一种多并联开关器件的均流方法及系统与流程

1.本技术涉及pcb设计的技术领域，特别涉及一种多并联开关器件的均流方法及系统。


背景技术：

2.目前，电力电子变换器面临着更高频和更高功率密度的挑战。为了实现大功率同时保证器件的可靠性，需要并联多颗sic mosfet单管获得更大的载流能力。但是，由于并联开关器件导通时的电流路径不对称，导致并联的各个开关器件的杂散电感值不对称，从而使各个支路的电流不均衡，从而使得器件承受的瞬态和稳态电流存在较大差异。这对于芯片面积和极间电容较小，对串扰和电磁干扰更加敏感的sic mosfet器件是十分严峻的挑战。目前，常规的设计方案通常通过器件之间的布局、铺铜和走线来调整多sic mosfet单管之间的均流，要求各开关器件的驱动回路和主回路都严格对称/等长布置。
3.针对上述相关技术，发明人发现，并联开关器件的驱动回路很难做到结构对称，难以取得较好的均流效果。


技术实现要素：

4.为了优化多并联开关器件的均流效果，本技术提供了一种多并联开关器件的均流方法及系统。
5.第一方面，本技术提供了一种多并联开关器件的均流方法，采用如下技术方案：一种多并联开关器件的均流方法，包括：基于预设的电路板布局，设置均流孔的初始开设位置和约束条件；调用预设的有限元仿真软件，仿真提取所有并联开关器件的源极杂散电感值；基于各个所述源极杂散电感值，计算获得所述并联开关器件的均流特征值；所述约束条件包括所述均流孔开设的位置范围，在所述位置范围内调整所述均流孔的开设位置，并计算获得所述均流孔在各个所述开设位置时，所述并联开关器件的所述均流特征值；基于各个所述均流特征值，选定所述均流孔的最优开设位置。
6.通过采用上述技术方案，由有限元仿真软件提取各个并联开关器件源极杂散电感值，并计算用于表述并联开关器件均流程度的均流特征值，通过在均流孔开设的位置范围内的调整开设位置，获得与各个所述开设位置对应的各个所述均流特征值，从而选定所述均流孔的最优开设位置。由于不同开设位置的均流孔，会使得并联开关器件之间产生不同的充放电路径，产生新的重叠回路，直接影响并联开关器件之间的互感参数，有利于杂散电感的抵消。均流孔的设计可以改变回路越长、杂散电感越大的简单设定，从而打破由于多个器件并联带来的电路布局上的局限性，优化了多并联开关器件的均流效果。
7.可选的，所述电路板布局包括所述并联开关器件的所有实际电流回路；所述调用预设的有限元仿真软件，仿真提取所有并联开关器件的源极杂散电感值，之后包括：调用所述有限元仿真软件，仿真提取所有所述实际电流回路的回路杂散电感值；
基于所述回路杂散电感值，修正所述源极杂散电感值。
8.通过采用上述技术方案，虽然最终决定均流效果的是源极杂散电感，但是杂散电感=自感+互感，自感由材料物理特性决定，互感是由电流回路互相作用的产生的。因此，提取所有实际电流回路的回路杂散电感值，用于修正源极杂散电感值，能得到最符合实际工况的源极杂散电感值。
9.可选的，基于各个所述源极杂散电感值，计算获得所述开关器件的均流特征值，包括：计算各个所述源极杂散电感值之间的离散程度获得所述均流特征值。
10.可选的，所述在所述位置范围内调整所述均流孔的开设位置，包括：基于预设移动路径，从所述初始开设位置按照预设移动距离，调整所述均流孔的开设位置。
11.可选的，还包括：判断所述均流孔开设于所述最优开设位置后，所述均流特征值是否小于预设均流特征阈值；若是，则停止均流优化；若否，则增设所述均流孔。
12.通过采用上述技术方案，多个均流孔有利于减轻均流孔的过流，电流回路进一步产生重叠，进一步抵消杂散电感的，在单一均流孔不满足要求时，通过增设均流孔来满足设计要求。
13.第二方面，本技术提供了一种多并联开关器件的均流系统，采用如下技术方案：一种多并联开关器件的均流系统，包括：设置模块，用于基于预设的电路板布局，设置均流孔的初始开设位置和约束条件；第一调用模块，用于调用预设的有限元仿真软件，仿真提取所有并联开关器件的源极杂散电感值；计算模块，用于基于各个所述源极杂散电感值，计算获得所述并联开关器件的均流特征值；开设位置调整模块，所述约束条件包括所述均流孔开设的位置范围，所述开设位置调整模块用于在所述位置范围内调整所述均流孔的开设位置；所述计算模块还用于计算获得与各个所述开设位置对应的各个所述均流特征值；最优开设位置选定模块，用于基于各个所述均流特征值，选定所述均流孔的最优开设位置。
14.通过采用上述技术方案，设置模块将均流孔的初始开设位置和约束条件设置完毕后，第一调用模块调用有限元仿真软件提取各个并联开关器件源极杂散电感值，并由计算模块计算用于表述并联开关器件均流程度的均流特征值，在开设位置调整模块在均流孔开设的位置范围内的调整开设位置时，计算模块同时获得与各个所述开设位置对应的各个所述均流特征值，由最优开设位置选定模块选定所述均流孔的最优开设位置。由于不同开设位置的均流孔，会使得并联开关器件之间产生不同的充放电路径，产生新的重叠回路，直接影响并联开关器件之间的互感参数，有利于杂散电感的抵消。均流孔的设计可以改变回路越长、杂散电感越大的简单设定，从而打破由于多个器件并联带来的电路布局上的局限性，优化了多并联开关器件的均流效果。
15.可选的，所述电路板布局包括所述并联开关器件的所有实际电流回路；所述均流
优化系统还包括：第二调用模块，用于调用所述有限元仿真软件，仿真提取所有所述实际电流回路的回路杂散电感值；修正模块，用于基于所述回路杂散电感值，修正所述源极杂散电感值。
16.通过采用上述技术方案，第二调用模块调用有限元仿真软件提取所有实际电流回路的回路杂散电感值，用于修正模块修正源极杂散电感值，从而能得到最符合实际工况的源极杂散电感值。
17.可选的，还包括：判断模块，用于判断所述均流孔开设于所述最优开设位置下，所述均流特征值是否小于预设均流特征阈值；若是，则停止均流优化；若否，则增设所述均流孔。
18.通过采用上述技术方案，判断模块在判断并联开关器件之间均流效果不满足要求时，增设均流孔，多个均流孔有利于减轻均流孔的过流，电流回路进一步产生重叠，进一步抵消杂散电感的，以满足设计要求。
19.第三方面，本技术提供一种计算机设备，采用如下技术方案：一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面中任一项所述的方法。
20.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上述第一方面中任一项所述方法的计算机程序。
21.综上所述，本技术至少包括以下有益效果：由有限元仿真软件提取各个并联开关器件源极杂散电感值，并计算用于表述并联开关器件均流程度的均流特征值，通过在均流孔开设的位置范围内的调整开设位置，获得与各个所述开设位置对应的各个所述均流特征值，从而选定所述均流孔的最优开设位置。由于不同开设位置的均流孔，会使得并联开关器件之间产生不同的充放电路径，产生新的重叠回路，直接影响并联开关器件之间的互感参数，有利于杂散电感的抵消。均流孔的设计可以改变回路越长、杂散电感越大的简单设定，从而打破由于多个器件并联带来的电路布局上的局限性，优化了多并联开关器件的均流效果。
附图说明
22.图1是本技术方法的一种实施方式的流程示意图；图2是本技术方法的另外一种实施方式的流程示意图；图3是本技术系统的一种实施方式的结构框图；附图标记说明：1、设置模块；2、第一调用模块；3、计算模块；4、开设位置调整模块；5、最优开设位置选定模块；6、第二调用模块；7、修正模块；8、判断模块。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发
明，并不用于限定本发明。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.目前，为了实现大功率同时保证器件的可靠性，通常需要并联多颗sic mosfet单管使电路获得更大的载流能力。但是，由于并联开关器件导通时的电流路径不对称，导致并联的各个开关器件的杂散电感值不对称，从而使各个支路的电流不均衡，从而使得器件承受的瞬态和稳态电流存在较大差异。
25.为此，本技术实施例提供了一种多并联开关器件的均流方法。
26.如附图1所示，一种多并联开关器件的均流方法，包括：s100，基于预设的电路板布局，设置均流孔的初始开设位置和约束条件；具体的，根据并联开关器件、母线电容器之间结构对称原则，通过altium designer软件设计电路板；在确定母线电容器和并联开关器件的在电路板上的布局后，设置均流孔的初始开设位置和约束条件，约束条件可以包括均流孔的开设孔径和开设的位置范围。
27.s200，调用预设的有限元仿真软件，仿真提取所有并联开关器件的源极杂散电感值；具体的，有限元仿真软件采用ansys q3d，对于多开关器件并联的均流问题，主要关注的是开关器件的源极杂散电感，因为源极杂散电感直接影响开关器件的源极电压，进而影响栅-源电压。根据转移特性方程可知，门极电压决定沟道电流大小。对于并联开关器件，不同的源极杂散电感最终会导致瞬态沟道电流的差异，从而影响并联开关器件的均流效果。
28.s300，基于各个源极杂散电感值，计算获得并联开关器件的均流特征值；具体的，计算各个源极杂散电感值之间的离散程度，获得均流特征值，离散程度可以反映各个源极杂散电感值之间的差异大小。对于并联开关器件，开关器件源极杂散电感值的差异是导致不均流的关键，离散程度越大，均流特征值越小，关联开关器件之间的均流效果也越差。 其中，各个源极杂散电感值之间的离散程度可以通过计算方差或标准差获得，并联开关器件之间的电流差和源极电感的差异成正比，在开关器件的开通过程中，两并联开关器件之间的电流差和源极电感的差异成正比。因此，电流分布不均衡度也和电感分布不均衡度线性相关。这主要是因为源极电感处于驱动回路中，在开通过程时，源极电感两端产生一个和驱动电压极性相反的电压，导致施加在漏
–
源极的电压，随源极电感大小而变化，并影响漏极电流的分布。源极电感越大的开关器件，施加在开关器件漏
–
源极间的电压越小，分得的电流也越小。
29.另外，开关器件源极杂散电感值大小决定的是电磁干扰和开关瞬态的电压过冲。虽然，在面对优化并联开关器件这一技术问题时，更多的关注的是开关器件源极杂散电感值之间的离散程度，但是，由于均流孔增加电流回路的重叠，因此，也存在互感的抵消作用，从而使得开关器件源极杂散电感值也有所减小，进而在一定程度上也优化了并联开关器件之间的电磁干扰以及减少开关器件在开关瞬态的电压过冲。
30.s400，约束条件包括均流孔开设的位置范围，在位置范围内调整均流孔的开设位置，并计算获得均流孔在各个开设位置时，并联开关器件的均流特征值；具体的，基于预设移动路径，从初始开设位置按照预设移动距离，调整均流孔的开
设位置。通常在布局中，为了使回路最小，母线电容器本身会距离开关器件较近，因此主要沿并联开关器件排列设置方向移动，才能对电流回路产生较大改变。
31.s500，基于各个均流特征值，选定均流孔的最优开设位置。
32.具体的，通过比较均流特征值的大小，选定均流孔的最优开设位置。由于均流特征值通过计算各个源极杂散电感值之间的离散程度获得，且并联开关器件之间的电流差和源极电感的差异成反比，因此，最大均流特征值对应的开设位置为最优开设位置。
33.如附图2所示，作为多并联开关器件的均流方法的进一步实施方式，步骤s200之后还可以执行步骤s600-s700：s600，调用有限元仿真软件，仿真提取所有实际电流回路的回路杂散电感值；具体的，电路板布局包括并联开关器件的所有实际电流回路；虽然最终决定均流效果的是开关器件的源极杂散电感，但是由于杂散电感=自感+互感，自感由材料物理特性决定，互感是由电流回路互相作用的产生的。因此，需要提取所有实际电流回路的回路杂散电感值，得到所有的回路杂散电感值。
34.s700，基于回路杂散电感值，修正源极杂散电感值。
35.具体的，通过回路杂散电感值，修正源极杂散电感值，得到最符合实际工况的源极杂散电感值，使均流孔的选定更加符合实际情况，步骤s700执行完毕后，执行步骤s300。
36.作为多并联开关器件的均流方法的又一步实施方式，步骤s500之后还包括：s800，判断均流孔开设于最优开设位置后，均流特征值是否小于预设均流特征阈值；若是，则停止均流优化；若否，则增设均流孔。
37.具体的，多个均流孔有利于减轻均流孔的过流，电流回路进一步产生重叠，有利于杂散电感的进一步抵消。预设均流特征阈值由人为结合历史经验设置，从而尽量将每个器件之间的源极杂散电感值差距控制在1nh。
38.本技术实施例提供了一种多并联开关器件的均流系统。
39.如附图3所示，一种多并联开关器件的均流系统，包括：设置模块1，用于基于预设的电路板布局，设置均流孔的初始开设位置和约束条件；第一调用模块2，用于调用预设的有限元仿真软件，仿真提取所有并联开关器件的源极杂散电感值；计算模块3，用于基于各个源极杂散电感值，计算获得并联开关器件的均流特征值；开设位置调整模块4，约束条件包括均流孔开设的位置范围，开设位置调整模块4用于在位置范围内调整均流孔的开设位置；计算模块3还用于计算获得与各个开设位置对应的各个均流特征值；最优开设位置选定模块5，用于基于各个均流特征值，选定均流孔的最优开设位置。
40.本实施方式中，设置模块1将均流孔的初始开设位置和约束条件设置完毕后，第一调用模块2调用有限元仿真软件提取各个并联开关器件源极杂散电感值，并由计算模块3计算用于表述并联开关器件均流程度的均流特征值，在开设位置调整模块4在均流孔开设的位置范围内的调整开设位置时，计算模块3同时获得与各个所述开设位置对应的各个所述
均流特征值，由最优开设位置选定模块5选定所述均流孔的最优开设位置。由于不同开设位置的均流孔，会使得并联开关器件之间产生不同的充放电路径，产生新的重叠回路，直接影响并联开关器件之间的互感参数，有利于杂散电感的抵消。均流孔的设计可以改变回路越长、杂散电感越大的简单设定，从而打破由于多个器件并联带来的电路布局上的局限性，优化了多并联开关器件的均流效果。
41.作为均流优化系统的进一步实施方式，电路板布局包括并联开关器件的所有实际电流回路；均流优化系统还包括：第二调用模块6，用于调用有限元仿真软件，仿真提取所有实际电流回路的回路杂散电感值；修正模块7，用于基于回路杂散电感值，修正源极杂散电感值。
42.作为均流优化系统的又进一步实施方式，还包括：判断模块8，用于判断均流孔开设于最优开设位置下，均流特征值是否小于预设均流特征阈值；若是，则停止均流优化；若否，则增设均流孔。
43.需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
44.本技术实施例提供了一种计算机设备。
45.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述第一方面中任一项的方法。
46.本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质。
47.一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上述第一方面中任一项方法的计算机程序。
48.需要说明的是，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
49.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。