CN105443424B - 一种逆变器散热风扇的控制装置及控制方法 - Google Patents

一种逆变器散热风扇的控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种逆变器散热风扇的控制方法，步骤是：检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度；选择所有功率器件的最大实时温度；若最大实时温度大于各段过温定值，且大于过温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比增加一个步长，提高风扇转速；如果最大实时温度小于各段低温定值，且小于低温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比减小一个步长，降低风扇转速；上述两个判断条件均未满足，保持当前风扇转速。此方法用于逆变器功率器件的散热，可解决现有技术中风扇转速频繁变化，温度参考值难以合理设置，温度变化率大时易超温运行，预置温度/转速曲线较多难以实现等问题。本发明还公开一种逆变器散热风扇的控制装置。

Description

一种逆变器散热风扇的控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于风扇控制领域，特别涉及一种逆变器散热用直流风扇的控制装置及控制方法。
背景技术
在中小功率逆变器中，通常采用直流风扇对功率器件进行散热，以降低其运行温度，保证逆变器正常工作。当前直流风扇的转速控制方式为脉宽调制(PWM)控制，其控制原理是：向风扇的控制线提供方波信号，通过调节方波信号的占空比控制风扇的转速。
直流风扇转速控制方法常用的有以下几种：一种方式为恒温控制，设置一个期望的温度参考值，通过闭环控制，根据温度参考值来自动调整PWM信号的占空比，将温度始终维持在设定的参考值。但是当温度参考值设置太低时，风扇会以较高转速旋转，损耗和噪声增加；当温度参考值设置太高时，风扇转速较低，逆变器功率器件一直保持较高的温度，影响元器件寿命。此种方式的另一个缺点是当逆变器功率器件温度发生变化时，风扇转速会随时跟着变化，造成风扇转速的频繁改变，影响风扇寿命。另一种方式是设置一个温度区间，当温度达到某个设定值后调整风扇转速，但是温度是一个渐变的过程，例如转速提高后，温度不可能立即降低，当温度变化速率较大时，可能会使得逆变器在短时间内处于超温工作状态，减少功率器件使用寿命。
“风扇转速控制方法、装置及网络设备”(专利号为CN101865151B)公开了一种风扇控制方法，根据预先存储的前n个时刻的温度值和当前时刻的温度值，对n+1个时刻的温度值进行曲线拟合，由曲线拟合的结果获得温度的变化曲线，依据得到的温度变化规律对风扇的转速进行控制。“风扇转速控制方法”(专利号为CN100555148C)公开的方法也是通过预置多组温度/转速转换表，调整风扇的转速。
由于逆变器功率器件的运行温度与环境温度、逆变器实时功率有关，不同环境温度、不同功率条件下，温度变化的速率和曲线都不相同，因此需要对应不同的温度变化曲线或温度/转速表，数量繁多，需要较大的内存存储大量数据，此时采用实时曲线拟合或查表的方法程序较难实现。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种逆变器散热风扇的控制装置及控制方法，其用于逆变器功率器件的散热，可解决现有技术中风扇转速频繁变化，温度参考值难以合理设置，温度变化率大时易超温运行，预置温度/转速曲线较多难以实现等问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种逆变器散热风扇的控制装置，包括：
参数设置模块，用于设置m段过温定值TOT1、TOT2、……、TOTm，过温延时定值tOT1、tOT2、……、tOTm；设置n段低温定值TUT1、TUT2、……、TUTn，低温延时定值tUT1、tUT2、……、tUTn；设置PWM信号占空比的调整步长ΔD；
温度检测模块，用于检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度；
温度选择模块，用于选择所有功率器件的最大实时温度；
过温控制模块，用于判断最大实时温度是否满足各段过温和延时定值条件，如是，增加PWM占空比；
低温控制模块，用于判断最大实时温度是否满足各段低温和延时定值条件，如是，减小PWM占空比；
PWM生成模块，用于将占空比数值转化成对应的PWM信号以调整风扇转速。
还包括一个限幅模块，用于将PWM占空比限制在0～1，占空比增加和减小的步长小于0.1。
一种逆变器散热风扇的控制方法，包括如下步骤：
步骤S401，检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度；
步骤S402，选择所有功率器件的最大实时温度；
步骤S5，判断最大实时温度是否大于各段过温定值，如是，且大于过温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比增加一个步长，提高风扇转速；
步骤S6，判断最大实时温度是否小于各段低温定值，如是，且小于低温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比减小一个步长，降低风扇转速；
步骤S7，上述两个判断条件均未满足，保持当前风扇转速，返回步骤S401。
上述步骤S5中，过温定值设置为m段TOT1、TOT2、……、TOTm，分别对应过温延时定值tOT1、tOT2、……、tOTm。
上述m段过温定值对应为[TOT1tOT1]、[TOT2tOT2]、……、[TOTm tOTm],过温定值之间的关系为TOT1>TOT2>…>TOTm，过温延时定值之间的关系为tOT1<tOT2<…<tOTm，m的取值范围为2～5。
上述步骤S5的详细内容是：将最大实时温度与各过温定值TOT1、TOT2、……、TOTm比较，如小于所有过温定值，返回步骤S401，如大于某一过温定值TOTi，i＝1,2，…，m，即开始计时，判断最大实时温度大于该过温定值TOTi的持续时间是否达到过温延时定值tOTi，若达到则PWM占空比增加一个步长，提高风扇转速，若未达到则重复步骤S5。
上述低温定值设置为n段TUT1、TUT2、……、TUTn，分别对应低温延时定值tUT1、tUT2、……、tUTn。
上述n段低温定值对应为[TUT1tUT1]、[TUT2tUT2]、……、[TUTn tUTn]，低温定值之间的关系为TUT1>TUT2>…>TUTn，低温延时定值之间的关系为tUT1>tUT2>…>tUTn，n的取值范围为2～5。
上述步骤S6的详细内容是：将最大实时温度与各低温定值TUT1、TUT2、……、TUTn比较，如大于所有低温定值，返回步骤S401，如小于某一低温定值TUTj，j＝1,2，…，n，即开始计时，判断最大实时温度小于该低温定值TUTj的持续时间是否达到低温延时定值tUTj，若达到则PWM占空比减小一个步长，降低风扇转速，若未达到则重复步骤S6。
上述过温定值TOTm与低温定值TUT1之间满足：TOTm-TUT1>10℃。
采用上述方案后，本发明的特点在于：易于程序实现，设置多段温度和延时定值，过温时，若温度变化率较小，将优先达到较低的过温定值(延时较长)；若温度变化率较大，将优先达到较高的过温定值(延时较短)。低温时，若温度变化率较小，将优先达到较高的低温定值(延时较长)；若温度变化率较大，将优先达到较低的低温定值(延时较短)。本发明能减小温度变化速率不确定带来的影响，使得风扇转速提前调整，将逆变器温度控制在设定范围内，同时能有效避免风扇转速的频繁变化。
附图说明
图1是本发明控制装置的结构框图；
图2是本发明控制装置中参数设置模块的示意图；
图3是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明而不限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种逆变器散热风扇的控制装置，其中的散热风扇主要是针对直流风扇，能够接受不同占空比的脉宽调制(PWM)信号实时调整转速；所述控制装置包括参数设置模块10、温度检测模块11、温度选择模块12、过温控制模块13、低温控制模块14、限幅模块15以及PWM信号生成模块16，下面分别介绍。
参数设置模块用于设置m段过温定值TOT1、TOT2、……、TOTm，过温延时定值tOT1、tOT2、……、tOTm；设置n段低温定值TUT1、TUT2、……、TUTn，低温延时定值tUT1、tUT2、……、tUTn；设置PWM信号占空比的调整步长ΔD；
参数设置模块中各定值的关系如图2所示，温度定值满足TOT1>TOT2>…>TOTm>TUT1>TUT2>…>TUTn，过温延时定值满足tOT1<tOT2<…<tOTm，低温延时定值满足tUT1>tUT2>…>tOTn，为确保过温控制模块和低温控制模块控制的温度区域互不影响，TOTm与TUT1之间的温差一般大于10℃，m和n的取值范围均为2～5，且在同一实施例中，m和n的取值既可相等也可不等。
表1是基于本发明的一个典型的定值设置示例，其中，m＝3，过温3段定值，n＝2，低温2段定值，占空比调整步长为0.05。
表1
温度检测模块用于检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度，温度选择模块则用于选择逆变器运行过程中所有功率器件实时温度中的最大值(也即最大实时温度)。
过温控制模块用于对过温区域进行控制，判断最大实时温度是否大于各段过温定值，且持续时间是否达到过温延时定值，如是，PWM信号占空比增加一个步长；如否，保持当前的占空比值输出。
低温控制模块用于对低温区域进行控制，判断最大实时温度是否小于各段低温定值，且持续时间是否达到低温延时定值，如是，PWM信号占空比减小一个步长；如否，保持当前的占空比值输出。
限幅模块用于对占空比进行限幅，将过温和低温控制模块输出的占空比限制在0到1之间。PWM信号生成模块用于将占空比数值转成相应脉宽的PWM信号以完成对散热风扇的调速控制。
如图3所示，基于以上控制装置，本发明还提供一种逆变器散热风扇的控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤S401，检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度。
步骤S402，选择所有最大实时温度。
步骤S403，判断最大实时温度是否大于过温定值TOT1，如否，返回步骤S401，如是，执行步骤S404，即开始计时，当最大实时温度大于过温定值TOT1的持续时间达到过温延时定值tOT1，执行步骤S407，当最大实时温度大于过温定值TOT1的持续时间未达到过温延时定值tOT1，返回步骤S403。
同样的，对于步骤S405，判断最大实时温度是否大于过温定值TOTm，如否，返回步骤S401，如是，执行步骤S406，即开始计时，当最大实时温度大于过温定值TOTm的持续时间达到过温延时定值tOTm，执行步骤S407，当最大实时温度大于过温定值TOTm的持续时间未达到过温延时定值tOTm，返回步骤S405。
步骤S407，增加风扇转速的条件满足，将PWM占空比增加一个步长。该步骤执行完成后继续执行步骤S408，生成PWM信号，提高风扇转速，之后返回步骤S401。
上述步骤S403～S408为过温控制过程。
步骤S409，判断最大实时温度是否小于低温定值TUT1，如否，返回步骤S401，如是，执行步骤S410，即开始计时，当最大实时温度小于低温定值TUT1的持续时间达到低温延时定值tUT1，执行步骤S413，当最大实时温度小于低温定值TUT1的持续时间未达到低温延时定值tOT1，返回步骤S409。
同样的，对于步骤S411，判断最大实时温度是否小于低温定值TUTn，如否，返回步骤S401，如是，执行步骤S412，即开始计时，当最大实时温度小于低温定值TUTn的持续时间达到低温延时定值tUTn，执行步骤S413，当最大实时温度小于低温定值TOTn的持续时间未达到低温延时定值tOTn，返回步骤S411。
步骤S413，降低风扇转速的条件满足，将PWM占空比减小一个步长。该步骤执行完成后继续执行步骤S414，生成PWM信号，降低风扇转速，之后返回步骤S401。
上述步骤S409～S414为低温控制过程。
采用设置多段温度和延时定值的方法，能减小温度变化速率不确定带来的影响，使得风扇转速提前调整，将逆变器温度控制在设定范围内，同时能有效避免风扇转速的频繁变化。该方法运算量小，易于程序实现。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S401，检测逆变器运行过程中所有功率器件的实时温度；
步骤S402，选择所有功率器件的最大实时温度；
步骤S5，判断最大实时温度是否大于各段过温定值，如是，且大于过温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比增加一个步长，提高风扇转速；
所述步骤S5中，过温定值设置为m段TOT1、TOT2、……、TOTm，分别对应过温延时定值tOT1、tOT2、……、tOTm，m的取值范围为2～5；
步骤S6，判断最大实时温度是否小于各段低温定值，如是，且小于低温定值的持续时间达到对应的延时定值后，PWM占空比减小一个步长，降低风扇转速；
所述低温定值设置为n段TUT1、TUT2、……、TUTn，分别对应低温延时定值tUT1、tUT2、……、tUTn，n的取值范围为2～5；
步骤S7，上述步骤S5和S6的判断均未满足，保持当前风扇转速，返回步骤S401。
2.如权利要求1所述的一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于：所述m段过温定值对应为[TOT1tOT1]、[TOT2tOT2]、……、[TOTm tOTm],过温定值之间的关系为TOT1>TOT2>…>TOTm，过温延时定值之间的关系为tOT1<tOT2<…<tOTm，m的取值范围为2～5。
3.如权利要求1所述的一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于：所述步骤S5的详细内容是：将最大实时温度与各过温定值TOT1、TOT2、……、TOTm比较，如小于所有过温定值，返回步骤S401，如大于某一过温定值TOTi，i＝1,2，…，m，即开始计时，判断最大实时温度大于该过温定值TOTi的持续时间是否达到过温延时定值tOTi，若达到则PWM占空比增加一个步长，提高风扇转速，若未达到则重复步骤S5。
4.如权利要求1所述的一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于：所述n段低温定值对应为[TUT1tUT1]、[TUT2tUT2]、……、[TUTn tUTn]，低温定值之间的关系为TUT1>TUT2>…>TUTn，低温延时定值之间的关系为tUT1>tUT2>…>tUTn，n的取值范围为2～5。
5.如权利要求1所述的一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于：所述步骤S6的详细内容是：将最大实时温度与各低温定值TUT1、TUT2、……、TUTn比较，如大于所有低温定值，返回步骤S401，如小于某一低温定值TUTj，j＝1,2，…，n，即开始计时，判断最大实时温度小于该低温定值TUTj的持续时间是否达到低温延时定值tUTj，若达到则PWM占空比减小一个步长，降低风扇转速，若未达到则重复步骤S6。
6.如权利要求1所述的一种逆变器散热风扇的控制方法，其特征在于：所述过温定值TOTm与低温定值TUT1之间满足：TOTm-TUT1>10℃。
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