CN115833548A - 功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备 - Google Patents

功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备 Download PDF

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CN115833548A CN202111610539.5A CN202111610539A CN115833548A CN 115833548 A CN115833548 A CN 115833548A CN 202111610539 A CN202111610539 A CN 202111610539A CN 115833548 A CN115833548 A CN 115833548A
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Abstract

本申请涉及一种功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备，该方法包括：获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据；在目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析功率模块是否满功率运行；若功率模块未满功率运行，根据温度数据对功率模块的工作参数进行调节。通过结合功率模块中目标器件的温度数据对功率模块的工作参数进行调节，实现根据实际需求进行功率分配，避免各功率模块的发热量相差过大导致器件老化不一致，从而延长功率模块的使用寿命。

Description

功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备
技术领域
本申请涉及电器设备技术领域，特别是涉及一种功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备。
背景技术
在多个单元级联的功率模块中，由于内部器件一致性的差异，会导致每个单元的发热量不一致，此时每个单元工作在相同的工况下时发热量是不一样的，对器件的老化程度也会不一致，如果一个单元的器件长时间超出限制温度使用，会提前对器件造成不可逆的损害，影响模块的正常使用。如何根据实际情况进行功率分配，延长功率模块的使用寿命，是一个亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可延长功率模块使用寿命的功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备。
一种功率模块的功率分配控制方法，包括：
获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据；
在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行；
若所述功率模块未满功率运行，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节。
在其中一个实施例中，所述温度故障条件包括目标器件的温度大于预设的温度阈值，或所述温度故障条件包括目标器件的温度变化率大于预设的温度变化阈值。
在其中一个实施例中，所述目标器件包括半导体器件和/或磁性器件。
在其中一个实施例中，所述在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行之后，还包括：若所述功率模块满功率运行，则控制满功率运行的功率模块降功率运行。
在其中一个实施例中，所述若所述功率模块未满功率运行，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节，包括：
若所述功率模块未满功率运行且各所述功率模块均过温，则控制各所述功率模块进行降功率运行；
若所述功率模块未满功率运行且部分所述功率模块过温，则根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节。
在其中一个实施例中，所述功率模块的工作参数包括电流和电压；所述根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节，包括：
若所述功率模块为串联状态，则保持所述功率模块的电流不变，减小过温的功率模块的电压，增大未过温的功率模块的电压，保持所述功率模块的对外输出功率不变；
若所述功率模块为并联状态，则保持所述功率模块的电压不变，减小过温的功率模块的电流，增大未过温的功率模块的电流，保持所述功率模块的对外输出功率不变。
一种功率模块的功率分配控制装置，包括：
数据获取模块，用于获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据；
数据分析模块，用于在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行；
参数调节模块，用于在所述功率模块未满功率运行时，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节。
一种功率模块设备，包括温度采集器件、控制装置和两个以上的功率模块，所述温度采集器件设置于所述功率模块的目标器件，所述控制装置连接所述温度采集器件和所述功率模块；所述温度采集器件用于采集功率模块中目标器件的温度数据并发送至所述控制装置，所述控制装置用于根据上述的方法进行功率分配控制。
在其中一个实施例中，所述温度采集器件为NTC(Negative TemperatureCoefficient，负温度系数)电阻。
在其中一个实施例中，所述功率模块之间串联或并联。
上述功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备，获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据，在目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析功率模块是否满功率运行；如果功率模块未满功率运行，则根据温度数据对功率模块的工作参数进行调节。通过结合功率模块中目标器件的温度数据对功率模块的工作参数进行调节，实现根据实际需求进行功率分配，避免各功率模块的发热量相差过大导致器件老化不一致，从而延长功率模块的使用寿命。
附图说明
图1为一实施例中功率模块的功率分配控制方法的流程图；
图2为一实施例中功率模块的功率分配控制装置的结构框图；
图3为一实施例中功率模块的温度采样示意图；
图4为一实施例中功率模块的功率分配控制的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。
在多个单元级联的功率模块中，由于半导体器件和磁性器件一致性的差异，会导致每个单元的发热量不一致，此时每个单元工作在相同的工况下时发热量是不一样的，对器件的老化程度也会不一致；基于上述原因，如果一个单元的器件长时间超出限制温度使用，会提前对器件造成不可逆的损害，影响模块的正常使用。
基于此，本申请提供了一种基于温度的功率分配策略，当系统通过在功率器件上的NTC感知到功率模块过热或者温度变化率超过一定数值时，会根据此NTC的位置来改变对应单元的电流、电压和功率等，使这个单元的发热量和温度变化率减小，通过此策率来分配两个模块的负载能力，可以根据实时环境更合理的分配功率，大大延长模块的使用寿命，减轻器件不一致性带来的危害。
在一个实施例中，提供了一种功率模块的功率分配控制方法，其中，功率模块适用于电力电器设备，如充电桩等设备。如图1所示，该方法包括：
步骤S100：获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据。
具体地，功率模块的数量可以是两个或更多个，各功率模块之间可以是通过串联或者并联的方式连接。其中，可在功率模块的目标器件处设置温度采集器件，采集目标器件的温度数据并发送至控制装置。目标器件的数量可以是一个，也可以是多个。目标器件的类型并不唯一，可根据实际需求进行选择，在一个实施例中，目标器件包括半导体器件和/或磁性器件。例如，具体可以是将功率模块中的功率管散热器、电感和变压器等器件作为目标器件进行温度监测。温度采集器件的类型也并不唯一，具体可采用NTC电阻。控制装置的类型也不是唯一的，可以是采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器、MCU(Micro Control Unit、微控制单元)、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等器件。
步骤S200：在目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析功率模块是否满功率运行。
控制装置在接收到目标器件的温度数据后，将温度数据与预先设置的温度故障条件进行对比分析，若目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件，则可认为相应的功率模块出现温度故障，结合保存的最大功率阈值分析当前功率模块是否满功率运行。如果当前功率模块没有满功率运行，则可进行步骤S300。
温度故障条件的具体内容也不是唯一的，在一个实施例中，温度故障条件包括目标器件的温度大于预设的温度阈值，或温度故障条件包括目标器件的温度变化率大于预设的温度变化阈值。以功率模块中包括多个目标器件为例，控制装置可以是在检测到功率模块中存在一个目标器件的温度高于温度阈值，或存在一个目标器件的温度变化率高于温度变化阈值，则可认为该功率模块出现温度故障。
步骤S300：若功率模块未满功率运行，根据温度数据对功率模块的工作参数进行调节。
控制装置在确认功率模块没有满功率运行，可结合实际需求进行功率调高或调低操作时，根据实际采集的温度数据对功率模块的工作参数进行调节。其中，工作参数可以是功率模块的电压和/或电流。具体地，控制器可以控制存在温度故障的功率模块的输出功率降低，同时控制不存在温度故障的功率模块的输出功率提高，从而实现在解决功率模块温度故障的同时，还可消除或减少所有功率模块整体对外输出功率变化的影响。
上述功率模块的功率分配控制方法，获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据，在目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析功率模块是否满功率运行；如果功率模块未满功率运行，则根据温度数据对功率模块的工作参数进行调节。通过结合功率模块中目标器件的温度数据对功率模块的工作参数进行调节，实现根据实际需求进行功率分配，避免各功率模块的发热量相差过大导致器件老化不一致，从而延长功率模块的使用寿命。
进一步地，在一个实施例中，步骤S200之后，该方法还包括：若功率模块满功率运行，则控制满功率运行的功率模块降功率运行，此时返回步骤S100。其中，满功率运行的功率模块可以包含出现温度故障的功率模块，也可以包含未出现温度故障的功率模块。具体地，当存在功率模块出现温度故障时，控制装置若检测到功率模块已经满功率运行，则控制满功率运行的功率模块降低输出功率，具体可以是通过降低电压或电流的方式降低满功率运行的功率模块的输出功率，然后再次检测功率模块中目标器件的温度数据，判断是否仍有温度故障产生。当仍存在温度故障时，便可结合实际情况进行功率模块的功率调高或调低处理，解决功率模块温度故障的同时还保证整体对外输出功率。
在一个实施例中，步骤S300包括：若功率模块未满功率运行且各功率模块均过温，则控制各功率模块进行降功率运行；若功率模块未满功率运行且部分功率模块过温，则根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节。
当功率模块均未满功率运行时，控制装置首先分析所有功率模块是否都过温，功率模块出现过温即存在目标器件的温度大于温度阈值或温度变化率大于温度变化阈值。如果所有功率模块都出现过温，则控制装置控制所有功率模块降低功率运行。如果是只是存在部分功率模块都出现过温，则控制装置根据各功率模块的实际连接关系，对应的调节功率模块的工作参数。
进一步地，在一个实施例中，功率模块的工作参数包括电流和电压；步骤S300中根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节，包括：若功率模块为串联状态，则保持功率模块的电流不变，减小过温的功率模块的电压，增大未过温的功率模块的电压，保持功率模块的对外输出功率不变；若功率模块为并联状态，则保持功率模块的电压不变，减小过温的功率模块的电流，增大未过温的功率模块的电流，保持功率模块的对外输出功率不变。
本实施例中，结合功率模块的实际连接关系，相应的调节功率模块的电压或电流，从而在消除过温功率模块的温度故障的同时，还保持所有功率模块的整体对外输出功率不变，实现更合理的功率分配，保证器件一致性，进一步延长功率模块的使用寿命。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的功率模块的功率分配控制方法的功率模块的功率分配控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个功率模块的功率分配控制装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于功率模块的功率分配控制方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，还提供了一种功率模块的功率分配控制装置，其中，功率模块适用于电力电器设备，如充电桩等设备。如图2所示，该装置包括：数据获取模块100、数据分析模块200和参数调节模块300，其中：
数据获取模块100，用于获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据。
数据分析模块200，用于在目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析功率模块是否满功率运行。
参数调节模块300，用于在功率模块未满功率运行时，根据温度数据对功率模块的工作参数进行调节。
在一个实施例中，温度故障条件包括目标器件的温度大于预设的温度阈值，或温度故障条件包括目标器件的温度变化率大于预设的温度变化阈值。
在一个实施例中，数据分析模块200还用于在功率模块满功率运行时，控制满功率运行的功率模块降功率运行，此时控制数据获取模块100再次获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据。
在一个实施例中，参数调节模块300在功率模块未满功率运行且各功率模块均过温时，控制各功率模块进行降功率运行；在功率模块未满功率运行且部分功率模块过温时，根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节。
在一个实施例中，参数调节模块300在功率模块为串联状态时，则保持功率模块的电流不变，减小过温的功率模块的电压，增大未过温的功率模块的电压，保持功率模块的对外输出功率不变；在功率模块为并联状态时，则保持功率模块的电压不变，减小过温的功率模块的电流，增大未过温的功率模块的电流，保持功率模块的对外输出功率不变。
上述功率模块的功率分配控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，还提供了一种功率模块设备，包括温度采集器件、控制装置和两个以上的功率模块，温度采集器件设置于功率模块的目标器件，控制装置连接温度采集器件和功率模块；温度采集器件用于采集功率模块中目标器件的温度数据并发送至控制装置，控制装置用于根据上述的方法进行功率分配控制。
其中，功率模块的数量可以是两个或更多，各功率模块之间可以是通过串联或者并联的方式连接。目标器件的数量可以是一个，也可以是多个。目标器件的类型并不唯一，可根据实际需求进行选择，在一个实施例中，目标器件包括半导体器件和/或磁性器件。例如，具体可以是将功率模块中的功率管散热器、电感和变压器等器件作为目标器件进行温度监测。温度采集器件的类型也并不唯一，具体可采用NTC电阻。控制装置的类型也不是唯一的，可以是采用DSP处理器、MCU、CPU等器件。
在一个实施例中，温度故障条件包括目标器件的温度大于预设的温度阈值，或温度故障条件包括目标器件的温度变化率大于预设的温度变化阈值。
在一个实施例中，控制装置还用于在功率模块满功率运行时，控制满功率运行的功率模块降功率运行，此时控制温度采集器件再次获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据。
在一个实施例中，控制装置在功率模块未满功率运行且各功率模块均过温时，控制各功率模块进行降功率运行；在功率模块未满功率运行且部分功率模块过温时，根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节。
在一个实施例中，控制装置在功率模块为串联状态时，则保持功率模块的电流不变，减小过温的功率模块的电压，增大未过温的功率模块的电压，保持功率模块的对外输出功率不变；在功率模块为并联状态时，则保持功率模块的电压不变，减小过温的功率模块的电流，增大未过温的功率模块的电流，保持功率模块的对外输出功率不变。
为便于更好地理解上述功率模块的功率分配控制方法、装置和功率模块设备，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
在多个级联的功率模块中，由于半导体器件和磁性器件一致性的差异，会导致每个功率模块的发热量不一致，此时每个功率模块工作在相同的工况下时发热量是不一样的，对器件的老化程度也会不一致。基于上述原因，如果一个功率模块的器件长时间超出限制温度使用，会提前对器件造成不可逆的损害，影响模块的正常使用。
基于此，本申请提供了一种基于模块温度来调整两个功率模块的工作状态的策略，适用于对电力电器设备，如充电桩等设备中的功率模块进行功率分配。将多个NTC电阻分别放在发热的半导体器件和磁性器件上，通过NTC电阻的温度及温度变化率来决定两个功率模块的功率、电流和电压等。
具体地，当通过在功率器件上的NTC电阻感知到功率模块过热或者温度变化率超过一定数值时，会根据此NTC电阻的位置来改变对应功率模块的电流、电压和功率等，使这个模块的发热量和温度变化率减小，通过此策率来分配两个模块的负载能力，可以根据实时环境更合理的分配功率，大大延长模块的使用寿命，减轻器件不一致性带来的危害。此外，本策略可以不限制为两个功率模块，可以拓展为N个功率模块，根据N个功率模块的温度及温度变化率来决定各个模块的功率分配情况，此策略在大功率模块的场景下非常实用。
如图3所示，本方案中将NTC电阻设置在半导体器件和磁性器件等主要发热器件的采样位置，通过这些NTC电阻采样到DSP处理器，可以得知各个发热器件的温度及温度变化率，为我们的策略执行提供必要的硬件保障。其中，功率模块的目标器件包括功率管散热器、电感和变压器，K1、K2为并联继电器，K3为串联继电器。
本方案提供的策略如图4所示，以两个功率模块为例，其中一个功率模块采集到的温度数据包括数据TL1、Tm1、TC1、TLr1、Tt1、TLs1和TC3，根据温度数据得到的温度变化率包括变化率tL1、tm1、tC1、tLr1、tt1、tLs1和tC3；另一个功率模块采集到的温度数据包括数据TL2、Tm2、TC2、TLr2、Tt2、TLs2和TC4，根据温度数据得到的温度变化率包括变化率tL2、tm2、tC2、tLr2、tt2、tLs2和tC4。如果功率模块的任意一个温度数据大于温度阈值，或任意一个温度变化率大于变化率阈值，则可认为该功率模块存在温度故障。根据判断方式不同，温度故障可分为过温和温度变化率过快两种情况，当功率模块遇到过温故障(即温度大于温度阈值T时)或者温度变化率过快(即温度变化率大于变化率阈值t时)，首先判断目前模块是否满功率运行，满功率运行时两个功率模块降低功率运行，继续判断是否有过温故障产生或温度变化率过快。
当非满功率运行时，检测到模块一、模块二同时过温，则均降功率运行；检测到模块一过温，模块二未过温时，判断目前模块处于串联还是并联状态；串联状态时，两个模块电流不变，减小过温模块的电压，增加未过温模块的电压，保持模块整体对外输出功率不变；并联时，两个模块电压不变，减小过温模块的电流，增大未过温模块的电流。可以理解，当检测到模块二过温，模块一未过温时，同样分析两个模块处于串联还是并联状态；串联状态时，两个模块电流不变，减小过温模块的电压，增加未过温模块的电压，保持模块整体对外输出功率不变；并联时，两个模块电压不变，减小过温模块的电流，增大未过温模块的电流。通过结合功率模块中目标器件的温度数据对功率模块的工作参数进行调节，实现根据实际需求进行功率分配，避免各功率模块的发热量相差过大，最终保证各个发热器件控制在理想的工作温度内，既保证了功率的正常输出，也保证了器件的寿命，延长模块寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，包括：
获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据；
在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行；
若所述功率模块未满功率运行，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节。
2.根据权利要求1所述的功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，所述温度故障条件包括目标器件的温度大于预设的温度阈值，或所述温度故障条件包括目标器件的温度变化率大于预设的温度变化阈值。
3.根据权利要求1所述的功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，所述目标器件包括半导体器件和/或磁性器件。
4.根据权利要求1所述的功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，所述在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行之后，还包括：若所述功率模块满功率运行，则控制满功率运行的功率模块降功率运行。
5.根据权利要求1所述的功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，所述若所述功率模块未满功率运行，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节，包括：
若所述功率模块未满功率运行且各所述功率模块均过温，则控制各所述功率模块进行降功率运行；
若所述功率模块未满功率运行且部分所述功率模块过温，则根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节。
6.根据权利要求5所述的功率模块的功率分配控制方法，其特征在于，所述功率模块的工作参数包括电流和电压；所述根据功率模块的连接关系对功率模块的工作参数进行调节，包括：
若所述功率模块为串联状态，则保持所述功率模块的电流不变，减小过温的功率模块的电压，增大未过温的功率模块的电压，保持所述功率模块的对外输出功率不变；
若所述功率模块为并联状态，则保持所述功率模块的电压不变，减小过温的功率模块的电流，增大未过温的功率模块的电流，保持所述功率模块的对外输出功率不变。
7.一种功率模块的功率分配控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取两个以上的功率模块中目标器件的温度数据；
数据分析模块，用于在所述目标器件的温度数据符合预设的温度故障条件时，分析所述功率模块是否满功率运行；
参数调节模块，用于在所述功率模块未满功率运行时，根据所述温度数据对所述功率模块的工作参数进行调节。
8.一种功率模块设备，其特征在于，包括温度采集器件、控制装置和两个以上的功率模块，所述温度采集器件设置于所述功率模块的目标器件，所述控制装置连接所述温度采集器件和所述功率模块；所述温度采集器件用于采集功率模块中目标器件的温度数据并发送至所述控制装置，所述控制装置用于根据权利要求1-6任意一项所述的方法进行功率分配控制。
9.根据权利要求8所述的功率模块设备，其特征在于，所述温度采集器件为NTC电阻。
10.根据权利要求8或9所述的功率模块设备，其特征在于，所述功率模块之间串联或并联。
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