[发明专利]一种复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法

说明书

本发明涉及一种复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法，所述方法包括：在复杂对流环境下测量前K个时刻的环境温度以及功率器件的输出电流与壳温，并结合壳与环境之间的热模型获得历史环境热阻序列；利用马尔科夫链对历史环境热阻序列进行随机模拟，生成未来M个时刻的环境热阻序列；根据热模型计算不同电流值下未来M个时刻的功率器件壳温序列，重复环境热阻序列随机模拟和功率器件壳温序列计算N次，得到壳温超温点的个数，计算超温概率，并根据概率要求选择合适的电流约束；对该对流环境下的功率器件实施带有电流约束的主动热控制；从而解决了现有功率器件在复杂对流环境中由于环境热阻波动而导致的主动热控制不可靠问题，同时其输出电流较为平滑。

技术领域

本发明属于功率器件热控制领域，具体涉及一种复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，IGBT和MOSFET等功率器件被广泛应用于可再生能源、电机驱动等重要领域中。然而，由于其功率密度等级要求的不断提高，容易发生因高温引起的各类失效故障。因此需要实时获得功率器件的温度，对其进行热控制及过温保护，从而提高器件工作的热安全性。

当功率器件持续高电流工作时，其温度较高易引起失效故障；而如果按规定的额定电流工作时，又过于保守，难以充分利用功率器件的输出能力。为了避免这类问题的发生，通常可以对功率器件采用主动热控制。功率器件的主动热控制，即把测量到的器件温度作为反馈量，结合控制策略对器件的运行状态进行调节，通过主动调节功率器件损耗可以提高功率器件的经济性与可靠性。然而在室外复杂对流环境下，功率器件壳至环境的热阻将产生剧烈波动，而现有主动热控制中的温度控制仍采用传统PI控制，这会使器件壳温在额定温度上下波动，即器件的超温概率上升，从而降低器件工作的热安全性。同时，这种控制方法也会使输出电流出现较大的波动。输出电流长时间的波动会对负载产生较大的负面影响，例如令电动汽车出现持续颠簸，使系统无法安全可靠运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法，解决了现有功率器件在复杂对流环境中由于环境热阻波动而导致的主动热控制不可靠问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法，控制方法步骤如下：

步骤1：在复杂对流环境下测量前K个时刻功率器件的输出电流、环境温度与功率器件的壳温，并结合壳与环境之间的热模型计算该时间序列下的环境热阻，获得历史环境热阻序列，其中K≥1000，转入步骤2；

步骤2：利用马尔科夫链对历史环境热阻序列进行随机模拟，生成未来M个时刻的环境热阻序列，其中M≥1000，转入步骤3；

步骤3：将未来M个时刻的环境热阻序列带入热模型，计算不同电流值下未来M个时刻的功率器件壳温序列，重复环境热阻序列随机模拟和功率器件壳温序列计算N次，得到壳温超温点的个数，计算超温概率，并根据概率要求选择合适的电流约束，其中N≥10，转入步骤4；

步骤4：对该对流环境下的功率器件实施带有电流约束的主动热控制，其中电流环采用PI控制。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)解决了现有功率器件在复杂对流环境中由于环境热阻波动而导致的主动热控制不可靠问题，使其超温概率下降，提高了功率器件工作的热安全性。

(2)在室外复杂对流环境下对功率器件输出电流控制效果较好，使得输出电流较为平滑。

附图说明

图1为本发明复杂对流环境下的功率器件主动热控制方法过程示意图。

图2为功率器件壳与环境之间热模型的示意图。

图3为本发明复杂对流情况下功率器件的主动热控制框图。

具体实施方式