[发明专利]一种交直流功率模块热管理系统及方法

说明书

本发明提供一种交直流功率模块热管理系统及方法，根据不同功率等级的功率开关模块的温升大小，在散热器风道进风口附近选取温度相对均衡的功率开关模块的组合放置方式，并在合适的位置安装温度传感器以实时监控散热器温度状态，通过间歇模式调整功率模块的工作状态将系统温度控制在合适的范围内，在保证结构紧凑的基础上提高系统的散热效率，通过电流传感器进行电流监测，电流为影响功率的主要因素，对未来一段时间的温升起到一定的预警作用，通过电压传感器进行功率开关管的电压监测，因高温环境下，功率管耐压会受到影响，需要和温度传感器采集到的实时温度进行联合监测预警，使器件一直工作在安全工作范围内。

技术领域

本发明涉及电力电子能量变换技术，具体为一种交直流功率模块热管理系统及方法。

背景技术

在高频化、小型化、轻量化的背景下，随着开关频率的提升，功率开关模块的损耗越来越大，系统温升也就随着越来越高。交直流功率模块包括逆变器和充电机，逆变器输出工频交流，充电机输出低压直流，在城轨系统中，逆变器系统的功率等级远大于充电机系统，为节约装备空间，二者通常安装连接在同一块散热片上，功率等级的差别导致不同功率开关模块在工作时的温差过大，散热效果不佳，控制系统对不同模块的温度控制也较弱。城轨辅助供电系统中交直流功率模块将输入中压直流变换为低压直流和工频交流电压，随着开关频率的提升，功率开关模块的损耗越来越大，系统温升也就随着越来越高。交直流功率模块包括逆变器和充电机，逆变器负责输出工频交流，充电机负责输出低压稳定直流，逆变器的功率等级远高于充电机。

目前已有的近似方案，如专利《一种轻轨辅助功率模块及轻轨辅助变流器》，所提出的变换器模块采用IGBT功率开关模块。为满足紧凑结构的条件，其功率开关模块使用并列排放的安装方式。元器件的集中设置降低了散热器的散热效果，提高了对散热器的结构设计要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明考虑了不同功率等级的功率开关模块的温升大小，考虑和散热器风道进风口的距离以及不同功率等级的功率开关模块，对不同开关管的组合放置方式进行了仿真计算对比，选取温度相对均衡的方案，并通过温度传感器进行散热片温度实时提取，在温度达到较高水平时，需要对逆变器和充电机两个系统的输出功率进行间歇模式调节，间歇模式需要和其他交直流供电模块一起配合，保持系统温升稳定在一定范围内，另外，通过电流传感器进行电流监测，电流为影响功率的主要因素，对未来一段时间的温升起到一定的预警作用，通过电压传感器进行功率开关管的电压监测，因高温环境下，功率管耐压会受到影响，需要和温度传感器采集到的实时温度进行联合监测预警，使器件一直工作在安全工作范围内，为功率开关模块在正常结温内运行以及系统整体功率提升奠定了基础。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种交直流功率模块热管理方法，包括硬件架构设计流程，具体为：

计算损耗理论值；

使用改进热阻法计算温升，并通过仿真验证；

所述计算损耗理论值具体为：逆变器损耗计算、充电机损耗计算；

所述逆变器损耗计算使用式(1)；

具体为通态损耗P_{mos(on)_SIV}计算、开关损耗计算以及二极管导通损耗P_{Diode(on)_SIV}计算；

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