CN106211703A - 功率器件的散热装置及功率器件的散热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率器件的散热装置及功率器件的散热控制方法，散热装置，包括：半导体制冷片，半导体制冷片的冷面与功率器件相互接触；散热片，散热片与半导体制冷片的热面相互接触；散热风扇，散热风扇用于对半导体制冷片和散热片进行风冷散热；驱动电路，驱动电路分别与半导体制冷片和散热风扇相连；控制板，控制板与驱动电路相连，控制板用于通过驱动电路对半导体制冷片和散热风扇进行控制，从而，通过半导体制冷片对功率器件进行降温，并通过散热风扇对半导体制冷片和散热片进行风冷散热，可保证降温效果的稳定性，避免受工作环境的影响，可使功率器件一直在较低温度下工作，避免因过温而导致的性能下降和器件损坏。

Description

功率器件的散热装置及功率器件的散热控制方法

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种功率器件的散热装置以及一种功率器件的散热控制方法。

背景技术

相关电器中大多具有功率器件，例如使用电磁加热技术的电磁炉和电饭煲一般均存在一个必不可少的电子功率器件IGBT以及另一个重要的功率器件整流桥堆。其中，IGBT管工作时温度高，必需有散热措施，否则很容易损坏；整流桥堆工作时发热也很高，也必需有散热措施。

在相关技术中，如图1所示，功率器件的散热都是将功率器件10’涂上导热硅脂并紧密锁附在一块散热片20’上导热，然后使用直流风扇30’对散热片进行自然环境下的风冷散热，直流风扇30’吹出的风按照图1中箭头所示的方向流动。但是，相关技术存在以下缺点是：

其一是，自然冷风受自然环境的影响很大，风冷温度随着季节和使用场合等的变化而变化，例如，厨房环境的自然温度相对较高，从而导致功率器件时常因降温效果达不到要求而损坏。

其二是，对功率器件直接进行自然风冷散热，将会使周围空气中带有湿气和灰尘等附着在功率器件上，特别是在湿气相对较高的厨房环境下，湿气和灰尘累积后会影响功率器件的工作，最后导致功率器件性能降低甚至损坏。

其三是，直流风扇在电器启动后立即开启，而且必须以大风量高转速运行，从而导致直流风扇工作时的噪音很高。一般情况下，直流风扇连续工作以持续散热，从而导致直流风扇的噪音一直存在，降低用户的使用舒适性。

因此，相关技术存在改进的需要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种功率器件的散热装置，该散热装置的降温效果稳定，可使功率器件一直在较低温度下工作。

本发明还提出了一种功率器件的散热装控制方法。

根据本发明一方面实施例提出的一种功率器件的散热装置，包括：半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件相互接触；散热片，所述散热片与所述半导体制冷片的热面相互接触；散热风扇，所述散热风扇用于对所述半导体制冷片和所述散热片进行风冷散热；驱动电路，所述驱动电路分别与所述半导体制冷片和所述散热风扇相连；控制板，所述控制板与所述驱动电路相连，所述控制板用于通过所述驱动电路对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

根据本发明实施例提出的功率器件的散热装置，将半导体制冷片的冷面与功率器件相互接触，并散热片与半导体制冷片的热面相互接触，然后，通过散热风扇对半导体制冷片和散热片进行风冷散热，并通过控制板对半导体制冷片和散热风扇进行控制，从而，通过半导体制冷片对功率器件进行降温，并通过散热风扇对半导体制冷片和散热片进行风冷散热，可保证降温效果的稳定性，避免受工作环境的影响，可使功率器件一直在较低温度下工作，避免因过温而导致的性能下降和器件损坏。

根据本发明的一个实施例，所述的功率器件的散热装置还包括：环境温度传感器，所述环境温度传感器用于检测环境温度；功率器件温度传感器，所述功率器件温度传感器用于检测所述功率器件的表面温度。

进一步地，所述控制板还用于根据所述功率器件的表面温度与所述环境温度之间的温度差对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

具体地，当所述温度差小于或等于所述预设阈值时，所述控制板控制所述半导体制冷片和所述散热风扇停止工作；当所述温度差大于所述预设阈值时，所述控制板控制所述半导体制冷片和所述散热风扇进行工作。

根据本发明的一个实施例，所述半导体制冷片与所述功率器件以密封方式封装在一起。

根据本发明的一个具体实施例，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件之间具有导热硅脂，且所述散热片与所述半导体制冷片的热面涂料有导热硅脂。

根据本发明的一个具体实施例，所述功率器件可为IGBT管或整流桥堆。

根据本发明的一个具体实施例，所述散热风扇可为直流风扇。

根据本发明另一个方面实施例提出的功率器件的散热控制方法，功率器件的散热装置包括半导体制冷片、散热片和散热风扇，其中，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件紧密接触，所述散热片与所述半导体制冷片的热面紧密接触，所述散热风扇用于对所述半导体制冷片和所述散热片进行风冷散热，所述散热控制方法包括以下步骤：检测环境温度；检测所述功率器件的表面温度；根据所述功率器件的表面温度与所述环境温度之间的温度差对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

根据本发明实施例提出的功率器件的散热控制方法，检测环境温度，并检测功率器件的表面温度，以及根据功率器件的表面温度与环境温度之间的温度差对半导体制冷片和散热风扇进行控制，从而，使得散热风扇可间歇地工作，有效降低电器的工作噪音，提升用户的体验。

根据本发明的一个具体实施例，当所述温度差小于或等于所述预设阈值时，控制所述半导体制冷片和所述散热风扇停止工作；当所述温度差大于所述预设阈值时，控制所述半导体制冷片和所述散热风扇进行工作。

附图说明

图1是相关技术中功率器件的散热装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的功率器件的散热装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的功率器件的散热装置的方框示意图；

图4是根据本发明实施例的功率器件的散热控制方法的流程图；以及

图5是根据本发明一个实施例的功率器件的散热控制方法的流程图。

附图标记：

半导体制冷片10、散热片20、散热风扇30、驱动电路40、控制板50、功率器件60、环境温度传感器70、功率器件温度传感器80和壳体90。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的功率器件的散热装置和功率器件的散热控制方法，功率器件的散热装置用于对功率器件进行散热。

如图2-图3所示，根据本发明实施例提出的功率器件的散热装置包括：半导体制冷片10、散热片20、散热风扇30、驱动电路40和控制板50。

其中，半导体制冷片10的冷面与功率器件60相互接触；散热片20与半导体制冷片10的热面相互接触；散热风扇30用于对半导体制冷片10和散热片20进行风冷散热；驱动电路40分别与半导体制冷片10和散热风扇30相连；控制板50与驱动电路40相连，控制板50用于通过驱动电路40对半导体制冷片10和散热风扇30进行控制。

需要说明的是，控制板50可分别输出控制信号至驱动电路40，驱动电路40将控制信号转换为驱动信号，并将驱动信号输出至半导体制冷片10和散热风扇30，以驱动半导体制冷片10和散热风扇30进行工作或停止工作。根据本发明的一个具体示例，驱动电路可包括用于驱动半导体制冷片10的第一驱动单元和用于驱动散热风扇30的第二驱动单元。

具体而言，当控制板50控制半导体制冷片10通电时，半导体制冷片10进行工作，半导体制冷片10的冷面吸收功率器件60工作时产生的热量，以进行吸热制冷，同时半导体制冷片10的热面放出热量；而当控制板50控制半导体制冷片10断电时，半导体制冷片10停止工作，半导体制冷片10不吸热也不放热。散热片20可吸收半导体制冷片10的热面放出热量，在半导体制冷片10工作过程中，控制板50可控制散热风扇30进行工作，散热风扇30向散热片20与半导体制冷片10所在的方向吹风，以将散热片20的热量和半导体制冷片10的热面的热量带走。

由此，本发明实施例提出的功率器件的散热装置，将半导体制冷片的冷面与功率器件相互接触，并散热片与半导体制冷片的热面相互接触，然后，通过散热风扇对半导体制冷片和散热片进行风冷散热，并通过控制板对半导体制冷片和散热风扇进行控制，从而，通过半导体制冷片对功率器件进行降温，并通过散热风扇对半导体制冷片和散热片进行风冷散热，可保证降温效果的稳定性，避免受工作环境的影响，可使功率器件一直在较低温度下工作，避免因过温而导致的性能下降和器件损坏。

根据本发明的一个具体实施例，散热风扇30可为直流风扇。

进一步地，根据图2和图3的实施例，功率器件的散热装置还包括：环境温度传感器70和功率器件温度传感器80。其中，环境温度传感器70用于检测环境温度，其中，环境温度为功率器件60工作环境的温度；功率器件温度传感器80用于检测功率器件60的表面温度。

具体地，控制板50还用于根据功率器件的表面温度与环境温度之间的温度差对半导体制冷片10和散热风扇30进行控制。

更具体地，当温度差小于或等于预设阈值时，控制板50控制半导体制冷片10和散热风扇30停止工作；当温度差大于预设阈值时，控制板50控制半导体制冷片10和散热风扇30进行工作。

也就是说，在功率器件60工作时，控制板50可通过环境温度传感器70和功率器件温度传感器80分别检测环境温度T1与功率器件的表面温度T2，并将表面温度T2与环境温度T1进行比较以获取温度差(T2-T1)。当温度差(T2-T1)小于等于预设阈值ΔT时，控制板50控制半导体制冷片10停止制冷降温，同时控制散热风扇30也停止工作，从而达到非连续工作以降低噪音的目的；当温度差(T2-T1)大于预设阈值ΔT时，控制板50再次启动半导体制冷片10，如此往复循环，在达到降温目的的同时进一步的降低了电器因风扇工作而产生的噪音。

需要说明的是，预设阈值ΔT可根据功率器件表面冷凝结露的条件设定。

由此，将环境温度T1作为功率器件散热的目标温度，从而，在制冷散热过程中避免功率器件的表面温度低于环境温度，进而防止功率器件表面冷凝结露，并防止功率器件损坏。

另外，根据本发明的实施例，半导体制冷片10与功率器件60以密封方式封装在一起。

如图1所示，半导体制冷片10与功率器件60密封封装在壳体90中。此时，散热风扇30的风吹路径如图1中箭头所示，在使用半导体制冷片10直接对功率器件60进行降温散热之后，散热风扇30吹送的风非直接吹向功率器件30，从而，解决了功率器件直接受自然冷风中的灰尘与湿气附着的问题，避免环境中湿气、灰尘对功率器件的影响。

根据本发明的一个优选实施例，半导体制冷片10的冷面与功率器件60之间具有导热硅脂，且散热片20与半导体制冷片10的热面涂料有导热硅脂。

由此，通过导热硅脂可让功率器件60的散热面与导体制冷片10的冷面紧密接触并确保传热良好；通过导热硅脂可让散热片20与半导体制冷片10的热面紧密接触并确保传热良好。

另外，还需说明的是，控制板50还可控制整个电器进行工作或停止工作。

根据本发明的一个具体示例，功率器件60可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)管或整流桥堆。当功率器件60为IGBT管时，IGBT管的栅极与驱动电路40相连，控制板50可通过驱动电路40对功率器件60的闭合和关断进行控制。根据本发明的一个具体示例，驱动电路还可包括用于驱动IGBT管的第三驱动单元。

基于上述的实施例，本发明还提出了一种功率器件的散热控制方法。

图4是根据本发明实施例的功率器件的散热控制方法的流程图。功率器件的散热装置包括半导体制冷片、散热片和散热风扇，其中，半导体制冷片的冷面与功率器件紧密接触，散热片与半导体制冷片的热面紧密接触，散热风扇用于对半导体制冷片和散热片进行风冷散热。如图4所示，散热控制方法包括以下步骤：

S1：检测环境温度。

其中，可通过环境温度传感器检测环境温度，环境温度可为功率器件工作环境的温度。

S2：检测功率器件的表面温度。

其中，可通过功率器件温度传感器检测功率器件的表面温度。

S3：根据功率器件的表面温度与环境温度之间的温度差对半导体制冷片和散热风扇进行控制。

具体地，当温度差小于或等于预设阈值时，控制半导体制冷片和散热风扇停止工作；当温度差大于预设阈值时，控制半导体制冷片和散热风扇进行工作。

也就是说，在功率器件工作时，可分别检测环境温度T1与功率器件的表面温度T2，并将表面温度T2与环境温度T1进行比较以获取温度差(T2-T1)。当温度差(T2-T1)小于等于预设阈值ΔT时，控制半导体制冷片停止制冷降温，同时控制散热风扇也停止工作，从而达到非连续工作以降低噪音的目的；当温度差(T2-T1)大于预设阈值ΔT时，再次启动半导体制冷片，如此往复循环，在达到降温目的的同时进一步的降低了电器因风扇工作而产生的噪音。

需要说明的是，预设阈值ΔT可根据功率器件表面冷凝结露的条件设定。

由此，将环境温度T1作为功率器件散热的目标温度，从而，在制冷散热过程中避免功率器件的表面温度低于环境温度，进而防止功率器件表面冷凝结露，并防止功率器件损坏。

具体而言，如图5所示，根据本发明实施例的散热控制方法包括以下步骤：

S101：电器启动。

S102：功率器件启动工作。

S103：环境温度传感器和功率器件温度传感器的温度采样功能启动。

S104：扫描环境温度T1和功率器件的表面温度T2。

S105：判断温度差(T2-T1)是否小于等于预设阈值ΔT。

如果是，则执行步骤S106；如果否，则执行步骤S107。

S106：控制半导体制冷片和散热风扇停止工作。

S107：控制半导体制冷片和散热风扇启动工作。

综上所述，根据本发明实施例提出的功率器件的散热控制方法，检测环境温度，并检测功率器件的表面温度，以及根据功率器件的表面温度与环境温度之间的温度差对半导体制冷片和散热风扇进行控制，从而，使得散热风扇可间歇地工作，有效降低电器的工作噪音，提升用户的体验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种功率器件的散热装置，其特征在于，包括：

半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件相互接触；

散热片，所述散热片与所述半导体制冷片的热面相互接触；

散热风扇，所述散热风扇用于对所述半导体制冷片和所述散热片进行风冷散热；

驱动电路，所述驱动电路分别与所述半导体制冷片和所述散热风扇相连；以及

控制板，所述控制板与所述驱动电路相连，所述控制板用于通过所述驱动电路对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

2.如权利要求1所述的功率器件的散热装置，其特征在于，还包括：

环境温度传感器，所述环境温度传感器用于检测环境温度；

功率器件温度传感器，所述功率器件温度传感器用于检测所述功率器件的表面温度。

3.如权利要求2所述的功率器件的散热装置，其特征在于，所述控制板还用于，根据所述功率器件的表面温度与所述环境温度之间的温度差对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

4.如权利要求3所述的功率器件的散热装置，其特征在于，其中，

当所述温度差小于或等于所述预设阈值时，所述控制板控制所述半导体制冷片和所述散热风扇停止工作；以及

当所述温度差大于所述预设阈值时，所述控制板控制所述半导体制冷片和所述散热风扇进行工作。

5.如权利要求1所述的功率器件的散热装置，其特征在于，所述半导体制冷片与所述功率器件以密封方式封装在一起。

6.如权利要求1所述的功率器件的散热装置，其特征在于，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件之间具有导热硅脂，且所述散热片与所述半导体制冷片的热面涂料有导热硅脂。

7.如权利要求1-6中任一项所述的功率器件的散热装置，其特征在于，所述功率器件为IGBT管或整流桥堆。

8.如权利要求1-5中任一项所述的功率器件的散热装置，其特征在于，所述散热风扇为直流风扇。

9.一种功率器件的散热控制方法，其特征在于，功率器件的散热装置包括半导体制冷片、散热片和散热风扇，其中，所述半导体制冷片的冷面与所述功率器件紧密接触，所述散热片与所述半导体制冷片的热面紧密接触，所述散热风扇用于对所述半导体制冷片和所述散热片进行风冷散热，所述散热控制方法包括以下步骤：

检测环境温度；

检测所述功率器件的表面温度；以及

根据所述功率器件的表面温度与所述环境温度之间的温度差对所述半导体制冷片和所述散热风扇进行控制。

10.如权利要求9所述的功率器件的散热控制方法，其特征在于，其中，

当所述温度差小于或等于所述预设阈值时，控制所述半导体制冷片和所述散热风扇停止工作；以及

当所述温度差大于所述预设阈值时，控制所述半导体制冷片和所述散热风扇进行工作。