CN111141781B - 一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热器热阻抗的测试方法和系统，包括：热源控制器向一个或多个热源发送功率恒定的驱动信号；响应驱动信号，按照预设的温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应驱动信号过程内的温度上升数据序列；热源控制器切断向热源发送的驱动信号；响应零输入信号，按照所述温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应零输入信号过程内的温度冷却数据序列；根据获取到的每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，得到散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息。本发明全面展现散热器在升温、热量保持和冷却过程的散热效果，完善器件到热沉，为热设计提供散热器热阻抗特性参数。

Description

一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及热设计瞬态测试技术领域，尤其是涉及一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统。

背景技术

在电气、电子产品当中，器件的工作状态并非恒定不变，而是实时变化的，伴随着的损耗能量也实时变化。在传统的热设计工作中，通常以稳态工况作为设计依据，随着电气、电子产品功率密度不断提升，要求热设计逐步由稳态设计转向瞬态设计。

当前，半导体器件的瞬态热测试方法已经较为成熟，但是，当前散热器的性能测试方法通常利用瞬态测试方法，只专注于散热器的热阻测试，却忽略了散热器热容特性的测试，无法构建出散热器的热阻抗特性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种针对散热器热阻抗的测试方法，包括：步骤一、热源控制器向与所述热源控制器连接的一个或多个热源发送功率恒定的驱动信号；步骤二、每个热源响应所述驱动信号，温度采集设备按照预设的温度采集频率，记录所述每个热源从开始响应到完全响应所述驱动信号过程内的温度上升数据并生成相应的数据序列；步骤三、所述热源控制器切断向所述热源发送的所述驱动信号；步骤四、所述每个热源响应零输入信号，所述温度采集设备按照所述温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述零输入信号过程内的温度冷却数据并生成相应的数据序列；步骤五、获取每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，基于此，得到散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息。

优选地，所述步骤五进一步包括：获取每个热源的所述温度上升数据序列和所述温度冷却数据序列；基于预设的散热器的精度阶数信息，并根据每个热源的所述温度上升数据序列和所述温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

优选地，在基于散热器的预设的精度阶数信息，并根据每个热源的所述温度上升数据序列和所述温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息步骤中，进一步包括：在所述精度阶数小于或等于2时，采用时域拟合法，计算所述散热器的热阻抗信息；在所述精度阶数大于2时，采用频谱分析法，计算所述散热器的热阻抗信息。

优选地，在所述热源控制器切断向所述热源发送的所述驱动信号步骤前，所述方法还包括：所述温度采集设备按照所述温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源在恒定能量保持时间内完全响应所述驱动信号的持续过程内的温度保持数据并生成相应的序列。

优选地，所述温度采集频率为0.2～100Hz。

另一方面，本发明实施例还提出了一种针对散热器热阻抗的测试系统，所述系统利用如上述所述的方法来测量散热器的热阻抗信息，所述系统包括：待测试散热器；一个或多个热源，其设置于待测试散热器台面上，用于响应驱动信号或零输入信号；热源控制器，其与每个热源连接，用于向所述一个或多个热源发送功率恒定的所述驱动信号，以及切断向所述热源发送的所述驱动信号；温度采集设备，其包括若干温度传感器，每个所述温度传感器用于按照预设的温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述驱动信号过程内的温度上升数据并生成相应的数据序列，以及按照所述温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述零输入信号过程内的温度冷却数据并生成相应的数据序列；热阻抗信息生成模块，其与所述温度采集设备连接，用于获取每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，基于此，得到散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息。

优选地，所述热阻抗信息生成模块，其用于获取每个热源的所述温度上升数据序列和所述温度冷却数据序列，进一步基于预设的散热器的精度阶数信息，并根据每个热源的所述温度上升数据序列和所述温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

优选地，所述热阻抗信息生成模块，其用于在所述精度阶数小于或等于2时，采用时域拟合法，计算所述散热器的热阻抗信息；进一步，所述热阻抗信息生成模块，其用于在所述精度阶数大于2时，采用频谱分析法，计算所述散热器的热阻抗信息。

优选地，所述温度采集设备，其进一步用于按照所述温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源在恒定能量保持时间内完全响应所述驱动信号的持续过程内的温度保持数据并生成相应的序列。

优选地，所述温度采集频率为0.2～100Hz。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提出了一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统，通过对待测试散热器施加特定热量，记录散热器温度在升温、热量保持和冷却过程中的温度变化情况，进一步通过时域拟合分析或频域谱分析方法得到待测试散热器的热阻抗信息。由于针对散热器而言对其所输入的能量值近似为方波，因此，这种方法能够全面展现散热器在升温、热量保持和冷却过程的散热效果，完善器件到热沉，从而得到散热链路上的热阻抗信息，为热设计提供散热器热阻抗特性参数。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法的步骤图。

图3为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法的具体流程图。

图4为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法中热源输入频率的曲线示意图。

图5为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法中热源输出响应的温度变化曲线示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在电气、电子产品当中，器件的工作状态并非恒定不变，而是实时变化的，伴随着的损耗能量也实时变化。在传统的热设计工作中，通常以稳态工况作为设计依据，随着电气、电子产品功率密度不断提升，要求热设计逐步由稳态设计转向瞬态设计。当前，半导体器件的瞬态热测试方法已经较为成熟，但是，当前散热器的性能测试方法通常利用瞬态测试方法，只专注于散热器的热阻测试，却忽略了散热器热容特性的测试，无法构建出散热器的热阻抗特性。

为了克服上述现有技术中的不足，本申请实施例提出了一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统，该方法和系统通过向热源提供并切断具有恒定功率的驱动信号的方式，采集表征散热器散热效果的热源在完整的升温、保持和冷却过程中的温度数据序列，进一步根据散热器冷却介质的特性，确定计算散热器的热阻抗信息过程中的表征散热器散热特征的精度阶数，从而利用时域拟合法或频谱分析法，呈现出散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息。

图1为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的针对散热器热阻抗的测试系统包括：热源控制器11、一个或多个热源12、待测试散热器14、冷却设备13、温度采集设备15和热阻抗信息生成模块16。其中，温度采集设备15包括若干个(热源)温度传感器151和信号处理器152。

具体地，一个或多个热源12布置在待测试散热器14的台面上的不同位置处，通过接收热源控制器11提供的驱动信号来驱动其自身启动或停止运行。热源12包括IGBT模块热源等功率器件或其他散热器的冷却对象。热源控制器11与每个热源12均连接，是控制热源12启动或停止运行的配套电路，用于为每个热源12提供能够控制其运行所输入的驱动信号。温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151布置在每个热源12中心位置所对应的待测试散热器14台面处，并与热源12中心位置接触，每个热源12至少对应一个(热源)温度传感器151(其中，每个热源12至少配备一个用于测量该热源12温度的(热源)温度传感器151)。每个(热源)温度传感器151用于测量对应热源12的温度，将获取到的温度信号传输到温度采集设备15内的信号处理器152内，经由电信号转换、模数转换等处理得到当前时刻下采集到的针对当前热源12的温度数据。冷却设备13与上述待测试散热器14连接，用于在测试过程中，向待测试散热器14提供测试所需的冷却介质(冷却液)。

需要说明的是，进入散热器的冷却液要求在测试过程中保持温度恒定，以保障整个测试过程的准确性。另外，上述温度采集设备15还包括用于测量待测试散热器14的散热器台面温度传感器153、以及用于测量冷却介质的冷却液温度传感器154(其中，冷却液温度传感器154设置于待测试散热器14的冷却介质入口处)，因此，温度采集设备15内的所有温度传感器的数量需要大于热源12的数量。

在对待测试散热器14进行热阻抗信息测试前需要按照上述方式将针对散热器热阻抗的测试系统安装连接并准备完成，以准备开始相应的测试过程。图2为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法的步骤图。图3为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法的具体流程图。下面结合图2和图3，对整个散热器热阻抗测试流程进行详细说明。

首先，测试正式开始前，进入步骤S210中，开启冷却设备13和温度采集设备15。具体地，启动冷却设备13使得其中的冷却介质以预设的恒定冷却液温度进入待测试散热器14内，并在测试实施过程中将冷却液的温度持续维持在上述恒定冷却液温度下。其中，维持恒定冷却液温度的目的是保持散热器参考温度稳定，已确保测试方法稳定可靠。进一步，温度稳定维持方法的一个实施例为：使用温度闭环控制的冷水机供水。温度采集设备15用于在测试正式开始之前启动(参考图4，0时刻为温度采集设备15启动时刻)，由于温度传感器的延时响应的特性，待温度采集设备15内的各个温度传感器稳定后，温度采集设备15内的各个温度传感器尤其是每个(热源)温度传感器151进入待测试阶段(参考图4，t₀时刻为温度采集设备15内的各个传感器稳定时刻)。

图4为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法中热源输入频率的曲线示意图。如图4所示，为了得到更加精确和全面的表征待测试散热器14的散热效果，需要在进入到上述待测试阶段后，向待测试散热器14突然施加具有特定值的恒定热量(第一阶段)、维持该恒定能量(第二阶段)、以及突然切断该恒定能量(第三阶段)的情况下，展现待测试散热器14在这三个阶段的热阻抗参数变化信息(曲线)。其中，具有特定值的恒定热量，是由热源控制器11向一个或多个热源12发送的具有恒定功率(参考图4中的参量P₀)的驱动信号所产生的，其中，一个或多个热源12能够表征待测试散热器14的散热效果，这种方式使得每个热源12(也就是待测试散热器14)在t₀时刻到t₁时刻之间获得具有特定值的恒定热量。

需要说明的是，若仅实施上述第一阶段和第三阶段，即对待测试散热器14突然施加具有特定值的恒定热量(第一阶段)和突然切断该恒定能量(第三阶段)，并对这两个阶段的热阻抗参数变化信息(曲线)进行观测，也能完成针对本发明所达到的更加精确和全面的表征待测试散热器14的散热效果并得到散热器热阻抗信息的目的。其中，第一阶段是加载阶跃热源信号(驱动信号)，用于测试被测对象(对应热源12)的响应特性；第二阶段是维持阶跃信号幅值，用以保证测试对象响应信号的持续输出；第三阶段是再次施加阶跃信号，用于采集信息(实时温度)的冗余校验。另外，上述向待测试散热器14施加的预设的具有特定值的恒定热量是根据待测试散热器14的所设计的能量范围所设定，为了尽可能的体现待测试散热器14所能在短时间内的所承受的最大能量及其在这种情况下的散热效果。优选地，将该恒定热量设定为接近待测试散热器14可承受的最大能量，或者将驱动信号的恒定功率设定为待测试散热器14的最大额定功率。

下面先以实施上述第一阶段和第三阶段为例，对整个散热器热阻抗测试流程中的测试阶段进行详细说明。

参考图2和图3，在步骤S220中，热源控制器11向与热源控制器11连接的一个或多个热源12发送功率恒定的驱动信号。在待测试阶段的t₀时刻，热源控制器11为各个热源12输出有效的具有恒定功率的驱动信号，而后，执行步骤S230。

在步骤S230中，每个热源12响应该驱动信号，温度采集设备15按照预设的温度采集频率，记录每个热源12从开始响应该有效的(具有恒定功率)驱动信号到完全响应该有效的(具有恒定功率)驱动信号过程内的温度上升数据，并生成相应的数据序列。也就是说，记录每个热源12在上述第一阶段内的温度上升数据序列。具体地，每个热源12接收上述驱动信号后，由于热源12多为功率器件，因此，对驱动信号的响应是有延迟性的(参考图5中t₀时刻后的延迟响应曲线)，待每个热源12响应(完成)结束并稳定后，每个热源所释放的热量(即温度)也趋于稳定并达到恒定测试温度，此时，温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151也进入稳定状态。温度采集设备15通过其中的各个(热源)温度传感器151，实时记录与相应(热源)温度传感器151对应的热源从响应驱动信号开始，直到完成响应并达到稳定的整个过程中的温度(变化)信号，并将每个热源12的温度(变化)信号传输至信号处理器152内，经过由电信号转换、模数转换等处理得到上述整个过程中的针对每个热源12的温度上升数据序列。其中，热源12响应驱动信号后，在完成响应并达到稳定的情况下时，为完全响应驱动信号；热源12从开始响应具有恒定功率的驱动信号，直到完成响应并达到稳定的过程，为上述每个热源从开始响应驱动信号到完全响应驱动信号并达到恒定测试温度的过程。另外，上述恒定测试温度为热源12在完全响应具有恒定功率的驱动信号并保持稳定的情况下所释放的能量对应的温度。

进一步的，在第一阶段内，温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151的温度采集频率为0.2～100Hz。优选地，该频率为10Hz。这样，使得当前采集频率及相应采集频率范围下所获得的数据序列的数据量足以得到散热器的热阻抗信息。

然后，进一步进入到步骤S240中，待各个热源12在完全响应上述具有恒定功率的驱动信号并趋于稳定后，热源控制器11切断向与热源控制器11连接的一个或多个热源12发送的功率恒定的驱动信号，使得每个热源12响应零输入信号。在热源控制器11持续向每个热源12提供具有特定值的恒定热量(即向每个热源12持续发送有效的具有恒定功率的驱动信号的过程，参考图4中的t₀时刻到t₁时刻)后，在待测试阶段的t₁时刻，热源控制器11向各个热源12输出无效的驱动信号，而后，执行步骤S250。

在步骤S250中，每个热源12响应零输入信号，温度采集设备15按照预设的温度采集频率，记录每个热源12从开始响应零输入信号到完全响应零输入信号过程内的温度冷却数据，并生成相应的数据序列。也就是说，记录每个热源12在上述第三阶段内的温度冷却数据序列。具体地，每个热源12接收无效的驱动信号后，由于热源12多为功率器件，因此，对零输入信号的响应是有延迟性的(参考图5中t₁时刻后的延迟响应曲线)，待每个热源12响应(完成)结束并稳定后，每个热源12所释放的热量(即温度)也趋于稳定，此时，温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151也进入稳定状态。温度采集设备15通过其中的各个(热源)温度传感器151，实时记录与相应(热源)温度传感器151对应的热源从上述响应有效的零输入信号(无效的驱动信号)开始，直到完成完全响应零输入信号并达到稳定的整个过程中的温度(变化)信号，并将每个热源12的温度(变化)信号传输至信号处理器152内，经过由电信号转换、模数转换等处理得到上述整个过程中的针对每个热源12的温度冷却数据序列。其中，热源12响应无效的驱动信号(零输入信号)后，在完成响应并达到稳定的情况下时，为对零输入信号的完全响应；热源12从开始响应无效的具有恒定功率的驱动信号(开始响应零输入信号)，直到完成完全响应零输入信号(并达到稳定)的过程，为上述每个热源从开始响应零输入信号到完全响应零输入信号的过程。如图4所示，t₁时刻到t₂时刻为热源控制器11切断有效的驱动信号后，各个热源12获得的零输入信号所持续的时间，该时间段内包括每个热源12从开始响应零输入信号到完全响应零输入信号的过程。

进一步的，在第三阶段内，温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151的温度采集频率为0.2～100Hz。优选地，该频率为10Hz。这样，使得当前采集频率及相应采集频率范围下所获得的数据序列的数据量足以得到散热器的热阻抗信息。

通过上述记录第一阶段和第三阶段表征待测试散热器14散热性能的各个热源12的温度变化情况，能够对待测试散热器14在短时间内施加、切断特定值的恒定热量时的散热效果进行展现，并将相应过程获取到的温度上升数据序列和温度冷却数据序列用于评价散热器的热阻抗信息。

进一步，在一个实施例中，为了更加全面的反映待测试散热器14的散热效果，需要在维持上述获取到的特定值的恒定热量时，对待测试散热器14在能量持续获取过程中的瞬态散热效果。在实施上述步骤S240前，优选地，还需要执行步骤S270，在完成步骤S270后跳转至上述步骤S240中，继续实施本次测试过程。

在步骤S270中，温度采集设备15中的各个(热源)温度传感器151按照上述温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源12在恒定能量保持时间内完全响应驱动信号的持续过程的温度保持数据，并生成相应的序列。其中，恒定能量保持时间是指从热源控制器11向各个热源12发送的有效的功率恒定的驱动信号所维持的时间，即图4中的t₀～t₁段所对应的时间，在该时间段内除了包括第一阶段各个热源12对驱动信号的响应时间，还包括在步骤S270中温度采集设备15内的各个(热源)温度传感器151记录的每个热源12在完成完全响应驱动信号到开始响应零输入信号过程内的温度变化情况对应的有效恒定功率驱动信号的供给保持时间。

而后，继续按照上述方式实施步骤S240～步骤S250，从而进入到步骤S260中。图5为本申请实施例的针对散热器热阻抗的测试方法中热源输出响应的温度变化曲线示意图。如图5所示，横坐标表示时间/s，单位为秒，纵坐标表示热源12的温度/℃，单位为℃，展示了热源12在经过开始响应有效的驱动信号(t₀时刻)、完全响应有效的驱动信号、保持完全响应有效的驱动信号、开始响应零输入信号(t₁时刻)和完全响应零输入信号全过程的温度变化曲线。

最后，对步骤S260进行说明。在步骤S260中，若只通过上述步骤S220～步骤S250后，热阻抗信息生成模块16从温度采集设备15中获得本次测试周期内的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，而后，根据温度上升数据序列和温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到针对待测试散热器14中每个热源12位置处的热阻抗信息。具体地，热阻抗信息生成模块16从温度采集设备15中获取每个热源12的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，进一步，基于预设的散热器的精度阶数信息，并根据每个热源12的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

另外，若依次经过上述步骤S220、步骤S230、步骤S270、步骤S240和步骤S250后，在步骤S260中，热阻抗信息生成模块16除了从温度采集设备15中获取上述每个热源12的温度上升数据序列和每个热源12的温度冷却数据序列外，还能够从温度采集设备15中获取每个热源12的温度保持数据序列。而后，根据每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到针对待测试散热器14中每个热源12位置处的热阻抗信息。具体地，热阻抗信息生成模块16从温度采集设备15中获取每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，进一步，基于预设的散热器精度阶数信息，并根据每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

其中，上述精度阶数信息是根据冷却设备内的冷却介质特性信息和测试精度需求信息得到的，并在热阻抗信息生成模块16中预先设定完成的表征散热器的散热特征的精度阶数。例如：具有单相冷却介质的散热器在一般精度要求下，可使用一阶模型。

具体地，在一个实施例中，当精度阶数(信息)小于或等于2时，采用时域拟合法，计算散热器的热阻抗信息。热阻抗信息生成模块16将获取到的针对每个热源12的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，或者将获取到的针对每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，代入式(1)，进行时域内的曲线拟合，得到本次测量周期内的散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息。另外，表达式(1)如下所示：

其中，Z_th表示热阻抗参数，T_s表示通过上述散热器台面温度传感器153实时测得的散热器台面的实时温度值，T_∞表示通过上述冷却液温度传感器154实时测得的冷却介质的实时温度值，P₀表示上述驱动信号的恒定功率，i表示本次测量周期内的数据序列(若仅获取到了温度上升数据序列和温度冷却数据序列，则数据序列包括这两种序列，并且总序列数为这两种序列的序列对的总数；若获取到了温度上升数据序列、温度保持数据序列和温度冷却数据序列，则数据序列包括这三种序列，并且总序列数为这三种序列的序列对的总数)的序列号，n表示本次测量周期内的数据序列的总序列数，r_i表示待测试示散热器的热阻参数，

表示上述数据序列中每个序列对所对应的实时的温度变化率。通过式(1)能够得到每个热源位置处的实时的热阻抗参数Z_th与待测试示散热器的热阻参数r_i的关系序列，从而拟合成相应的曲线，这样便得到了散热器的热阻抗信息。

在另一个实施例中，当精度阶数大于2时，利用上述温度上升数据序列、温度保持数据序列和温度冷却数据序列或者利用上述温度上升数据序列和温度冷却数据序列，采用频谱分析法，提取散热路径结构函数，从而计算散热器的热阻抗信息。谱分析方法是一种较为通用的方法，基于该方法可以得到完整的热阻抗信息，故在此不做赘述。其中，现有技术中存在通过谱分析法仅获取散热器的热阻信息的技术，但该方案并未得到相应的热容信息。

另一方面，下面再次参考图1，针对待测试散热器14测量其热阻抗信息的测试过程，进一步对散热器热阻抗的测试系统内的各个设备及模块进行进一步说明。

冷却设备13用于在测试正式开始之前启动，使得其中的冷却介质以预设的恒定冷却液温度进入待测试散热器14内，并在测试实施过程中将冷却液的温度持续维持在上述恒定冷却液温度下。其中，维持恒定冷却液温度的目的是保持散热器参考温度稳定，已确保测试方法稳定可靠。进一步，温度稳定维持方法的一个实例为：使用温度闭环控制的冷水机供水。

温度采集设备15按照上述步骤S210所述的方式进行实施，用于在测试正式开始之前启动(参考图4，0时刻为温度采集设备15启动时刻)，由于温度传感器的延时响应的情况，待温度采集设备15内的各个温度传感器稳定后，待温度采集设备15内的各个温度传感器尤其是每个(热源)温度传感器151进入待测试阶段(参考图4，t₀时刻为温度采集设备15内的各个传感器稳定时刻)。

热源控制器11一方面按照上述步骤S220所述的方式进行实施，用于在待测试阶段，向一个或多个热源12(立即)发送功率恒定的驱动信号(参考图4，t₀时刻为热源控制器11向热源12发送功率恒定的驱动信号的时刻)，使得每个热源12进入温度上升阶段。另外，热源控制器11还按照上述步骤S240所述的方式进行实施，用于(立即)切断向热源一个或多个热源12发送的驱动信号(参考图4，t₁时刻为热源控制器11向热源12切断驱动信号的时刻)，使得每个热源12进入温度冷却阶段。其中，一个或多个热源12按照上述步骤S230所述的方式进行实施，用于响应驱动信号，以及按照上述步骤S250所述的方式进行实施，在热源控制器11切断向热源12发送的驱动信号的情况下，响应零输入信号。

进一步的，温度采集设备15按照上述步骤S230所述的方式进行实施，通过其中的每个(热源)温度传感器151，按照预设的温度采集频率，记录每个热源12从开始响应驱动信号到完全响应驱动信号并达到恒定测试温度过程内的温度上升数据，并生成相应的序列。另外，温度采集设备15按照上述步骤S250所述的方式进行实施，通过其中的每个(热源)温度传感器151，按照预设的温度采集频率，记录每个热源12从开始响应零输入信号到完全响应零输入信号过程内的温度冷却数据，并生成相应的序列。其中，上述温度采集频率为0.2～100Hz。

进一步的，温度采集设备15还能够按照上述步骤S270所述的方式进行实施，通过其中的每个(热源)温度传感器151，用于按照温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源12在恒定能量保持时间内完全响应驱动信号的持续过程内的温度保持数据序列。

进一步的，上述散热器热阻抗的测试系统还包括与温度采集设备15连接的热阻抗信息生成模块16。热阻抗信息生成模块16按照上述步骤S260所述的方式进行实施，用于获取每个热源12的温度上升数据序列和每个热源的温度冷却数据序列，基于此，得到待测试散热器14针对每个热源12位置处的热阻抗信息。具体地，热阻抗信息生成模块16从温度采集设备15中获取每个热源12的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，进一步，基于预设的散热器的精度阶数信息，并根据每个热源12的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

另外，热阻抗信息生成模块16还获取每个热源12的温度上升数据序列、每个热源12的温度冷却数据序列和每个热源12的温度保持数据序列，并根据每个热源12的温度上升数据序列、每个热源12的温度冷却数据序列和每个热源12的温度保持数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到待测试散热器14的热阻抗信息。具体地，热阻抗信息生成模块16从温度采集设备15中获取每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，进一步，基于预设的散热器的精度阶数信息，并根据每个热源12的温度上升数据序列、温度冷却数据序列和温度保持数据序列，利用时域拟合法或频谱分析法，得到散热器的热阻抗信息。

其中，上述精度阶数信息是根据冷却设备内的冷却介质特性信息和测试精度需求信息，来确定完成并在热阻抗信息生成模块16中预先设定完成的表征散热器散热特征的精度阶数。例如：单相冷却介质一般精度要求下，可使用一阶模型。

进一步地说，在一个实施例中，当精度阶数(信息)小于或等于2时，采用时域拟合法，利用公式(1)，计算散热器的热阻抗信息。

在一个实施例中，当精度阶数大于2时，利用上述频谱分析法所述的过程，得到散热器的热阻抗信息。

本发明提出了一种针对散热器热阻抗的测试方法及系统，通过对待测试散热器施加特定热量(功率恒定的驱动信号)，记录散热器温度在升温、热量保持和冷却过程中的温度变化情况，进一步通过时域拟合分析或频域谱分析方法得到待测试散热器的热阻抗信息。由于针对散热器而言对其所输入的能量值近似为方波，因此，这种方法能够全面展现散热器在升温、热量保持和冷却过程的散热效果，完善器件到热沉，从而得到散热链路上的热阻抗信息。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种针对散热器热阻抗的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

待测试散热器；

一个或多个热源，其设置于待测试散热器台面上，用于响应驱动信号或零输入信号；

热源控制器，其与每个热源连接，用于向所述一个或多个热源发送功率恒定的所述驱动信号，以及切断向所述热源发送的所述驱动信号；

温度采集设备，其包括若干温度传感器，每个所述温度传感器用于按照预设的温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述驱动信号过程内的温度上升数据并生成相应的数据序列，以及按照所述温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述零输入信号过程内的温度冷却数据并生成相应的数据序列；

热阻抗信息生成模块，其与所述温度采集设备连接，用于获取每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，基于此，利用预设的散热器的精度阶数信息，得到散热器的热阻抗信息，其中，

在所述精度阶数小于或等于2时，通过将每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列代入到如下表达式中来得到每个热源位置处的实时的热阻抗参数与待测试散热器的热阻参数的关系序列，从而拟合成相应的曲线，以得到所述散热器的热阻抗信息：

其中，Z_th表示热阻抗参数，T_s表示散热器台面的实时温度值，T_￥表示冷却介质的实时温度值，P₀表示所述驱动信号的恒定功率，i表示本次测量周期内的数据序列的序列号，n表示本次测量周期内的数据序列的总数，r_i表示待测试散热器的热阻参数，

表示数据序列i对所对应的实时的温度变化率；

在所述精度阶数大于2时，采用频谱分析法，通过提取散热路径结构函数，从而计算所述散热器的热阻抗信息。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

所述温度采集设备，其还用于按照所述温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源在恒定能量保持时间内完全响应所述驱动信号的持续过程内的温度保持数据并生成相应的序列。

3.根据权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，所述温度采集频率为0.2～100Hz。

4.一种针对散热器热阻抗的测试方法，所述测试方法通过如权利要求1～3中任一项所述的测试系统来测量散热器的热阻抗信息，所述方法包括：

步骤一、热源控制器向与所述热源控制器连接的一个或多个热源发送功率恒定的驱动信号；

步骤二、每个热源响应所述驱动信号，温度采集设备按照预设的温度采集频率，记录所述每个热源从开始响应到完全响应所述驱动信号过程内的温度上升数据并生成相应的数据序列；

步骤三、所述热源控制器切断向所述热源发送的所述驱动信号；

步骤四、所述每个热源响应零输入信号，所述温度采集设备按照所述温度采集频率，记录每个热源从开始响应到完全响应所述零输入信号过程内的温度冷却数据并生成相应的数据序列；

步骤五、获取每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列，基于此，利用预设的散热器的精度阶数信息，得到散热器针对每个热源位置处的热阻抗信息，在所述步骤五中，包括：

在所述精度阶数小于或等于2时，通过将每个热源的温度上升数据序列和温度冷却数据序列代入到如下表达式中来得到每个热源位置处的实时的热阻抗参数与待测试散热器的热阻参数的关系序列，从而拟合成相应的曲线，以得到所述散热器的热阻抗信息：

其中，Z_th表示热阻抗参数，T_s表示散热器台面的实时温度值，T_￥表示冷却介质的实时温度值，P₀表示所述驱动信号的恒定功率，i表示本次测量周期内的数据序列的序列号，n表示本次测量周期内的数据序列的总数，r_i表示待测试散热器的热阻参数，

表示数据序列i对所对应的实时的温度变化率；

在所述精度阶数大于2时，采用频谱分析法，通过提取散热路径结构函数，从而计算所述散热器的热阻抗信息。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，在所述热源控制器切断向所述热源发送的所述驱动信号步骤前，所述方法还包括：

所述温度采集设备按照所述温度采集频率，并根据预设的恒定能量保持时间阈值，记录每个热源在恒定能量保持时间内完全响应所述驱动信号的持续过程内的温度保持数据并生成相应的序列。

6.根据权利要求4或5所述的测试方法，其特征在于，所述温度采集频率为0.2～100Hz。

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