[发明专利]一种控制开关电源模块散热的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高频开关电源领域，尤其涉及一种控制开关电源模块散热的装置及方法。

背景技术

目前开关电源模块主要采用自冷散热和风冷散热(散热器+风扇)两种方式来给模块散热。其中，通过铝材散热器以热传导方式进行散热，称为自冷散热；通过风扇吹散热器和发热器件以热对流方式进行散热，称为风冷散热。自冷散热方式设计简单，成本低廉，只需将主功率管、整流二极管、变压器等发热器件固定在散热器上，主要利用热传导方式将热量传导到铝材散热器上，由散热器进行散热。如原来使用的铁路信号电源模块（1/2砖模块、1/4砖模块），由于其输出功率不大，且模块内部有足够的散热空间，所以通常多采用自冷散热方式。自冷散热方式中散热器体积大，重量大且按照满载工作设计，而铁路上实际应用的负载不都是工作在满载状态，大多只是工作在半载甚至更少，在很大程度上造成浪费。随着信号电源模块尺寸越做越小，而模块功率越做越大，其功率器件在工作时都会产生很大热量，这些热量如果不及时散去，会导致电源模块内部温度迅速升高而损坏功率器件，进而导致模块故障，自冷散热方式不再适用，而通过风冷散热的方式给模块散热。风冷散热方式中通常采用串电抗器调速，通过转换开关切换抽头来实现风扇有级调速。该种散热方式风扇的转速存在突变，会严重影响风扇的寿命；同时，切换转换开关会增加开关噪声，增加风扇乃至整个电源模块出现故障的几率。此外，采用有级调速对模块进行散热需要相关技术人员定期维护且定期强制更换风扇，增加了维护成本。因此，需要一种能够控制开关电源模块散热的装置及方法，实现对风扇运行状态的实时监测，使能够及时发现风扇故障及可能导致的故障隐患，降低维护成本和技术难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种控制开关电源模块散热的装置及方法，根据风扇驱动信号占空比与开关电源模块输出功率的瞬时有效值和散热器实时温度值的关系调节风扇驱动信号占空比，从而实时调节风扇的转速。该方法能够减小风扇损耗、延长风扇寿命、降低模块噪声，并及时发现风扇故障及其可能导致的故障隐患，降低了维护成本及技术难度。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种控制开关电源模块散热的装置，该装置包括供电单元、微控制器单元、斩波电路单元、风冷器件，

所述供电单元为整个装置提供电源；

所述微控制器单元用于根据开关电源模块输出功率的瞬时有效值及开关电源模块散热器的实时温度值实时调整驱动风冷器件的PWM控制信号的占空比；

所述斩波电路单元用于根据微控制器单元输出的PWM控制信号对供电单元提供的电源进行斩波，输出风冷器件驱动信号；

所述风冷器件用于根据所述驱动信号实时调节转速。

所述斩波电路单元包括MOSFET开关管，通过微控制器单元输出的PWM控制信号控制MOSFET开关管的导通或截止，输出斩波电压，驱动风冷器件工作。

所述装置还包括分压偏置电路单元、信号采集单元和比较电路单元，所述信号采集单元用于对风冷器件的驱动电流进行采样并将采样后的信号输出到比较电路单元的反相输入端，所述分压偏置电路单元用于对供电单元提供的电源电压进行分压，输出电流信号到比较电路单元的同相输入端，所述比较电路单元通过对输入信号比较输出开关量信号到微控制器单元，所述微控制器单元根据所述开关量信号的持续时间判断风冷器件的工作状态，并在风冷器件工作异常时进行故障报警并显示。

本发明还公开一种控制开关电源模块散热的方法，包括：

S1：根据开关电源模块输出功率的瞬时有效值及开关电源模块散热器的实时温度值实时调整驱动风冷器件的PWM控制信号的占空比；

S2：根据所述具有实时占空比的PWM控制信号对电源信号进行斩波，输出风冷器件驱动信号，实时调节风冷器件的转速。

所述步骤S1进一步包括，根据开关电源模块输出功率的瞬时有效值及开关电源模块散热器的实时温度值分别计算影响风冷器件驱动信号占空比的系数，根据所述风冷器件驱动信号占空比的系数及预先设定的初始PWM控制信号的占空比，实时地计算PWM控制信号的占空比。

所述方法进一步包括，预设开关电源模块输出功率的阈值范围，根据实时测得的开关电源模块的输出电压和输出电流得到输出功率的瞬时有效值，由下述公式（1）计算输出功率的瞬时有效值影响风冷器件驱动信号占空比的系数，

K_Load=k_L*(P-P_min)                        （1）