[发明专利]一种电力电子系统功能安全控制装置和方法

权利要求书

1.一种电力电子系统功能安全控制装置，包括电力电子开关管、电力电子开关管驱动电路，其特征在于，还包括过载控制模块、上位机和主控电路，其中，所述过载控制模块分别与所述电力电子开关管、所述电力电子开关管驱动电路、所述上位机和所述主控电路具有通信连接，所述过载控制模块基于来自于所述上位机的操控命令以及采集的所述电力电子开关管的温度数据确定安全电流I_max或安全功率P_{e_max}，以调节所述主控电路产生相应脉宽调制波经由所述电力电子开关管驱动电路驱动所述电力电子开关管。

2.根据权利要求1所述的电力电子系统功能安全控制装置，其特征在于，在所述上位机发送的操控命令指示电流小于I_max或功率小于P_{e_max}的情况下，所述过载控制模块将所述上位机的操控命令直接传递给所述主控电路，所述主控电路产生相应频率和占空比的脉宽调制波来驱动所述电力电子开关管。

3.根据权利要求1所述的电力电子系统功能安全控制装置，其特征在于，在所述上位机发送的操控命令指示电流大于I_max或功率大于P_{e_max}的情况下，所述过载控制模块将接收的将所述上位机的操控命令发送给所述主控电路并指示所述上位机降低功率或电流。

4.根据权利要求1所述的电力电子系统功能安全控制装置，其特征在于，所述过载控制模块被配置为根据以下方式确定安全电流I_max：

设置预测时间范围和预测时间步长，基于不同预测时间步长内所述电力电子开关管耗散的热量获取预测时间范围内所述电力电子开关管的总散热量

基于总散热量确定所述电力电子开关管在预测时间范围内吸收的最大能量

根据获得的和所述电力电子开关管的温度变化信息，确定对应的安全电流I_max。

5.根据权利要求4所述的电力电子系统功能安全控制装置，其特征在于，所述电力电子开关管的总散热量表示为：

所述电力电子开关管在预测时间范围内吸收的最大能量表示为：

结合所述电力电子开关管的总散热量所述电力电子开关管的最大温升以及所述电力电子开关管在预测时间范围内吸收的最大能量确定对应的安全电流I_max；

其中，所述电力电子开关管的最大温升表示为T_S是电力电子开关管的测量温度，m是电力电子开关管的等效质量，T_amb是周围环境温度，R_T是等效热阻，N是预测时间范围中的时间步数，ΔT_S是每个预测时间步长内电力电子开关管的温升，C是等效比热容。

6.根据权利要求1所述的电力电子系统功能安全控制装置，其特征在于，所述过载控制模块被配置为基于限值PI控制器来确定所输出的电流或功率，包括：

将所述电力电子开关管的温度限制T_lim与温度测量值T_S的差值输入限值PI控制器；

在T_lim大于等于T_S的情况下，限制PI控制器的输出为0，将PI控制器的输出加上所述上位机指示的电流或功率，作为所述过载控制模块的输出，并输出至所述主控电路用于生成相应的脉宽调制波；

在T_lim小于T_S的情况下，限制PI控制器的输出是负值，限制PI控制器的输出将减小所述上位机指示的电流或功率并减少所述过载控制模块的输出，直到T_lim大于等于T_S为止。