[发明专利]大功率海岛特种电源模块散热装置及其温度控制方法

说明书

本发明公开了一种大功率海岛特种电源模块散热装置及其温度控制方法，通过对温度监控模块所得特定位置温度分析，建立密闭腔体的热模型，再利用粒子群算法对所建模型进行修正，使模型能够更加精确地描述机盒温度变化过程，提高了其自适应性和预测控制的可靠性，主控模块基于模型预测控制与粒子群优化方法实现对不同风道以及腔体内部风扇风力的调节。本发明散热结构与控制策略相结合，散热结构促使热量均匀分布，快速散除，针对各风力增强组件的独立控制以及相互间的协调配合显著提高了散热效率，实现了大功率海岛特种电源在高温环境的有效散热。

技术领域

本发明涉及一种大功率海岛特种电源模块散热装置及其温度控制方法，适合于海岛特种电源的散热处理。

背景技术

电力电子技术领域，功率器件以及电感电容都会因为自身损耗产生热量。这些热量会导致器件温度升高，轻者工作不正常和影响使用寿命，重者会立即损坏，所以，各器件都会采取相应的散热措施。目前已知的散热技术，分别有采用散热片的自然对流冷却；采用散热片加风扇外力的强制对流冷却；装配导热管的流动物态变化冷却；利用微细管冷却板的液态冷却。前两种散热方式多适用于小功率电子器件，而对于功率型半导体器件或模块则多采用后两种方式。

海岛环境恶劣，年均湿度高达85％，夏季地表温度高达60℃，且昼夜温差大，高盐雾、高湿度、高温差给电源装备长期可靠运行带来巨大挑战：户外水浸导致设备功率管短路炸机，高盐雾导致电路板被腐蚀引发炸机损坏，过温导致设备快速老化并故障频发。且散热与防护问题相互制约，是海岛与岸基特种电源急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种大功率海岛特种电源模块散热装置及其温度控制方法，实现大功率海岛特种电源在高温环境的有效散热。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大功率海岛特种电源模块散热装置，包括外壳；所述外壳内设置至少两个冷却风道，且所述至少两个冷却风道将所述外壳的内部空间分隔为至少三个空间，每个所述空间内均安装有发热元器件和用于测量所述发热元器件的多个温度传感器；每个外壳内安装有内部风扇；所述冷却风道至少一端安装有冷却风风扇。

所有温度传感器均与主控模块电连接。

针对大功率海岛特种电源特定结构搭建热耦合模型，同时，采取粒子群算法对热耦合模型进行优化处理，针对热耦合模型对热量集中部位进行温度监控，进行最优估计。

所述冷却风道外表面均匀设置多根散热管。

相应地，本发明还提供了一种大功率海岛特种电源模块散热装置的温度控制方法，其通过寻求目标函数J(x(k),U_k)的最小值，求解在k时刻对于预测系统的最优控制输入U_k(k)，从而获得k+1时刻的状态温度；其中，目标函数J(x(k),U_k)的表达式为：

其中，为k+s时刻预测的模型系统输出量，T_O(k+s)为k+s时刻所设定的目标温度，γ_y，γ_u为调节因子，γ_y＝150，γ_u＝0.1；N_p，N_c分别表示系统的预测时域和控制时域分段数，Np≥Nc≥1；为k+s时刻对于预测系统的最优控制输入。

目标函数J(x(k),U_k)的最小值的求解过程包括以下步骤：

1)设定目标温度T₀，采样初始状态k时刻外壳内温度T_n(k)，采样空气温度，初始化粒子群，给定加速度权重系数c₁、c₂，c₁＝c₂＝2，以及惯性权重w；