[发明专利]地铁再生制动能馈装置功率模块的散热系统及控制方法

说明书

本发明具体涉及地铁再生制动能馈装置功率模块的散热系统及控制方法，地铁再生制动能馈装置功率模块散热系统包括IGBT功率模块、测量IGBT功率模块温度的NTC热敏电阻、安装在IGBT功率模块的散热风道中的风速测量装置、安装在散热风道中的散热风机、散热风机电路中安装测量风机电路电流的电流测量装置、第一采样调理单元模块、第二采样调理单元模块、第三采样调理单元模块以及控制单元。本方法可以快速检测到功率模块散热风机系统各种异常情况并在毫秒级时间内及时上传至控制系统，控制系统下发IGBT脉冲封锁指令，关断IGBT，从而避免IGBT功率模块存在爆炸的风险。

技术领域

本发明涉及地铁再生制动领域，具体涉及地铁再生制动能馈装置功率模块的散热系统及控制方法。

背景技术

地铁再生制动能馈装置的主要作用是在地铁进站时，通过检测并稳定直流侧电网电压来实现将地铁刹车能量回馈到交流电网的目的。而控制能量从直流侧电网转移到交流电网的核心即为控制大功率开关器件IGBT，按照给定的电流波形进行通断。IGBT的开关频率通常比较高，基本上可达1kHz~20kHz左右，在开通/关断电流的过程中，会产生较大的开关损耗和导通损耗，该损耗以产生热量的形式向外输出。通常将IGBT安装于散热基板上，为了降低能馈装置体积，一般散热器都会配置冷却风机给散热器散热。一旦散热系统出现问题，IGBT就会出现因热量不能及时散出而导致的器件爆炸，造成设备无法安全运行，同时也会造成较大的经济损失，严重时会危及设备其它部件及人身安全。

对于风冷散热型IGBT模块的过温保护，常见的做法是通过检测IGBT模块内部或者装在散热器表面的NTC热敏电阻来判断是否过温。不过仅仅依靠判断NTC温度值来进行温度保护存在一定风险：一是由于NTC电阻只是安装于散热器或者靠近芯片周围，并不能反映芯片的真正温度，两者之间由于热阻的存在会导致测量值与真实温度间存在较大差异；二是地铁再生制动能馈装置的工况为间歇式周期工作制（即地铁进站刹车的十几秒时间满负荷工作，之后等待两分钟左右等下一次刹车制动过程再次工作。）由于其工作时间短，且功率在1s内即达到兆瓦级功率，相当于是冲击性负载，因此IGBT芯片温度还没来得及将热量传递到NTC上时，其工作过程已完成，因此单独依赖该NTC进行IGBT过温保护存在一定的炸机风险。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述的技术问题，本发明提供一种提高地铁再生制动能馈装置中功率模块散热可靠性的方法，通过本方法，可以快速检测到功率模块散热风机系统各种异常情况并在毫秒级时间内及时上传至控制系统，控制系统下发IGBT脉冲封锁指令，关断IGBT，从而避免IGBT功率模块存在爆炸的风险。通过本方法，可有效提高功率模块散热系统的可靠性，保证了设备的安全可靠运行。

2.技术方案：

一种地铁再生制动能馈装置功率模块的散热系统，其特征在于：地铁再生制动能馈装置功率模块散热系统包括IGBT功率模块、测量IGBT功率模块温度的NTC热敏电阻、安装在IGBT功率模块的散热风道中的风速测量装置、安装在散热风道中的散热风机、散热风机电路中安装测量风机电路电流的电流测量装置、第一采样调理单元模块、第二采样调理单元模块、第三采样调理单元模块以及控制单元。

所述风速测量装置采样IGBT功率模块的散热风道中的风速信号，并将信号传输至第一采样调理单元模块。

所述电流测量装置采样所在的风机的电流大小信号，并将信号传输至第二采样调理单元模块。

所述NTC热敏电阻采样IGBT功率模块的实时温度，并将温度信号出的电阻传输至第三采样调理单元模块。

所述第一采样调理单元模块、第二采样调理单元模块均与控制系统相连；所述控制系统发布脉冲指令至IGBT功率模块。

一种地铁再生制动能馈装置功率模块散热控制方法，控制如上所述的一种地铁再生制动能馈装置功率模块散热系统：包括以下步骤：