一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法

技术领域

本发明涉及功率模块技术领域，尤其涉及一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法。

背景技术

目前，在智能功率模块运行时，为避免因温度过高导致智能功率模块损毁，通常通过监控智能功率模块的温度，设定预设温控阈值，当智能功率模块的温度大于预设温控阈值时，对智能功率模块连接的压缩机进行降频处理，从而实现对智能功率模块达到降温效果。

考虑到频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响，现有的降频处理方式通常为缓慢匀速降频。

考虑到因智能功率模块处于散热不良的环境下缓慢匀速降频带来的温降可能慢于智能功率模块的温升，导致模块温度过冲，损坏智能功率模块，目前，针对该问题的解决方案通常为设定突降频率，当智能功率模块处于散热不良情况时，采用突降频率处理方法防止智能功率模块损坏。

但考虑到散热不良情况下采用突降频率处理方法对智能功率模块进行温降仍可能会因频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响，因此提出一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法，采用分阶段温度控制的方法，在智能功率模块处于散热不良情况时，分阶段突降频率用于控制智能功率模块的温降，达到对智能功率模块快速降温的同时不会因为频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法，采用分阶段温度控制的方法，在智能功率模块处于散热不良情况时，分阶段突降频率用于控制智能功率模块的温降，达到对智能功率模块快速降温的同时不会因为频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响的效果。

一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法，包括如下步骤：步骤1、获取智能功率模块的模块温度，在模块温度大于预设温控阈值时判断智能功率模块是否存在散热不良；步骤2、若存在散热不良，获取基础升温效率，根据突降条件、基础升温效率和预设温控阈值确定突降频率和突降时间；步骤3、突降时间后，获取当前模块温度和当前基础升温效率，根据突降条件、当前基础升温效率和当前模块温度确定新的突降频率和突降时间；步骤4、重复步骤3，直至模块温度小于预设温度安全值时结束。

作为本发明的一种实施例，判断智能功率模块是否存在散热不良的步骤包括：单位时间内，计算当前模块温度与前一次获取的模块温度之间的模块温度变化值；获取智能功率模块控制设备的运行电流和预设单位时间散热温度变化值；若运行电流小于预设超频运行电流，且模块温度变化值大于预设单位时间散热温度变化值，则判定智能功率模块存在散热不良。

作为本发明的一种实施例，突降条件包括：突降频率比例梯度表、温度变化比例梯度表和突降频率安全变频时间梯度表；其中，突降频率比例梯度表包括通过实验获取的在不影响设置有智能功率模块的设备正常运行的前提下可逐级最大限度突降的突降频率比例；温度变化比例梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的在智能功率模块的模块温度不超过临界温度的前提下逐级变化的温度变化比例；温度变化比例包括温度降低比例和温度增加比例其中任一项；突降频率安全变频时间梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的安全变频时间。

作为本发明的一种实施例，步骤2具体包括：若存在散热不良，获取模块温度变化值计算得到智能功率模块的基础升温效率；获取温度变化比例梯度表中的第一温度变化比例；根据第一温度变化比例和预设温控阈值确定第一温度阈值；获取智能功率模块的当前频率和突降频率比例梯度表中的第一突降频率比例；根据第一突降频率比例和当前频率确定突降频率；获取突降频率对应的标准温降效率；根据基础升温效率和标准温降效率计算智能功率模块从预设温控阈值变化到第一温度阈值的预计第一时间；判断预计第一时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第一安全变频时间；根据判断结果确定突降时间。

作为本发明的一种实施例，根据判断结果确定突降时间包括：若判断结果为大于，将第一安全变频时间作为突降时间，若判断结果为不大于，将预计第一时间作为突降时间。

作为本发明的一种实施例，步骤3具体包括：突降时间后，获取当前模块温度，根据当前模块温度和预设温控阈值确定第二模块温度变化值；根据第二模块温度变化值计算得到智能功率模块的当前基础升温效率；获取温度变化比例梯度表中的第二温度变化比例；根据第二温度变化比例和当前模块温度确定第二温度阈值；获取突降频率比例梯度表中的第二突降频率比例，根据第二突降频率比例和突降频率确定新的突降频率；获取新的突降频率在突降频率的基础上对应提升的标准提升温降效率；计算当前模块温度与第一温度阈值的温度误差，根据温度误差确定效率误差系数；根据效率误差系数对标准提升温降效率进行校正，得到校正提升温降效率；根据当前基础升温效率和校正提升温降效率计算智能功率模块从当前模块温度变化到第二温度阈值的预计第二时间；判断预计第二时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第二安全变频时间；根据判断结果确定新的突降时间。

作为本发明的一种实施例，根据判断结果确定新的突降时间包括：若判断结果为大于，将第二安全变频时间作为新的突降时间，若判断结果为不大于，将预计第二时间作为新的突降时间。

作为本发明的一种实施例，根据温度误差确定效率误差系数包括：根据温度误差重新校正标准温降效率，得到校正后的校正温降效率；根据标准温降效率和校正温降效率确定效率误差系数。

作为本发明的一种实施例，一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法还包括：根据突降频率和突降时间对智能功率模块连接的压缩机执行频率突降操作。

作为本发明的一种实施例，一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法还包括：当智能功率模块的模块温度小于预设温度安全值后对智能功率模块连接的压缩机执行正常预设降频速度的降频操作。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法，采用分阶段温度控制的方法，在智能功率模块处于散热不良情况时，分阶段突降频率用于控制智能功率模块的温降，达到对智能功率模块快速降温的同时不会因为频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法中步骤2的具体流程图；

图3为本发明实施例中一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法中步骤3的具体流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法，包括如下步骤：步骤1、获取智能功率模块的模块温度，在模块温度大于预设温控阈值时判断智能功率模块是否存在散热不良；步骤2、若存在散热不良，获取基础升温效率，根据突降条件、基础升温效率和预设温控阈值确定突降频率和突降时间；步骤3、突降时间后，获取当前模块温度和当前基础升温效率，根据突降条件、当前基础升温效率和当前模块温度确定新的突降频率和突降时间；步骤4、重复步骤3，直至模块温度小于预设温度安全值时结束；

上述技术方案的工作原理为：一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块包括驱动模块、功率模块和散热模块，其中，功率模块上设置有预设数量的硅芯片和氮化镓芯片，驱动模块上则上设置有与硅芯片和氮化镓芯片对应数量的驱动芯片，散热模块用于对智能功率模块整体进行散热操作；该智能功率模块的温度控制方法包括：首先，通过监控该智能功率模块温度的设备获取智能功率模块的模块温度，当该模块温度大于预设温控阈值时判断智能功率模块是否存在散热不良，该预设温控阈值为判断是否需要对智能功率模块进行降频降温的判断阈值，该预设温控阈值优选为距离智能功率模块的临界温度还存在一定安全距离的温度值，例如，若距离智能功率模块的临界温度为X，则预设温控阈值为Y，且X>Y，X-Y＝Z，Z为设定的安全值；若判断结果为当前智能功率模块存在散热不良，则获取智能功率模块的基础升温效率，该基础升温效率优选包含散热模块散热后智能功率模块的整体升温效率，然后根据突降条件、基础升温效率和预设温控阈值确定突降频率和突降时间，同时，控制智能功率模块所连接的压缩机根据突降频率进行降频，同时根据该突降频率维持突降时间，突降时间后，获取智能功率模块的当前模块温度和当前基础升温效率，同时根据突降条件、当前基础升温效率和当前模块温度确定新的突降频率和突降时间，并控制智能功率模块所连接的压缩机根据新的突降频率进行降频，和，根据该新的突降频率维持新的突降时间，重复上述步骤，分阶段频率突降，直至模块温度小于预设温度安全值时结束频率突降，改为正常降频方式，即缓慢匀速降频方式；

上述技术方案的有益效果为：通过上述技术方案，采用分阶段温度控制的方法，在智能功率模块处于散热不良情况时，分阶段突降频率用于控制智能功率模块的温降，达到对智能功率模块快速降温的同时不会因为频率突然变化过大可能对智能功率模块连接设备正常运行造成不良影响的效果。

在一个实施例中，判断智能功率模块是否存在散热不良的步骤包括：单位时间内，计算当前模块温度与前一次获取的模块温度之间的模块温度变化值；获取智能功率模块控制设备的运行电流和预设单位时间散热温度变化值；若运行电流小于预设超频运行电流，且模块温度变化值大于预设单位时间散热温度变化值，则判定智能功率模块存在散热不良。

在一个实施例中，突降条件包括：突降频率比例梯度表、温度变化比例梯度表和突降频率安全变频时间梯度表；其中，突降频率比例梯度表包括通过实验获取的在不影响设置有智能功率模块的设备正常运行的前提下可逐级最大限度突降的突降频率比例；温度变化比例梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的在智能功率模块的模块温度不超过临界温度的前提下逐级变化的温度变化比例；温度变化比例包括温度降低比例和温度增加比例其中任一项；突降频率安全变频时间梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的安全变频时间；

上述技术方案的工作原理为：优选根据突降频率对智能功率模块连接设备正常运行不会造成影响，同时分阶段频率突降不会导致智能功率模块因温降不及时导致智能功率模块损坏为基础构建突降条件，通常情况下，突降条件包括突降频率比例梯度表、温度变化比例梯度表和突降频率安全变频时间梯度表，该突降频率比例梯度表和突降频率安全变频时间梯度表用于保障突降频率对智能功率模块连接设备正常运行不会造成影响，温度变化比例梯度表则用于保障在突降期间分阶段频率突降不会导致智能功率模块因温降不及时导致智能功率模块损坏，其中，突降频率比例梯度表包括通过实验获取的在不影响设置有智能功率模块的设备正常运行的前提下可逐级最大限度突降的突降频率比例，该实验包括但不限于根据大数据技术对大量数据进行分析，可逐级最大限度突降的意思优选为，例如，当前设置有智能功率模块的设备为某型号空调，该型号空调在大数据调研中分析得到其在正常运行时，频率为50hz，在50hz正常运行时，突降频率范围在0-6hz时不会对其正常运行造成影响，则第一级最大限度突降的突降频率比例则为3/25，在第一次突降后，频率突降为44hz，此时根据该型号空调在大数据调研中分析得到其在第一次突降后，不会对其正常运行造成影响的第二次突降频率范围，从而确定第二级最大限度突降的突降频率比例，以此类推形成突降频率比例梯度表；温度变化比例梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的在智能功率模块的模块温度不超过临界温度的前提下逐级变化的温度变化比例；温度变化比例包括温度降低比例和温度增加比例其中任一项；其中，在第一阶段降温时，因降频变化不大，所以存在降频后智能功率模块仍然处于升温状态，但升温速度较降温前变缓，通过大数据技术对大量突降频率比例梯度表中数据对应的温度变化值进行分析，得到在任一突降阶段智能功率模块的模块温度都不超过临界温度的温度变化比例，突降前几阶段，温度温度变化比例通常为温度增加比例，突降后几阶段，温度温度变化比例通常为温度降低比例，临界温度为智能降温模块刚好损坏的温度；突降频率安全变频时间梯度表包括通过实验获取的与突降频率比例对应的安全变频时间；即通过大数据技术对大量数据分析得到的在与突降频率比例对应的频率下运行多久时间后再次突降不会影响设置有智能功率模块的设备正常运行的安全时间；

上述技术方案的有益效果为：通过设置突降条件，为分阶段突降频率温度控制提供数据支撑，提高分阶段突降可行性和温降效率。

请参阅图2，在一个实施例中，步骤2具体包括：S101、若存在散热不良，获取模块温度变化值计算得到智能功率模块的基础升温效率；S102、获取温度变化比例梯度表中的第一温度变化比例，根据第一温度变化比例和预设温控阈值确定第一温度阈值；S103、获取智能功率模块的当前频率和突降频率比例梯度表中的第一突降频率比例，根据第一突降频率比例和当前频率确定突降频率；S104、获取突降频率对应的标准温降效率，根据基础升温效率和标准温降效率计算智能功率模块从预设温控阈值变化到第一温度阈值的预计第一时间；S105判断预计第一时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第一安全变频时间；S106、根据判断结果确定突降时间；

上述技术方案的工作原理为：若存在散热不良，获取模块温度变化值计算得到智能功率模块的基础升温效率；该基础升温效率优选计算从单位时间内前一次获取的模块温度到当前模块温度这段时间内的内温度上升的速率；同时获取温度变化比例梯度表中的第一温度变化比例；根据第一温度变化比例和预设温控阈值确定第一温度阈值，确定方法优选为A＝B*C+C，其中，A为第一温度阈值，B为第一温度变化比例，若第一温度变化比例为温度增长比例，则B为正数，若第一温度变化比例为温度降低比例，则B为负数，C为预设温控阈值；获取智能功率模块的当前频率和突降频率比例梯度表中的第一突降频率比例；根据第一突降频率比例和当前频率确定突降频率，确定方法优选为D＝E-E*F，其中，D为突降频率，E为当前频率，F为第一突降频率比例；获取突降频率对应的标准温降效率，该突降频率对应的标准温降效率优选为预先设定好的通过对大量对应突降频率进行分析得到的平均温降效率；根据基础升温效率和标准温降效率计算智能功率模块从预设温控阈值变化到第一温度阈值的预计第一时间，计算方法优选为T＝(G-H)/(I+J)，其中，G为第一温度阈值，H为预设温控阈值，T为预计第一时间，I为基础升温效率，J为标准温降效率，其中，J为负数；判断预计第一时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第一安全变频时间；根据判断结果确定突降时间；

上述技术方案的有益效果为：通过上述技术方案，完成分阶段温度控制的第一阶段，提高温降效率。

在一个实施例中，根据判断结果确定突降时间包括：若判断结果为大于，将第一安全变频时间作为突降时间，若判断结果为不大于，将预计第一时间作为突降时间。

请参阅图3，在一个实施例中，步骤3具体包括：S201、突降时间后，获取当前模块温度，根据当前模块温度和预设温控阈值确定第二模块温度变化值；S202、根据第二模块温度变化值计算得到智能功率模块的当前基础升温效率；S203、获取温度变化比例梯度表中的第二温度变化比例，根据第二温度变化比例和当前模块温度确定第二温度阈值；S204、获取突降频率比例梯度表中的第二突降频率比例，根据第二突降频率比例和突降频率确定新的突降频率；S205、获取新的突降频率在突降频率的基础上对应提升的标准提升温降效率；S206、计算当前模块温度与第一温度阈值的温度误差，根据温度误差确定效率误差系数；S207、根据效率误差系数对标准提升温降效率进行校正，得到校正提升温降效率；S208、根据当前基础升温效率和校正提升温降效率计算智能功率模块从当前模块温度变化到第二温度阈值的预计第二时间；S209、判断预计第二时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第二安全变频时间；S210、根据判断结果确定新的突降时间；

上述技术方案的工作原理为：突降时间后，获取当前模块温度，根据当前模块温度和预设温控阈值确定第二模块温度变化值；确定方法优选为当前模块温度减去预设温控阈值的绝对值；更进一步地，重复步骤3时，预设温控阈值改为上一次的模块温度；根据第二模块温度变化值计算得到智能功率模块的当前基础升温效率，即计算从预设温控阈值到当前模块温度这段突降时间内温度上升的速率；获取温度变化比例梯度表中的第二温度变化比例；根据第二温度变化比例和当前模块温度确定第二温度阈值；第二温度阈值的计算方法优选和第一温度阈值的计算方法相同；获取突降频率比例梯度表中的第二突降频率比例，根据第二突降频率比例和突降频率确定新的突降频率；确定方法优选和步骤2中的突降频率的确定方法相同；获取新的突降频率在突降频率的基础上对应提升的标准提升温降效率；该标准提升温降效率优选为当前新的突降频率的标准温降效率比上一突降频率对应的标准温降效率提升的那一部分温降效率；计算当前模块温度与第一温度阈值的温度误差，根据温度误差确定效率误差系数；根据效率误差系数对标准提升温降效率进行校正，得到校正提升温降效率，校正方法优选为P＝O*L，其中，P为校正提升温降效率，O为效率误差系数，L为标准提升温降效率；根据当前基础升温效率和校正提升温降效率计算智能功率模块从当前模块温度变化到第二温度阈值的预计第二时间；该预计第二时间的计算方法优选与计算预计第一时间的计算方法相同，其中标准温降效率改为校正提升温降效率；判断预计第二时间是否大于突降频率安全变频时间梯度表中的第二安全变频时间；根据判断结果确定新的突降时间；

上述技术方案的有益效果为：通过上述技术方案，完成分阶段温度控制除第一阶段外的后续阶段，提高温降效率。

在一个实施例中，根据判断结果确定新的突降时间包括：若判断结果为大于，将第二安全变频时间作为新的突降时间，若判断结果为不大于，将预计第二时间作为新的突降时间。

在一个实施例中，根据温度误差确定效率误差系数包括：根据温度误差重新校正标准温降效率，得到校正后的校正温降效率；根据标准温降效率和校正温降效率确定效率误差系数；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：在实际情况中，随着智能功率模块和设置有智能功率模块的设备的使用年限增长，其相应频率对应的标准温降效率可能存在一定误差，因此，通过每次突降后，根据实际温度误差确定效率误差系数，从而在每次突降后对相应温降效率进行效率误差系数确定，进而提高分阶段突降频率温度控制的控制精度，其中，根据温度误差重新校正标准温降效率具体为根据预设温控阈值、第一温度阈值、突降时间、基础升温效率和标准温降效率建立函数关系，再将第一温度阈值替换为当前模块温度，突降时间、预设温控阈值和基础升温效率等数值不变的情况下，去求解新的标准温降效率作为校正温降效率，再根据标准温降效率和校正温降效率的比值确定效率误差系数。

在一个实施例中，一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法还包括：根据突降频率和突降时间对智能功率模块连接的压缩机执行频率突降操作。

在一个实施例中，一种基于氮化镓功率芯片的智能功率模块的温度控制方法还包括：当智能功率模块的模块温度小于预设温度安全值后对智能功率模块连接的压缩机执行正常预设降频速度的降频操作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。