本發(fā)明屬于能耗測試與分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于溫度場的磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)能耗測試與分析方法。
背景技術(shù)：
：磁耦合共振式無線能量傳輸方式與傳統(tǒng)電能傳輸方式相比，具有諸多優(yōu)勢，其應用前景可廣泛應用于無線充電汽車、工業(yè)機器人、家用電器、醫(yī)療器械和航空航天、水下作業(yè)等特殊領(lǐng)域。然而，目前磁耦合共振式WPT技術(shù)在實際應用中并未得到廣泛推廣使用。其主要制約因素之一是系統(tǒng)整機效率相對較低，能量在傳輸過程中通過系統(tǒng)各個模塊環(huán)節(jié)時，由于弱耦合、線圈材質(zhì)、低效驅(qū)動源等因素的影響存在能量損耗，因此無法滿足大功率遠距離情況下的要求。為提高系統(tǒng)的效率，歸納不同因素在系統(tǒng)損耗中的貢獻大小，需對磁耦合共振式WPT系統(tǒng)整機能量損耗進行分析。根據(jù)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，其主要損耗分析有高頻逆變損耗、高頻整流損耗、高頻電感線圈損耗、高頻輻射損耗等各部分能量損耗。能量損耗的分析一方面有助于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化設計，另一方面有助于電路優(yōu)化設計與元器件選型，從而提高傳輸功率和系統(tǒng)傳輸效率。當前，已有較多對諧振線圈間WPT系統(tǒng)的能效分析的研究，提出了多種計算系統(tǒng)損耗、提高系統(tǒng)能效的措施。然而，針對磁共振式WPT系統(tǒng)整體的損耗的研究較少，特別是對線圈高頻效應下?lián)p耗分析以及高頻驅(qū)動源的損耗分析。綜合來看，目前的研究多為定性的分析，缺乏對實際應用的磁共振式系統(tǒng)整體的損耗全面定量的測試與分析。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于溫度場的能耗測試與分析方法，能夠?qū)Υ殴舱袷较到y(tǒng)整體的損耗進行全面定量的測試和分析，并且便捷的測量出系統(tǒng)損耗。本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用了以下方案：本發(fā)明提供一種基于溫度場的能耗測試與分析方法，用于對磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)進行能耗測試與分析，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：采用紅外熱像儀獲取無線能量傳輸系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)的紅外熱像圖；步驟2：通過數(shù)值分析與提取軟件從紅外熱像圖中提取溫度場參數(shù)數(shù)據(jù)；步驟3：采用熱譜分析方法對溫度場參數(shù)數(shù)據(jù)進行處理，并繪制相應偏置條件下的各個模塊的熱譜圖與一維溫度分布圖，反映各個模塊的模塊的溫度場參數(shù)；步驟4：基于上述各個模塊的模塊的溫度場參數(shù)，結(jié)合周圍的環(huán)境條件和查閱各個模塊出廠資料中的封裝材料的導熱系數(shù)、被封裝在內(nèi)部的各種元器件的型號和具體尺寸，并根據(jù)傳熱學理論中組成模塊的各部分元器件的熱損耗計算方法，計算出各部分模塊的熱損耗，得到系統(tǒng)的功率損耗。進一步地，本發(fā)明提供的基于溫度場的能耗測試與分析方法還可以具有以下特征：在步驟1中，是采用紅外成像儀，對無線能量傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)下的各個模塊進行拍攝，每間隔一定時間拍攝一次，直到最大溫度數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)，然后導出各個模塊在穩(wěn)態(tài)時的紅外熱像圖，從而獲得無線能量傳輸系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)的紅外熱像圖。進一步地，本發(fā)明提供的基于溫度場的能耗測試與分析方法還可以具有以下特征：步驟2包含以下子步驟：步驟2-1：紅外溫度擬合，首先通過數(shù)值分析與提取軟件將紅外熱像圖轉(zhuǎn)化為灰度圖，根據(jù)紅外熱像圖的最大溫度、最小溫度對應的灰度值，擬合出每個像素點的溫度值對灰度值的函數(shù),并計算出紅外熱像圖內(nèi)每種灰度值所對應的溫度值；步驟2-2：像素點溫度分析，任選灰度圖上一處區(qū)域，結(jié)合步驟2-1所得的溫度數(shù)據(jù)，通過數(shù)值分析與提取軟件獲取區(qū)域內(nèi)每個像素點所對應的溫度值，以及該選擇區(qū)域內(nèi)的最高、最低溫度和平均溫度。進一步地，本發(fā)明提供的基于溫度場的能耗測試與分析方法還可以具有以下特征：在步驟二中，數(shù)值分析與提取軟件是Matlab軟件。進一步地，本發(fā)明提供的基于溫度場的能耗測試與分析方法還可以具有以下特征：步驟3包括以下子步驟：步驟3-1：繪制熱譜圖，在紅外熱像圖上選擇模塊所位于的區(qū)域，該選定區(qū)域內(nèi)分布有不同的溫度，設共有n個值，其中第i個溫度Ti，對應有mi個像素點；將所有像素點的個數(shù)i當作1，則每個溫度對應的像素點個數(shù)進行歸一化處理，可得所選區(qū)域每個溫度分布的歸一化面積；將溫度Tj作為橫坐標，歸一化面積Sei作為縱坐標，可得出相應的模塊的熱譜柱狀曲線圖；步驟3-2：繪制一維溫度分布圖，把選定區(qū)域內(nèi)所有溫度相同的像素點整體視為子模塊，則選定區(qū)域內(nèi)n個溫度對應n個子模塊，溫度為Ti的子模塊，其歸一化面積為Sei；將其歸一化面積作為一維長度來處理，按照溫度高低順序，以子模塊的溫度作為縱坐標，將低于該溫度的所有溫度值的歸一化面積進行累加，作為橫坐標，可得相應的模塊的一維溫度分布圖。發(fā)明的作用與效果本發(fā)明提供的基于溫度場的能耗測試與分析方法，采用紅外熱像儀獲取熱圖像，并通過數(shù)值分析與提取軟件從紅外熱像圖中提取溫度場參數(shù)數(shù)據(jù)，接著采用熱損耗測試方法來測試系統(tǒng)各部分模塊裝置的能量損耗，最后根據(jù)傳熱學理論中系統(tǒng)各部分元器件的熱損耗計算方法，計算出各部分模塊的熱損耗，得到系統(tǒng)的功率損耗，從而能夠?qū)ο到y(tǒng)穩(wěn)定運行過程中，各部分存在著的熱損耗進行傳熱分析，并進行測試，可以得到系統(tǒng)損耗的分布和主要組成部分。并且本發(fā)明的方法對這些損耗進行熱損耗測試，無需接入其他測試設備或儀器，對系統(tǒng)運行不影響，是一種無損測試。通過運用熱損耗仿真軟件進行測試，能夠便捷的測量出系統(tǒng)損耗。附圖說明圖1是實施例中的兩線圈磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例中的兩線圈磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的能流圖；圖3是實施例中的兩線圈磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路圖；圖4(a)～(d)是實施例中在不同工作條件下的系統(tǒng)功率損耗分布圖；圖5是實施例中的高頻逆變電路紅外熱成像圖；圖6是實施例中的高頻整流電路紅外熱成像圖；圖7(a)是實施例中發(fā)射端諧振線圈的紅外熱成像圖；圖7(b)是實施例中接收端諧振線圈的紅外熱成像圖；圖8(a)～(d)分別是高頻逆變橋路4個MOSFET的熱譜圖；圖9(a)～(d)分別是高頻逆變橋路4個MOSFET的一維溫度分布圖。具體實施方式在磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)中，能量傳輸效率是最重要的性能之一。通常，在磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定運行過程中，各部分存在著不同程度的損耗，主要集中在高頻驅(qū)動源、諧振回路和高頻整流環(huán)節(jié)。其中高頻驅(qū)動源損耗包括逆變電路損耗。諧振回路損耗包括發(fā)送回路的損耗和接收回路的損耗。高頻整流損耗主要為高頻整流器損耗。這些損耗通常是以熱的形式表現(xiàn)出來。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明涉及的基于溫度場的能耗測試與分析方法的具體實施方案進行詳細地說明。實施例1.系統(tǒng)熱損耗分析圖1是典型的兩線圈磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例中測試和分析的對象為典型的兩線圈磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)100。該兩線圈磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)100(以下簡稱：WPT100)是由直流電源110(高壓取電裝置)，高頻發(fā)射裝置120，高頻接收裝置130，以及負載部分140(在線監(jiān)測設備)組成，其中高頻發(fā)射裝置120又包括發(fā)射端控制模塊121、儲能模塊122、發(fā)射端線圈123；高頻接收裝置130包括接收端整流與檢測模塊131、儲能模塊132、接收端線圈133。因此，本發(fā)明的具體實施方式包括對系統(tǒng)發(fā)射端線圈123與接收端線圈133進行高頻線圈損耗分析、發(fā)射端控制模塊121進行逆變損耗分析和接收端整流與檢測模塊131進行整流損耗分析。受兩個線圈間距離較遠(弱耦合)、線圈材質(zhì)、低效驅(qū)動源等因素影響，WPT100在高頻驅(qū)動源(發(fā)射端控制模塊121)、諧振回路(發(fā)射端與接收端線圈123與133和儲能模塊122和132)和高頻整流環(huán)節(jié)(接收端整流與檢測模塊131)都存在著不同程度的損耗，系統(tǒng)的能量流圖如圖2所示。其等效電路圖如圖3所示，兩個諧振線圈回路參數(shù)相同，均由諧振電容,即儲能模塊C1或C2與諧振線圈,即接收端與發(fā)射端線圈L1或L2構(gòu)成，兩線圈之間的耦合系數(shù)為k，距離為D。兩個諧振回路的等效電阻分別為RP1、RP2。蓄電池模塊為Cr，接收端整流與檢測模塊可等效為圖3中接收端整流橋結(jié)構(gòu)。高壓感應取電裝置可等效為直流電源Vs，其內(nèi)阻為rs，經(jīng)過發(fā)射端控制模塊中的高頻逆變模塊，成為高頻交流電壓源，驅(qū)動發(fā)射線圈回路。兩線圈回路達到共振，電能通過磁場耦合傳輸，經(jīng)高頻整流濾波穩(wěn)壓后供給在線監(jiān)測設備，即負載RL供電。通過控制切換信號的頻率可以調(diào)節(jié)交流源的頻率以驅(qū)動線圈諧振。為便于實施參考起見，提供實施例的詳細方案：首先，對磁耦合共振式WPT100各個模塊進行電路分析，依據(jù)傳熱學理論和電路理論，分析各部分實際模型的電路原理和在高頻工作條件下電路的熱損耗和功率損耗機理，得到系統(tǒng)各個模塊的熱損耗計算方法。其次，采用紅外成像儀測溫方法進行溫度測試。使用紅外熱成像儀，拍攝裝置各個模塊的熱成像圖。并通過Matlab軟件從熱成像圖中提取溫度數(shù)據(jù)。采用熱譜分析方法進行分析，即通過數(shù)學統(tǒng)計方法，獲取各個模塊的溫度分布，以及平均溫度，最大溫度最小溫度。最后，通過結(jié)合周圍的環(huán)境條件和查閱各個模塊出廠資料中的封裝材料的導熱系數(shù)、被封裝在內(nèi)部的各種元器件的型號和具體尺寸。根據(jù)傳熱學理論中系統(tǒng)各部分器件熱損耗計算方法，計算各部分模塊的熱損耗，并得到系統(tǒng)的功率損耗。(1)熱譜分析方法假設在熱像圖上所選擇區(qū)域內(nèi)分布不同的溫度，共有n個值。其中第i個溫度Ti，對應有mi個像素點。若將所有像素點的個數(shù)i當作1，那么將每一個溫度對應的像素點個數(shù)進行歸一化處理，可得所選區(qū)域每一個溫度分布的歸一化面積。即溫度Ti所對應的歸一化面積為：Sei=mi(1/Σi=1nmi)---(1)]]>將溫度Ti為橫坐標，歸一化面積Sei作為縱坐標，可得出相應的熱譜圖結(jié)果。選定區(qū)域的平均溫度為：T‾=Σi=1nTiSei---(2)]]>假設可以把選定區(qū)域內(nèi)所有溫度相同的像素點整體視為一個子模塊。則選定區(qū)域內(nèi)n個溫度對應n個子模塊，溫度為Ti的子模塊，其歸一化面積為Sei。將其歸一化面積作為一維長度來處理。按照溫度高低順序，以子模塊的溫度作為縱坐標，將低于該溫度的所有溫度值的歸一化面積進行累加，作為橫坐標Sei_progression?？梢猿橄蟮胤从吵隽四K的溫度場參數(shù)，縱、橫坐標的數(shù)學表達式如下：Yi=TiXi=Σj=0i-1Sej(1≤i≤n,0≤j≤i-1,Se0=0)---(3)]]>(2)系統(tǒng)各部分器件熱損耗計算方法高頻逆變電路、高頻整流電路的元器件熱損耗主要是以固體傳熱方式進行。根據(jù)傳熱學定理中對固體傳熱方式的定義，系統(tǒng)高頻逆變電路、高頻整流電路的元器件在傳熱過程中溫度達到穩(wěn)態(tài)時，芯片元器件發(fā)熱量按基本公式計算，其中T1和T2分別代表器件外部和內(nèi)部溫度。Q=λA(T2-T1)δ=T2-T1Rth---(4)]]>系統(tǒng)高頻逆變電路、高頻整流電路的元器件各芯片導熱為單層或多層平壁穩(wěn)態(tài)導熱，當溫度達到穩(wěn)態(tài)時，芯片元器件的封裝熱阻Rth1Rth1=δλA---(5)]]>其中，δ為傳熱的平壁厚度，λ為使用封裝材料的導熱系數(shù)，А為熱量流過的截面積。系統(tǒng)發(fā)射端與接收端的諧振線圈已封裝成型，有多層材料。因而諧振線圈的導熱可視為多層圓筒壁的熱傳導，其熱阻Rth2按下式計算Rth2=Σi=1ndi+1-diλiAmiAmi=2πLdi+1-diln(di+1di)---(6)]]>其中，di為第i層圓筒壁厚度，λi為第i層使用封裝材料的導熱系數(shù)，Аmi為第i層熱量流過的等效截面積，L為發(fā)射端和接收端諧振線圈的周長。對于材料的導熱系數(shù)為λ的型材散熱器(存在于發(fā)射端高頻逆變和接收端整流模塊中)，由n塊平板組成，平板長度L、寬度l、厚度b。平板一邊連在同一塊有一定厚度的基板，平板間存在均勻的間隙。功率器件安裝在基板上，系統(tǒng)工作時有功率耗散，產(chǎn)生的熱量通過器件與散熱器接觸面?zhèn)鬟f到散熱器，該傳熱過程屬于固體導熱。因此，該散熱器內(nèi)部固體導熱的熱阻Rth3為Rth3=lλLbn---(7)]]>通過查閱相關(guān)封裝材料的導熱系數(shù)，以及各器件具體的尺寸大小，則可由以上熱阻公式可以計算裝置各部分器件的典型封裝熱阻，見表7。再結(jié)合各元器件芯片溫度測試的數(shù)據(jù)及環(huán)境溫度，代入發(fā)熱量計算公式中，則可計算出熱損耗。即本發(fā)明中采用的熱損耗計算方法。2.WPT100的電路損耗測試與分析為驗證本發(fā)明提出的一種基于溫度場的磁耦合共振式無線電能傳輸系統(tǒng)能耗測試與分析方法優(yōu)勢，本實例還對系統(tǒng)進行了對比分析，制作了相關(guān)實驗樣機。通過實驗分析，驗證本方法在系統(tǒng)熱損耗測試與分析中的科學性。在本實施例中，使用的WPT100各項參數(shù)如表1所示。表1磁耦合共振式WPT100參數(shù)列表在WPT100正常穩(wěn)定工作狀態(tài)下，不同工作頻率下，將系統(tǒng)分為直流電源、高頻逆變電路、高頻整流電路、諧振線線圈回路以及負載部分，則可將高頻逆變電路、高頻整流電路、發(fā)射端諧振線線圈回路、接收端諧振線線圈回路視為雙端口網(wǎng)絡。各部分損耗即為輸入功率減去輸出功率。因此對輸入輸出電流電壓進行測量，功率積分運算即可得到各部分損耗。另外，對單個諧振線圈，測量其高頻交流電阻，并根據(jù)兩個線圈的電流，即可計算每個線圈的高頻損耗。WPT100各部分總輸入輸出測試步驟如下：(1)在斷電狀態(tài)下，接入功率測試儀。測試電壓的端子并接在被測輸入端或輸出端，測試電流的端子串接在被測輸入端或輸出端的一條線路上。啟動功率測試儀。(2)打開電源，啟動WPT100。設置初始頻率，初始電源輸出功率。讀取功率測試儀顯示數(shù)據(jù)，并做好記錄。(3)只改變實驗裝置工作電源電壓，電源電壓每次增加5V進行測試。讀取功率測試儀顯示數(shù)據(jù)，并做好記錄。(4)實驗完畢，關(guān)閉電源。整理數(shù)據(jù)。WPT100的傳輸距離為0.5m，工作頻率453KHz±1KHz附近范圍內(nèi)，通過增加輸入功率，分別測量和計算系統(tǒng)各部分的損耗。包括逆變電路損耗Pinverter，發(fā)射回路的線圈損耗Pcoil_TX和電容寄生電阻損耗PC_TX，接收回路的線圈損耗Pcoil_RX和電容寄生電阻損耗PC_RX，輻射損耗Prad，高頻整流損耗Prectifier以及其他損耗Pother。實驗測試數(shù)據(jù)如表2所示。不同工作條件各下的系統(tǒng)損耗分布如圖4所示。根據(jù)電路理論，其中逆變、發(fā)射端與接收端線圈、發(fā)射端與接受端電容以及整流模塊的計算公式如下：Pinverter＝PMOS+Pd+Pdrive+Pcontorl(8)Pcoil＝I2(RAC+Rrad)(9)PC=IC2RC---(10)]]>Prectifier=2(PD-cond+PD-on+PD-off)=2T1∫0T1|vD(t)iDiode(t)|dt---(11)]]>表2磁耦合共振式WPT100各部分損耗值由圖5可知，WPT100在450KHz頻率工作條件下，系統(tǒng)中損耗主要發(fā)生在高頻逆變環(huán)節(jié)和發(fā)送端諧振線圈的內(nèi)阻損耗上，逆變損耗達40％-45％，發(fā)送端諧振線圈的內(nèi)阻損耗達30％-35％，兩者損耗之和占總損耗的75％以上。同時接收端諧振線圈的內(nèi)阻損耗也不容忽視，達12％左右。整流電路的損耗也占有6％-8％的比重。發(fā)射回路諧振電容寄生電阻損耗PC_TX，接收回路諧振電容寄生電阻損耗PC_RX，輻射損耗Prad，其他損耗Pother占比重都較小，不到2％。3.基于傳熱學的系統(tǒng)熱損耗測試分析(1)WPT100溫度測試方案首先基于紅外熱像測溫法，獲取整個被測模塊表面的溫度分布。采用紅外成像儀，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)下的被測模塊進行拍攝，每隔5分鐘拍攝一次，直到最大溫度數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。導出被測模塊在穩(wěn)態(tài)時的紅外熱像圖。第二步，建立被測模塊的等效模型。所用被測模塊可以看成是由許多微型芯片器件組成，每一個微型芯片器件當作一個子模塊。因此，每一個被測模塊可以視為由多個子模塊并聯(lián)而成，將各個子模塊的溫度分布進行累加，即為整個被測模塊的溫度分布狀況。第三步，基于建立的子模塊并聯(lián)模型，通過Matlab處理紅外熱像圖，提取溫度參數(shù)數(shù)據(jù)。Matlab處理程序運行流程分為兩個部分：1)程序初始化，將紅外熱像圖轉(zhuǎn)化為灰度圖，根據(jù)紅外熱像圖的最大溫度、最小溫度對應的灰度值，擬合出每個像素點溫度值關(guān)于灰度值的函數(shù)。從而計算出紅外熱像圖內(nèi)每種灰度值所對應的溫度值。2)任選灰度圖上一處區(qū)域進行分析。選擇一處待分析的區(qū)域，結(jié)合上一步所得的溫度數(shù)據(jù)，獲取該選擇區(qū)域內(nèi)每個像素點所對應的溫度值，以及該選擇區(qū)域內(nèi)的最高、最低溫度和平均溫度。第四步，采用數(shù)學歸一化方法，對溫度數(shù)據(jù)進行處理，繪制相應偏置條件下的每個模塊的熱譜圖與一維溫度分布圖。在熱像圖上所選擇區(qū)域(某一模塊所在的區(qū)域)內(nèi)分布有不同的溫度，共有n個值。其中第i個溫度Ti，對應有mi個像素點。若將所有像素點的個數(shù)i當作1，那么將每一個溫度對應的像素點個數(shù)進行歸一化處理，可得所選區(qū)域每一個溫度分布的歸一化面積，將溫度Tj作為橫坐標，歸一化面積Sei作為縱坐標，可得出相應的熱譜柱狀曲線圖，即其熱譜。假設可以把選定區(qū)域內(nèi)所有溫度相同的像素點整體視為一個子模塊。則選定區(qū)域內(nèi)n個溫度對應n個子模塊，溫度為Ti的子模塊，其歸一化面積為Sei。將其歸一化面積作為一維長度來處理。按照溫度高低順序，以子模塊的溫度作為縱坐標，將低于該溫度的所有溫度值的歸一化面積進行累加，作為橫坐標?？梢苑从吵瞿K的溫度場參數(shù)。(2)WPT100溫度測試按照溫度測試方法進行實驗，實驗條件：傳輸距離0.5m，輸入功率107W，工作頻率453.740KHz。高頻逆變電路、整流電路和諧振線圈各元器件芯片溫度測試數(shù)據(jù)如表3、表4和表5所示，高頻逆變電路、整流電路和諧振線圈的紅外熱成像分別如圖5、6和7所示。表3高頻逆變電路各元器件芯片溫度測試數(shù)據(jù)表4高頻整流電路各元器件芯片溫度測試數(shù)據(jù)表5諧振線圈溫度測試數(shù)據(jù)由上表3數(shù)據(jù)可知，實驗條件下，高頻逆變電路高溫的區(qū)域有死區(qū)電路部分，以及各個功率MOSFET。死區(qū)電路部分溫度最高達74攝氏度，各個功率MOSFET也都在60攝氏度以上，而且各個MOSFET管溫度各不相同。它們是高頻逆變電路主要的熱源。由上表4數(shù)據(jù)可知，實驗條件下，高頻逆變電路高溫的區(qū)域在濾波電感上，高達116攝氏度。而整流二極管等其他器件溫度均相對較低，22～36攝氏度。濾波電感是高頻整流電路主要的熱源。由上表5數(shù)據(jù)可知，實驗條件下，諧振線圈表面溫度溫度均相對較低，22～26攝氏度。發(fā)射端線圈表面平均溫度稍高于接收端線圈。在線圈表面絕大部分溫度分布較為均勻，但在線圈底座用來安裝的鐵質(zhì)螺絲和螺母處，溫度偏高且不均勻，為最高溫度區(qū)域。按照熱譜分析方法得到四個MOSFET的熱譜圖、一維溫度分布圖分別如圖8和9所示。在高頻逆變橋路中四個MOSFET器件型號是一樣的，但是因為4個MOSFET驅(qū)動電路在工作時存在不平衡導致各MOSFET功耗不一致，因此熱譜圖和一維溫度分布圖存在差異。(3)熱損耗計算與分析根據(jù)理論分析，高頻逆變電路、高頻整流電路的元器件熱損耗主要是以固體傳熱方式進行，其中各芯片導熱為單層或多層平壁穩(wěn)態(tài)導熱。功率器件IRF740與MBR1545CT(直接接觸散熱板)使用散熱架為型材散熱器，材料為鋁。該散熱器是由n＝6塊鋁質(zhì)平板組成，平板長度L＝55mm、寬度l＝12.5mm、厚度b＝1mm。經(jīng)計算散熱器熱阻為0.4667℃/W。諧振線圈使用多層材料進行封裝成型，環(huán)氧樹脂復合材料層厚25mm，ABS塑料厚0.4mm線圈的導熱可視為多層圓筒壁的熱傳導。經(jīng)計算其熱阻為0.336℃/W。常見材料導熱系數(shù)如表6所示。從各芯片資料查閱到以及計算得到的封裝熱阻如表7所示。表6常見材料導熱系數(shù)表7封裝典型熱阻芯片器件功耗是導致熱量產(chǎn)生的直接原因。功耗大的芯片，發(fā)熱量也一定大。散熱量的計算按照公式4計算，采用熱阻參數(shù)計算，裝置各芯片器件熱損耗測試數(shù)據(jù)與測試功耗數(shù)據(jù)對比如表8所示。按照裝置各主要組成部分，綜合各芯片器件熱損耗測試數(shù)據(jù)，裝置各部分熱損耗測試數(shù)據(jù)如表9所示。表8芯片器件熱損耗與測試功耗對比表9裝置各部分損耗與測試功耗對比如損耗測試數(shù)據(jù)所示，主要芯片元器件計算的熱損耗與實測功耗誤差均在8-17％范圍內(nèi)。熱損耗誤差產(chǎn)生原因主要有以下幾點：一是未計入PCB電路板散熱以及非主要熱源的元件發(fā)熱，二是測量芯片外殼的溫度雖接近芯片真實結(jié)溫，但仍有偏差。三是參考計算的封裝熱阻值，與工作情況下的封裝熱阻值有偏差。四是芯片元器件熱輻射散失的熱量(10-6至10-5數(shù)量級)。但總體來說，熱損耗仍然可以科學的反映出芯片元器件的功耗分布。因此，通過紅外熱成像方法測量系統(tǒng)各部分芯片器件溫度，再根據(jù)傳熱學中固體穩(wěn)態(tài)傳熱理論公式計算發(fā)熱量，可以得到各部分芯片器件熱損耗分布。而且相同封裝芯片器件熱阻相同，溫升即可反映發(fā)熱量，在這樣情況下，從熱像圖上可直觀判斷發(fā)熱量大致分布。以上實施例僅僅是對本發(fā)明技術(shù)方案所做的舉例說明。本發(fā)明所涉及的基于溫度場的能耗測試與分析方法并不僅僅限定于在以上實施例中所描述的內(nèi)容，而是以權(quán)利要求所限定的范圍為準。本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在該實施例的基礎(chǔ)上所做的任何修改或補充或等效替換，都在本發(fā)明的權(quán)利要求所要求保護的范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3