CN103023280A - 带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带散热器的变换器失电后的热记忆方法，本发明还设计了一种带散热器的变换器失电后的热记忆装置，所述散热装置包括散热器、散热器温度获取单元、存储单元和被热记忆对象，其中，还包括一个温升运算单元。本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置能够借用变换器中功率器件上散热器的温度特性，实现热记忆功能。

Description

带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置。

背景技术

在当前的变换器中，某些元件存在这样一种情况，先工作一定时间，再失电，后又立刻投入运行，而相关保护的初始值，则一点也没有变，继续维持一个固定的值，这样往往造成元件的热损坏。如：变换器中的IGBT元件就存在此种隐患，假设以一定条件投入工作时，IGBT的温度是25℃，经过100秒，达到IGBT的极限温度120℃，此时要进行保护，否则继续工作，就会发生热损坏；若以上述相同的条件投入工作，投入工作时IGBT的温度也是25℃，只是时间到99秒时，突然断电，经过1s后，上电继续投入运行，运行条件不变，此时，IGBT的温度达到120℃的时间，远小于100秒，而实际保护还是以100秒为基准的，这样就会造成元件的热损坏。因此，对这类元件增加热记忆功能是十分有必要的。

通常的做法是将当前的判断量，通过控制器（DSP/MCU），将其运算成相关的信号量，并且以一定方式输送至外部器件进行保存，发生失电状态下，外部器件能按一定的规律进行变化，在系统上电时，通过获取外部器件此刻的数据，此值作为判断量的初始值，进而实现热记忆功能。

这类实现的方法都必须在原设计的基础上增加一定的硬件，使电路复杂，成本高，系统的可靠性降低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够借用变换器中功率器件上散热器的温度特性，实现热记忆功能的带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种带散热器的变换器失电后的热记忆方法，包括如下具体步骤：

步骤（1）：所述变换器从存储单元中读取上次下电时的被热记忆对象的热记忆值为Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值为Z_{n_lat}，本次变换器上电时测得此时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T₀)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}，其中，k定义为一个修正系数；

步骤（2）：利用微分状态方程 $\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dZ}}_N}{\mathrm{dt}}=f_1\left(Z_N\right)\\ \frac{{\mathrm{dZ}}_j}{\mathrm{dt}}=f_2(Z_N,Z_j)\left|\begin{array}{c}{Z}_N\left(0\right)=Z_{n\_\mathrm{last}}\\ Z_j\left(0\right)=Z_{j\_\mathrm{last}}\end{array}\right.\end{array}\right.$ 解得被热记忆对象的热记忆值升Z_{j_on}，所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即求解到了所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。其中，Z_N定义为为任意时刻散热器的温升值，Z_j定义为任意时刻被热记忆对象的热记忆值；

所述步骤（2）中的微分状态方程的离散形式为： $\left\{\begin{array}{c}{Z}_N(n+1)=Z_N\left(n\right)+f_1\left(Z_N\left(n\right)\right)\mathrm{\Δt}\\ Z_j(n+1)=Z_j\left(n\right)+f_2(Z_N\left(n\right),Z_j\left(n\right))\mathrm{\Δt}\end{array}\right.,$ 其中， $\left\{\begin{array}{c}{f}_1\left(Z_N\right)=-\frac{1}{\mathrm{\β}}{Z}_N\\ f_2(Z_N,Z_j)=\frac{1}{C_v{R}_j}(Z_N-Z_j)\end{array}\right.,$ 其中，β定义为散热器的散热系数，C_v定义为被热记忆对象等效比热，R_j定义为散热器与被热记忆对象之间的热阻。

本发明还设计了一种带散热器的变换器失电后的热记忆装置，包括散热器、散热器温度获取单元、存储单元和被热记忆对象，其特征在于：还包括一个温升运算单元；

所述散热器温度获取单元获取本次变换器上电时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T₀)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}，并将本次上电的散热器的温升值Z_{n_on}、以及将存储单元中上次下电时被热记忆对象的热记忆值Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值Z_{n_lat}传输到温升运算单元；

所述温升运算单元利用微分状态方程 $\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dZ}}_N}{\mathrm{dt}}=f_1\left(Z_N\right)\\ \frac{{\mathrm{dZ}}_j}{\mathrm{dt}}=f_2(Z_N,Z_j)\left|\begin{array}{c}{Z}_N\left(0\right)=Z_{n\_\mathrm{last}}\\ Z_j\left(0\right)=Z_{j\_\mathrm{last}}\end{array}\right.\end{array}\right.$ 解得温升运算单元被热记忆对象的热记忆值升为Z_{j_on}；Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即求解到了所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置借用变换器现有的器件和电路，成本低廉。

2.本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置基于温升运算单元，实现容易，兼容性强。

3.本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆方法及其装置基于散热器的温度特性的记忆量，稳定性好，可靠性高。

附图说明

图1为本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆装置的结构框图；

图2为本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆方法的运算流程图；

图3为本发明所设计的带散热器的变换器失电后的热记忆装置的温升运算单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图2和图3所示，本发明设计了一种带散热器的变换器失电后的热记忆方法，包括如下具体步骤：

步骤（1）：所述变换器从存储单元中读取上次下电时的被热记忆对象的热记忆值为Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值为Z_{n_lat}，本次变换器上电时测得此时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T_O)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}，其中，k定义为一个修正系数；

步骤（2）：利用微分状态方程 $\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dZ}}_N}{\mathrm{dt}}=f_1\left(Z_N\right)\\ \frac{{\mathrm{dZ}}_j}{\mathrm{dt}}=f_2(Z_N,Z_j)\left|\begin{array}{c}{Z}_N\left(0\right)=Z_{n\_\mathrm{last}}\\ Z_j\left(0\right)=Z_{j\_\mathrm{last}}\end{array}\right.\end{array}\right.$ 解得温升运算单元被热记忆对象的热记忆值升为Z_{j_on}，其中，Z_N定义为任意时刻散热器的温升值，Z_j定义为任意时刻被热记忆对象的热记忆值。

步骤（3）：步骤（2）中所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即求解到了所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。

作为本发明的一种优化方法：所述步骤（2）中的微分状态方程的离散形式为： $\left\{\begin{array}{c}{Z}_N(n+1)=Z_N\left(n\right)+f_1\left(Z_N\left(n\right)\right)\mathrm{\Δt}\\ Z_j(n+1)=Z_j\left(n\right)+f_2(Z_N\left(n\right),Z_j\left(n\right))\mathrm{\Δt}\end{array}\right.,$ 其中， $\left\{\begin{array}{c}{f}_1\left(Z_N\right)=-\frac{1}{\mathrm{\β}}{Z}_N\\ f_2(Z_N,Z_j)=\frac{1}{C_v{R}_j}(Z_N-Z_j)\end{array}\right.,$ 其中，β定义为散热器的散热系数，C_v定义为被热记忆对象等效比热，R_j定义为散热器与被热记忆对象之间的热阻。

如图1所示，为了能够实现所述带散热器的变换器失电后的热记忆方法，本发明还设计了一种带散热器的变换器失电后的热记忆装置，包括散热器、散热器温度获取单元、存储单元和被热记忆对象，其特征在于：还包括一个温升运算单元；

所述散热器温度获取单元获取本次变换器上电时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T₀)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}，并将本次上电的散热器的温升值Z_{n_on}、以及将存储单元中上次下电时被热记忆对象的热记忆值Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值Z_{n_lat}传输到温升运算单元；

所述温升运算单元利用微分状态方程 $\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dZ}}_N}{\mathrm{dt}}=f_1\left(Z_N\right)\\ \frac{{\mathrm{dZ}}_j}{\mathrm{dt}}=f_2(Z_N,Z_j)\left|\begin{array}{c}{Z}_N\left(0\right)=Z_{n\_\mathrm{last}}\\ Z_j\left(0\right)=Z_{j\_\mathrm{last}}\end{array}\right.\end{array}\right.$ 解得温升运算单元被热记忆对象的热记忆值升为Z_{j_on}；Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即求解到了所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。

在具体的实施例中，被热记忆的对象一般是三相逆变桥和三相二极管整流桥，在这里举三相二极管整流桥为例，具体说明；

当被热记忆对象是三相二极管整流桥和热记忆值是被热记忆对象的温升值时，某一时刻，Z_{n_lat}＝45°C、Z_{j_lat}＝55°C、T_S＝35°C、T₀＝25°C，β＝57.3和C_v＝20.2，R_j＝0.3，根据利用本发明所设计的方法运算出Z_{n_on}＝T_S-T₀＝20°C，从而得到 $\left\{\begin{array}{c}{Z}_N(n+1)=Z_N\left(n\right)+f_1\left(Z_N\left(n\right)\right)\mathrm{\Δt}\\ Z_j(n+1)=Z_j\left(n\right)+f_2(Z_N\left(n\right),Z_j\left(n\right))\mathrm{\Δt}\end{array}\right.\left|\begin{array}{c}{Z}_N\left(0\right)=Z_{n\_\mathrm{last}}\\ Z_j\left(0\right)=Z_{j\_\mathrm{last}}\end{array}\right.,$ 其中，Z_N(0)＝Z_{n_lat}、Z_j(0)＝Z_{j_lat}、Δt＝0.1s和 $\left\{\begin{array}{c}{f}_1\left(Z_N\right)=-\frac{1}{57.3}{Z}_N\\ f_2(Z_N,Z_j)=\frac{1}{20.2\×0.3}(Z_N-Z_j)\end{array}\right.,$ 运算得到被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}＝111℃；其中，β定义为散热器的散热系数，C_v定义为被热记忆对象等效比热，R_j定义为散热器与被热记忆对象之间的热阻。

被热记忆对象不限于上述的范围，其余的功率变换如DC-DC中的功率器件也在本发明专利的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带散热器的变换器失电后的热记忆方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

步骤（1）：所述变换器从存储单元中读取上次下电时的被热记忆对象的热记忆值为Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值为Z_{n_lat}，本次变换器上电时测得此时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T₀)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}，其中，k定义为一个修正系数；

步骤（2）：利用微分状态方程解得被热记忆对象的热记忆值为Z_{j_on}，所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即为所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。其中，Z_N定义为为任意时刻散热器的温升值，Z_j定义为任意时刻被热记忆对象的热记忆值。

2.根据权利要求1所述的带散热器的变换器失电后的热记忆方法，其特征在于：所述步骤（2）中的微分状态方程的离散形式为： 其中，其中，β定义为散热器的散热系数，C_v定义为被热记忆对象等效比热，R_j定义为散热器与被热记忆对象之间的热阻。

3.一种带散热器的变换器失电后的热记忆装置，包括散热器、散热器温度获取单元、存储单元和被热记忆对象，其特征在于：还包括一个温升运算单元；

所述散热器温度获取单元获取本次变换器上电时散热器的温度为T_S和环境温度为T₀，利用公式Z_{n_on}＝k(T_S-T₀)获得本次上电的散热器的温升值为Z_{n_on}， 并将本次上电的散热器的温升值Z_{n_on}、以及将存储单元中上次下电时被热记忆对象的热记忆值Z_{j_lat}和上次下电时的散热器的温升值Z_{n_lat}传输到温升运算单元；

所述温升运算单元利用微分状态方程

解得温升运算单元被热记忆对象的热记忆值升为Z_{j_on}；Z_{j_on}的求解是一个迭代的过程，当求解到Z_N与Z_{n_on}相等时所对应的Z_j，即求解到了所述被热记忆对象的热记忆值Z_{j_on}，从而实现了热记忆。 

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