一种功率器件的温度控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种功率器件的温度控制方法，所述功率器件为变流器的构成器件，所述功率器件安装于散热器的台面上，所述散热器为所述功率器件的散热系统的构成部件，所述温度控制方法包括：基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度；以及基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件的温度控制方法及其装置
本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种功率器件的温度控制方法及其装置。
技术介绍
功率器件是变流器的核心组件，其安全性和可靠性是变流器的关键技术。排除过电压或过电流等异常极端情况造成的功率器件的失效，功率器件如IGBT在应用过程中的失效原因主要是由于在工作过程中受到热应力的累积和冲击。功率器件的结点温度过高或波动幅度过大会使得功率器件的可靠性和寿命大大降低。因此，提高功率器件的结点温度的稳定性并减小结点温度的波动范围是提高功率器件的安全性和可靠性的重要手段。一般地，功率器件的结点温度受到其所属变流器的控制策略、换热条件以及应用工况等因素的影响，因此，目前功率器件的主动结温控制策略具有两个方向。一个方向是通过改变电路、调节电压或增加缓冲电容等方式来实现对功率器件的功率损耗的输出控制，进而控制功率器件的发热量和结点温度；另一个方向是通过调节换热系统内的冷却介质的温度、散热器的台面温度以及冷却介质的流量等方式来实现对功率器件的换热系统的控制，进而控制功率器件的结点温度。功率器件的功率损耗与整流电路或逆变电路的控制策略和应用工况有关，无法实时调控，为实现功率器件的结点温度的实时和主动控制，需要对功率器件的换热系统进行实时和主动地控制。现有的功率器件的换热系统一般采用水冷板散热器来实现与功率器件的热交换。功率器件安装在水冷板散热器的工作台面上，水冷板散热器与工作台面的另一面接触以与工作台面进行热交换。在非稳态工况下，由于功率器件的损耗在不断变化，所以会产生不同程度的热量，同时受日夜环境温度变化的影响，功率器件的结点温度会存在较大波动。为防止功率器件的结点温度产生较大波动，本专利技术旨在提出一种功率器件的温度控制方法及其装置，可用于抑制功率器件的结点温度的波动，从而提高功率器件的安全性和可靠性。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。根据本专利技术的一方面，提供了一种功率器件的温度控制方法，所述功率器件为变流器的构成器件，所述功率器件安装于散热器的台面上，所述散热器为所述功率器件的散热系统的构成部件，所述温度控制方法包括：基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度；以及基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距。更进一步地，所述基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度包括：基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗；基于所述功率器件的功率损耗的变化率判断所述功率器件的功率损耗状态；基于所述功率器件的功率损耗状态确定所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及利用所述传热模型以及所述传热模型所涉及的工作参数计算出所述功率器件的当前结点温度。更进一步地，所述基于所述功率器件的功率损耗的变化率判断所述功率器件的功率损耗状态包括：响应于所述功率器件的功率损耗的变化率小于等于预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于稳定状态；以及响应于所述功率器件的功率损耗的变化率大于所述预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态；以及所述基于所述功率器件的功率损耗状态确定所述散热器至所述功率器件的传热模型包括：响应于所述功率器件的功率损耗处于稳定状态，将热阻传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及响应于所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态，将热阻-热容传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型。更进一步地，所述利用所述传热模型以及所述传热模型所涉及的工作参数计算出所述功率器件的当前结点温度包括：利用所述传热模型基于所述散热器内的换热介质的温度计算出所述散热器的台面温度；利用所述传热模型基于所述散热器的台面温度计算出所述功率器件的外壳温度；以及利用所述传热模型基于所述功率器件的外壳温度计算出所述功率器件的结点温度。更进一步地，所述基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距包括：利用所述功率器件的结点温度与所述散热系统的控制参数之间的函数关系以及所述当前结点温度与所述目标结点温度之间的差距建立一控制模型；求解所述控制模型的最优解以确定出所述散热系统的控制参数；以及将所述散热系统的当前控制参数调整为确定出的控制参数。更进一步地，所述温度控制方法还包括：建立所述功率器件的结点温度对应所述散热系统的控制参数的历史数据库；以及基于所述历史数据库拟合出所述功率器件的结点温度与所述散热系统的控制参数之间的函数关系；以及所述求解所述控制模型的最优解以确定出所述散热系统的控制参数包括：利用所述历史数据库确定出所述控制模型的解集；以及将所述解集中使得所述当前结点温度与所述目标结点温度之间的差距最小化的解确定为所述最优解。更进一步地，所述变流器的工作参数包括工作电流、工作电压和开关频率，所述基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗包括：基于所述工作电流、工作电压和开关频率计算出所述功率器件的功率损耗。更进一步地，所述变流器的工作参数包括运行工况和工作环境温度，所述基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗包括：基于所述运行工况和工作环境温度计算出所述功率器件的功率损耗。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种功率器件的温度控制装置，所述功率器件为变流器的构成器件，所述功率器件安装于散热器的台面上，所述散热器为所述功率器件的散热系统的构成部件，所述温度控制装置包括：存储器；以及处理器，所述处理器与存储器连接，所述处理器被配置成：基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度；以及基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距。更进一步地，所述处理器进一步被配置成：基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗；基于所述功率器件的功率损耗的变化率判断所述功率器件的功率损耗状态；基于所述功率器件的功率损耗状态确定所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及利用所述传热模型以及所述传热模型所涉及的工作参数计算出所述功率器件的当前结点温度。更进一步地，所述处理器进一步被配置成：响应于所述功率器件的功率损耗的变化率小于等于预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于稳定状态；响应于所述功率器件的功率损耗的变化率大于所述预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态；响应于所述功率器件的功率损耗处于稳定状态，将热阻传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及响应于所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态，将热阻-热容传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件的温度控制方法，所述功率器件为变流器的构成器件，所述功率器件安装于散热器的台面上，所述散热器为所述功率器件的散热系统的构成部件，所述温度控制方法包括：/n基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度；以及/n基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率器件的温度控制方法，所述功率器件为变流器的构成器件，所述功率器件安装于散热器的台面上，所述散热器为所述功率器件的散热系统的构成部件，所述温度控制方法包括：
基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度；以及
基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距。


2.如权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述基于所述散热器的工作参数和所述功率器件的工作参数确定出所述功率器件的当前结点温度包括：
基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗；
基于所述功率器件的功率损耗的变化率判断所述功率器件的功率损耗状态；
基于所述功率器件的功率损耗状态确定所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及
利用所述传热模型以及所述传热模型所涉及的工作参数计算出所述功率器件的当前结点温度。


3.如权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，所述基于所述功率器件的功率损耗的变化率判断所述功率器件的功率损耗状态包括：
响应于所述功率器件的功率损耗的变化率小于等于预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于稳定状态；以及
响应于所述功率器件的功率损耗的变化率大于所述预设阈值，判断所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态；以及
所述基于所述功率器件的功率损耗状态确定所述散热器至所述功率器件的传热模型包括：
响应于所述功率器件的功率损耗处于稳定状态，将热阻传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型；以及
响应于所述功率器件的功率损耗处于非稳定状态，将热阻-热容传热模型确定为所述散热器至所述功率器件的传热模型。


4.如权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，所述利用所述传热模型以及所述传热模型所涉及的工作参数计算出所述功率器件的当前结点温度包括：
利用所述传热模型基于所述散热器内的换热介质的温度计算出所述散热器的台面温度；
利用所述传热模型基于所述散热器的台面温度计算出所述功率器件的外壳温度；以及
利用所述传热模型基于所述功率器件的外壳温度计算出所述功率器件的结点温度。


5.如权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述基于所述当前结点温度与目标结点温度调整所述散热系统的控制参数以减小所述功率器件的当前结点温度与目标结点温度的差距包括：
利用所述功率器件的结点温度与所述散热系统的控制参数之间的函数关系以及所述当前结点温度与所述目标结点温度之间的差距建立一控制模型；
求解所述控制模型的最优解以确定出所述散热系统的控制参数；以及
将所述散热系统的当前控制参数调整为确定出的控制参数。


6.如权利要求5所述的温度控制方法，其特征在于，还包括：
建立所述功率器件的结点温度对应所述散热系统的控制参数的历史数据库；以及
基于所述历史数据库拟合出所述功率器件的结点温度与所述散热系统的控制参数之间的函数关系；以及
所述求解所述控制模型的最优解以确定出所述散热系统的控制参数包括：
利用所述历史数据库确定出所述控制模型的解集；以及
将所述解集中使得所述当前结点温度与所述目标结点温度之间的差距最小化的解确定为所述最优解。


7.如权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，所述变流器的工作参数包括工作电流、工作电压和开关频率，所述基于所述变流器的工作参数确定所述功率器件的功率损耗包括：
基于所述工作电流、工作电压和开关频率计算出所述功率器件的功率损耗。


8.如权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，所述变流器的工作参数包括运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凯，梅文庆，窦泽春，陈燕平，梁好玉，田恩，刘文业，李程，王春燕，王幸智，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43