一种基于实时温度和温升速率的散热方法技术

本申请公开了一种基于实时温度和温升速率的散热方法，其特征在于，用于对使用IGBT的系统进行散热，包括以下步骤：步骤一：系统运行在不同工况下达到稳态时的温度因环境温度变化有所不同，在不同环境温度下为实时温度设计与之相对应的散热级别；散热级别直接对应相应风扇输出功率，每上升一个散热级别，风扇输出功率相应提高20％；步骤二：系统在不同环境温度下的温升速率会有所不同，为不同环境温度下的温升速率制定与其对应的散热级别；步骤三：系统运作时，采集IGBT实时温度，并求得温升速率，并结合环境温度和实时温度判断是否需要进行散热；步骤四：如果经判断需要散热，选择温升速率和实时温度分别对应的散热级别中最高的散热级别进行散热。散热级别进行散热。散热级别进行散热。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时温度和温升速率的散热方法


[0001]本申请涉及一种基于实时温度和温升速率的散热方法，基于IGBT温升速率和温度检测相结合的温度控制，属于IGBT温度控制


技术介绍

[0002]目前，随着电力电子技术的不断发展，包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块在内的电力电子功率元器件作为电力电子变流器系统中的关键器件，其可靠性和寿命与系统的安全可靠运行息息相关。根据统计结果，功率器件失效约占整个变流器系统故障的21％。在系统运行的过程中，有很多因素导致了功率器件失效，主要包括温度、湿度、振动、污染和灰尘等，其中最主要的失效原因为由温度因素引起的失效，约占整体功率器件失效的55％。因为在IGBT模块正常工作的过程中，流经IGBT的电流和电压会随着工况变化反复波动，同时引起结温波动，一般IGBT的平均结温为60～80℃，造成的结温差可以达到70～90℃，甚至更高。当温度发生波动时，IGBT模块中各层材料会发生受热膨胀和冷却收缩，由于各层材料之间热膨胀系数并不完全一致，这种热膨胀系数之间的差异会使得IGBT模块在温度反复变化时经受热应力的反复作用，从而引起模块的互连结构损伤，并导致IGBT模块电热特性发生改变，甚至造成永久性失效。
[0003]综上所述，温度是导致IGBT失效的主要因素，对系统的长期运行稳定性有较大的影响。现市面上的技术对于实现IGBT的温度控制，一般是通过直接检测模块实时温度，然后当模块达到一定的温度阈值后启动散热系统进行散热，这样的温度控制系统由于功耗考虑，不能设置较低的散热阈值，且无法灵活地应对环境温度，由于设备在正常运行时会受到环境温度和实际使用功耗的影响，不会持续在理想环境下运行。因此，较高的散热阈值会导致IGBT无法充份进行散热，导致IGBT模块温度的反复剧烈变化从而影响IGBT使用寿命。如果降低散热阈值，仅有一档的散热阈值判定会带来系统功耗增加的问题。
[0004]因此，为了保证IGBT的长期可靠运行，有必要研究一种可靠的温度控制方法。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于综合IGBT温升速率和温度检测，采用不同的散热等级进行散热，保证在拥有最合适散热效果的前提下，降低在不同工况下的系统能耗。
[0006]为了达到上述目的，本申请的技术方案是提供了一种基于实时温度和温升速率的散热方法，其特征在于，用于对使用IGBT的系统进行散热，包括以下步骤：
[0007]步骤一：系统运行在不同工况下达到稳态时的温度因环境温度变化有所不同，在不同环境温度下为实时温度设计与之相对应的散热级别；散热级别直接对应相应风扇输出功率，每上升一个散热级别，风扇输出功率相应提高20％；
[0008]步骤二：系统在不同环境温度下的温升速率会有所不同，为不同环境温度下的温升速率制定与其对应的散热级别；
[0009]步骤三：系统运作时，采集IGBT实时温度，并求得温升速率，并结合环境温度和实
时温度判断是否需要进行散热；
[0010]步骤四：如果经判断需要散热，选择温升速率和实时温度分别对应的散热级别中最高的散热级别进行散热。
[0011]步骤一和步骤二中，将常用的环境温度分为三档，具体环境温度与其对应的各散热级别见表1、表2和表3；
[0012]表1.环境温度为零摄氏度时各散热级别
[0013]实时温度10℃20℃35℃40℃45℃散热级别12345
[0014]温升速率20℃/min35℃/min60℃/min80℃/min90℃/min散热级别12345；
[0015]表2.环境温为二十摄氏度时各散热级别
[0016]实时温度25℃35℃45℃50℃60℃散热级别12345
[0017]温升速率10℃/min30℃/min50℃/min70℃/min80℃/min散热级别12345；
[0018]表3.环境温为三十摄氏度时各散热级别
[0019]实时温度35℃40℃50℃55℃65℃散热级别12345
[0020]温升速率10℃/min20℃/min35℃/min40℃/min60℃/min散热级别12345。
[0021]步骤三中，考虑到环境温度在短时间内不会频繁变化，采用慢速时钟每间隔1h进行一次环境温度的采集。
[0022]本专利技术具有如下有益的技术效果：
[0023]与市面上常用的散热方法相比，本专利技术由于设定了多个散热等级，有着较宽的散热范围，使得可以在较低的实时温度或温升速率时进行散热。因此保证了IGBT有一个较为平缓的温升速率。避免了由于IGBT温度的迅速变化导致的IGBT互连结构损伤，造成整体系统寿命的下降。而且与传统的散热方法相比，本专利技术可以在保证散热效果的前提下，将风扇转速与系统实际运行状态适配，减少了散热系统的功耗，有效地降低整体系统能耗。
附图说明
[0024]图1为实施例中提供的散热方法工作流程。
具体实施方式
[0025]为使本申请更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0026]实施例
[0027]本实施例提出一种基于IGBT温升速率和温度检测相结合的温度控制方法，通过设定不同的散热等级，在综合考虑温升速率和实时温度的基础上选择最合适的散热等级，以减少IGBT在工作时的温度波动频次，提高IGBT的整体寿命，保证系统的长期稳定运行。同时，采用不同的散热等级进行散热，也可以保证在拥有最合适散热效果的前提下，降低在不同工况下的系统能耗。
[0028]具体技术方案包括：
[0029]步骤一：在考虑到系统运行在不同工况下达到稳态时的温度会因环境温度变化有所不同的前提下，在不同环境温度下为实时温度匹配与之相对应的散热级别；如下表1、表2和表3所示。散热级别直接对应相应风扇输出功率，每上升一个散热级别，对应风扇的输出功率相应提高20％。
[0030]步骤二：考虑到系统在不同环境温度下的温升速率会有所不同，为不同环境温度下的温升速率制定与其对应的散热级别。不同环境温度下各温升速率对应的散热级别如下表1、表2和表3所示。
[0031]步骤三：系统运作时，实时采集IGBT温度，并求得温升速率，并结合环境温度和实时温度判断是否需要进行散热级别的调整。如果当前的实时温度或者温升速率超过了相邻散热级别所对应的实时温度或者温升速率，则会将风扇输出功率调整至此时实际所对应散热级别的输出功率。
[0032]步骤四：如果实时温度和温升速率对应不同的散热级别，为了保证系统的安全可靠运行，综合选择温升速率和实时温度当中最高的散热级别进行散热。
[0033]步骤一和步骤二中，考虑到系统不同工况以及不同环境温度会对影响系统温度和温升速率，考虑到产品实际应用场景，将常用的环境温度分为三档，通过仿真和实际测试相结合的方式，在不同的环境温度下为系统实时温度和温升速率匹配不同的散热等级。具体环境温度与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时温度和温升速率的散热方法，其特征在于，用于对使用IGBT的系统进行散热，包括以下步骤：步骤一：系统运行在不同工况下达到稳态时的温度因环境温度变化有所不同，在不同环境温度下为实时温度设计与之相对应的散热级别；散热级别直接对应相应风扇输出功率，每上升一个散热级别，风扇输出功率相应提高20％；步骤二：系统在不同环境温度下的温升速率会有所不同，为不同环境温度下的温升速率制定与其对应的散热级别；步骤三：系统运作时，采集IGBT实时温度，并求得温升速率，并结合环境温度和实时温度判断是否需要进行散热；步骤四：如果经判断需要散热，选择温升速率和实时温度分别对应的散热级别中最高的散热级别进行散热。2.根据权利要求1所述的基于实时温度和温升速率的散热方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中，将常用的环境温度分为三档，具体环境温度与其对应的各散热级别见表1、表...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江涛，王琪，张泽楠，叶傅华，陈国栋，赵英序，刘超，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：