電機(jī)控制器損耗計(jì)算及分析案例驅(qū)動控制器的效率是衡量控制器性能的重要參數(shù)，而功率器件的損耗直接影響著控制器的效率好壞。本文以SEMIKRON公司的SiC功率模塊SKM500MB120SC和英飛凌公司的Si功率模塊FF900R12ME7P進(jìn)行分析研究，來對比基于這2種功率模塊的電機(jī)驅(qū)動控制器的損耗。由于電機(jī)驅(qū)動控制受電機(jī)內(nèi)部磁芯材料、開關(guān)頻率、電壓大小等因素的影響，為簡化分析，本節(jié)未考慮基于SiC-MOSFET和Si-IGBT驅(qū)動器內(nèi)部雜散參數(shù)的損耗，僅僅分析模塊本身以及帶電機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率。功率器件損耗的主要是由導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗構(gòu)成。導(dǎo)通損耗5-1功率器件的開通過程等效電路模型5-1Equivalentcircuitmodelofpowerdevice'sturn-onprocess5-2二極管的開通過程等效電路模型5-2Theequivalentcircuitmodelofthediode'sturn-onprocess功率器件和內(nèi)部二極管的導(dǎo)通損耗可以通過器件的電特性進(jìn)行分析得到，由于只有當(dāng)功率器件兩端的電壓超過閾值電壓的時(shí)候功率器件才導(dǎo)通，因此可以得到導(dǎo)通過程中功率器件以及二極管的等效電路圖，如圖5-1、5-2所示。則功率管和二極管的導(dǎo)通損耗為：PQ式中：PQ、PD是功率管和二極管的導(dǎo)通損耗；IQM、IDM是流過功率管和二極管的導(dǎo)通電流；IQ、ID是流過功率管和二極管的平均電流；VQ（2）開關(guān)損耗當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程中，驅(qū)動系統(tǒng)的輸入電壓是一個(gè)常數(shù)，假設(shè)在一個(gè)正弦調(diào)制周期內(nèi)，開關(guān)損耗是流過功率管的線性函數(shù)，即：Et式中，Eti、Emax那么一個(gè)周期內(nèi)的平均開關(guān)損耗即可的：Psw由于在半個(gè)周期流過功率管內(nèi)的電流為零，因此在此期間的功率損耗也為零，所以在額定母線電壓VDC(ref)和額定峰值電流Ip(ref)的作用下，額定開關(guān)損耗Psw(ref)為了簡化運(yùn)算，假設(shè)功率管的損耗和電壓電流成線性關(guān)系，則：Psw根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中功率器件和體二極管的輸出特性曲線，可以得到如表5-1所示的參數(shù)。表5-1SiC-MOSFET/Si-IGBT參數(shù)對比Table5-1SiC-MOSFET/Si-IGBTparametercomparison參數(shù)SiC-MOSFETSi-IGBT功率管導(dǎo)通壓降VQ/0.140.8二極管導(dǎo)通壓降VD/34200功率管導(dǎo)通電阻RQ/0.780.92二極管導(dǎo)通電阻RD/195230開通損耗Eon/0.30.78關(guān)斷損耗Eoff/0.050.4根據(jù)表5-1的計(jì)算可以得到表5-2的數(shù)據(jù)，即2種電機(jī)驅(qū)動控制器的功率損耗對比，從表中可以看出，在輸出功率為2kw，開關(guān)頻率為10kHz時(shí)，基于SiC-MOSFET的電機(jī)驅(qū)動控制器損耗要比基于Si-IGBT的電機(jī)驅(qū)動控制器器損耗要低很多，從而使效率也提升將近2%。表5-22種功率器件控制器的損耗對比（f=10kHz）Table5-2Losscomparisonoftwopowerdevicecontrollers(f=10kHz)參數(shù)Si基電機(jī)控制器SiC基控制器導(dǎo)通損耗/W31.7811.46開關(guān)損耗/W41.8522.94驅(qū)動器總損耗/W73.634.4輸出功率/W2kw2kw效率/%96.32%98.28本章節(jié)所選擇的電機(jī)為第四章矢量控制策略所選用的電機(jī)。由于電機(jī)的額定功率為2.5KW，因此分別選擇輸出功率為0.5kW、1kW、1.5KW、2KW和2.5KW這5種工況情況下進(jìn)行對比分析，可以驗(yàn)證功率器件在電機(jī)運(yùn)行中的真實(shí)工況。設(shè)置開關(guān)頻率為10kHz，分析在不同輸出功率情況下，SiC電機(jī)控制器和Si電機(jī)控制的損耗分布以及能耗曲線，如圖5-3、5-4所示。圖5-3不同輸出功率下SiC/Si電機(jī)控制器損耗分布圖Figure5-3LossdistributiondiagramofSiC/Simotorcontrollerunderdifferentoutputpower圖5-4不同輸出功率下SiC/Si電機(jī)控制器效率曲線對比Figure5-4ComparisonofefficiencycurvesofSiC/Simotorcontrollersunderdifferentoutputpowers從圖5-4中可以看到，在選擇同樣的控制方式下，在輸出功率較高的時(shí)候，SiC基電機(jī)驅(qū)動控制器比Si基電機(jī)驅(qū)動控制器的效率提升將近2%，隨著輸出功率的降低，效率都有所下降，但是Si-IGBT的下降速度更明顯。設(shè)置模型的輸出功率為2kW，選擇功率器件的開關(guān)頻率分別為5kHZ、10kHZ、20KHZ、50KHZ以及100KHZ的5種工況進(jìn)行對比分析，研究不同開關(guān)頻率下電機(jī)控制器的損耗分布和能耗曲線，分別如圖5-5、5-6所示。圖5-5不同開關(guān)頻率下SiC/Si電機(jī)控制器損耗分布圖Figure5-5SiC/Simotorcontrollerlossdistributiondiagramunderdifferentswitchingfrequencies圖5-6不同開關(guān)頻率下SiC/Si電機(jī)控制器效率曲線對比Figure5-6ComparisonofefficiencycurvesofSiC/Simotorcontrollersatdifferentswitchingfrequencies從圖5-5、5-6可以看出,隨著開關(guān)頻率的升高,開關(guān)損耗開始占總損耗的主要部分，但SiCMOSFET損耗還是明顯低于SiIGBT。并且隨開關(guān)頻率的增加，雖然基于這兩種功率器件的控