1. 项目背景

在高压、大电流功率电子系统中（如 SiC MOSFET、IGBT 模块、直流断路器等），器件在通流与开断过程中会产生显著热量。
传统散热控制多基于壳温或散热器温度的被动调节，由于热系统本身存在较大的时间常数，往往无法在热冲击发生前采取有效控制措施，存在器件热应力累积和可靠性风险。

因此，有必要引入一种结合电流与温度信息的主动热管理控制方案，在热风险出现之前提前干预，从而提升系统安全性与可靠性。

2. 方案目标

本方案旨在实现一套独立运行的智能热管理控制系统，其主要目标包括：

• 基于电流与温度信息，实时评估功率器件热风险

• 通过智能控制策略主动调节散热强度

• 降低功率器件的热应力与温度波动

• 提升系统长期运行可靠性

• 不依赖主控系统，具备独立运行能力

3. 系统总体架构

系统由以下核心模块构成：

• 电流检测模块：用于获取功率器件的实时工作电流

• 温度检测模块：贴近功率器件壳体进行多点测温

• 智能控制模块：基于模糊控制与 PID 复合算法

• 执行与驱动模块：控制直流风扇转速

• 显示与调试模块（可选）：用于状态显示与调试

系统以独立控制板形式实现，可作为主系统的辅助安全与热管理单元。

4. 电流检测方案

本方案采用高精度分流电阻配合信号放大电路实现电流检测。
通过对工作电流进行区间划分，并建立电流区间—安全温度上限映射关系，将电流作为器件热风险的前馈变量。

该方法的工程优势在于：

• 电流变化可提前反映潜在热风险

• 避免仅依赖温度反馈造成的控制滞后

• 有助于在短时大功率工况下提前启动散热

电流区间及对应安全温度参数均可根据具体应用进行配置。

5. 温度检测与处理

系统采用 NTC 热敏电阻对功率器件壳体温度进行检测，支持多点测温。
当存在多个测温点时，控制系统自动选取最高温度作为被控对象，以确保最不利工况下的安全性。

温度计算采用成熟的 Steinhart–Hart 模型，结合硬件与软件滤波措施，以提升测量稳定性和抗干扰能力。

6. 智能控制策略（核心）

6.1 控制思路

功率器件的热系统具有非线性、大惯性等特点，精确建模成本较高。
本方案采用模糊控制与 PID 相结合的复合控制策略，无需依赖精确热模型即可获得良好的控制效果。

6.2 控制变量

• 输入变量：

  • 温度偏差（实际温度与安全温度之差）

  • 温度变化率

• 输出变量：

  • 风扇驱动控制量（PWM 占空比）

6.3 控制特点

• 模糊控制用于在线调节 PID 参数

• 在快速升温阶段增强响应能力

• 在稳态阶段降低振荡与噪声

• 适用于不同散热结构与工况

7. 执行与驱动方案

系统支持 12V / 24V 直流风扇，通过 PWM 信号实现无级调速。
控制策略中引入最小占空比、启动保护与异常全速等机制，以确保执行机构的可靠运行。

8. 软件系统架构

软件采用模块化设计，主要包括：

• 硬件抽象层

• 控制算法层

• 应用逻辑层

控制流程清晰，参数可配置，便于后续维护与定制开发。

9. 可靠性与安全设计

针对工业应用需求，系统在设计中考虑了多种异常工况：

• 温度传感器异常

• 风扇失效

• 控制参数越界

在异常情况下，系统可进入保护模式（如强制全速散热），以降低风险。

10. 可定制与扩展能力

本方案支持以下定制与扩展方向：

• 电流区间与安全温度参数定制

• 模糊控制规则定制

• 风扇类型与数量扩展

• 通讯接口扩展（UART / CAN / RS485 等）

11. 交付内容与合作方式

可根据客户需求提供以下交付内容：

• 控制电路原理图与 PCB 设计

• 嵌入式软件源码

• 参数配置说明与技术文档

• 定制化技术支持

12. 总结

本智能热管理控制方案结合电流与温度信息，采用工程成熟的模糊控制策略，在不增加系统复杂度的前提下显著提升了功率器件的热安全性，适用于多种工业高功率应用场景。