电容器并联叠层母排寄生电感的直接测量。

技术特征：

1.多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，其特征为：

2.根据权利要求1所述的多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，其特征为：所述基本结构中包括两层导电极板和一层绝缘材料组成的叠层母排，其中分别从正极板和负极板引出正极端口和负极端口，并在正极板上设置电容器正极端口、在负极板上设置电容器负极端口。

3.根据权利要求1所述的多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，其特征为：所述步骤2中电路模型包括如下内容：各电容器端口间相互并联，叠层母排的正极端口连接电容器的正端口，叠层母排的负极端口连接电容器的负端口；电流从电容器的正端口通过正母排经其正极端口流出，又经负母排的负极端口通过负母排流入电容器的负端口。

4.根据权利要求1所述的多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，其特征为：所述电感计算模型为：其中l为耦合寄生电感矩阵，t为矩阵转置符号。

5.一种可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具设计方法，其特征为：

6.根据权利要求5所述的一种可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具设计方法，其特征为：所设计夹具是由pcb板、引出端子和外部接口组成的矩形夹具，夹具在pcb板中使用铺铜实现电气连接，通过引出端子与叠层母排电容器端口连接，通过外部接口与阻抗分析仪连接。

7.并联电容器组叠层母排寄生电感的测量方法，该方法包括权利要求1所述多电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法以及权利要求5所述的可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具设计方法；其特征为：

8.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求7所述的方法。

9.一种电子装置，其特征在于，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行权利要求7所述的方法。

技术总结
并联电容器组叠层母排的寄生电感建模和测量方法，包括：建立并联电容器叠层母排的基本结构；建立叠层母排自感和互感的电路模型；对叠层母排中的自感和互感进行解耦，建立电感计算模型。本发明提出的多个电容器并联叠层母排寄生电感计算模型的建立方法，实现了对叠层母排各回路自感和回路间互感的解耦，可以对任意数量电容器并联的叠层母排的寄生电感进行计算；通过有限元仿真设计了一种可抵消对叠层母排寄生电感测量影响的夹具，消除了夹具在测量时与叠层母排之间产生互感的影响；提出多电容器并联叠层母排寄生电感的测量方法，实现了多电容器并联叠层母排寄生电感的直接测量。

技术研发人员：庞森,孙鹏,蔡雨萌,赵志斌,曹博源,王爽
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16