CN114171473A - 功率装置及其控制方法、变频系统和空调设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及功率装置(100)及其控制方法、变频系统和空调设备，其中，功率装置(100)包括：功率模块(10)，包括基板(1)和芯片(2)，所述芯片(2)安装于所述基板(1)；和半导体换热件(9)，设在所述基板(1)内，被配置为对所述基板(1)进行温度调节，以调节所述芯片(2)的温度。

Description

功率装置及其控制方法、变频系统和空调设备

技术领域

本公开涉及功率装置技术领域，尤其涉及一种功率装置及其控制方法、变频系统和空调设备。

背景技术

在设计大功率变频启动柜中，功率装置的散热系统是变频器运行的关键环节，散热器性能直接决定了功率装置是否能够发挥最大能力，且因功率装置自身内阻的因素，随着运行功率的上升，功率装置发热量越大，间接导致功率装置不能发挥最大运行能力，或者导致模块过流、过压、过热等炸裂情况出现。

目前一般是在功率装置外部增加散热器，散热方式可采用自热冷却、翅片风冷散热、水冷散热或冷媒冷散热等。虽然外部散热器能够对功率装置起到散热效果，但是在设计经验不充足，散热器设计出现缺陷，或者冷媒等散热介质缺乏时，将导致功率装置出现运行能力不足或炸裂现象。

发明内容

本公开的实施例提供了一种功率装置及其控制方法、变频系统和空调设备，能够提高功率装置的散热性能。

根据本公开的第一方面，提供了一种功率装置，包括：

功率模块，包括基板和芯片，芯片安装于基板；和

半导体换热件，设在基板内，被配置为对基板进行温度调节，以调节芯片的温度。

在一些实施例中，基板包括主体板和盖板，主体板的表面上开设凹槽，半导体换热件设在凹槽内，盖板用于将凹槽封闭。

在一些实施例中，半导体换热件设有多个，多个半导体换热件排布在垂直于基板厚度方向的平面内，相邻两个半导体换热件间隔设置。

在一些实施例中，半导体换热件设有多个，多个半导体换热件以串联、并联或者串并联结合的方式连接。

在一些实施例中，功率装置还包括控制器和驱动器，控制器被配置为控制芯片工作，驱动器与半导体换热件的电源线连接，驱动器被配置为控制半导体换热件工作，且驱动器集成于控制器中。

在一些实施例中，功率装置还包括：

第一温度检测部件，被配置为检测功率模块的温度值；和

驱动器，被配置为根据功率模块的温度值确定半导体换热件的开启时机，以及以制冷模式或制热模式开启。

在一些实施例中，功率装置还包括散热器，被配置为对基板进行散热，芯片沿基板的厚度方向设在基板的第一侧面，散热器沿厚度方向设在基板的第二侧面；

其中，半导体换热件被配置为在工作于制冷模式时通过散热器进行散热。

在一些实施例中，散热器包括两块散热板和冷媒管，冷媒管设在两块散热板之间，冷媒管用于通入冷媒以带走芯片产生的热量。

在一些实施例中，散热器还包括：

第二温度检测部件，被配置为检测散热器的温度值；和

调节阀，被配置为根据散热器的温度值调节开度，以改变通入冷媒管的冷媒量。

根据本公开的第二方面，提供了一种变频系统，包括上述实施例的功率装置。

根据本公开的第三方面，提供了一种空调设备，包括上述实施例的变频系统。

根据本公开的第四方面，提供了一种基于上述实施例所述功率装置的控制方法，包括：

获取功率模块的温度值；

根据功率模块的温度值确定半导体换热件的开启时机，以在使功率模块开启后对基板进行温度调节，从而调节芯片的温度。

在一些实施例中，控制方法还包括：获取用于对基板进行散热的散热器的温度值；

其中，根据功率模块的温度值确定半导体换热件的开启时机的步骤包括：

在功率模块的温度值超过第一温度阈值，且散热器的温度值超过第二温度阈值的情况下，使半导体换热件进入制冷模式；和/或

在功率模块的温度值低于第三温度阈值，或散热器的温度值低于第四温度阈值的情况下，使半导体换热件进入制热模式；其中，第三温度阈值低于第一温度阈值，第四温度阈值低于第二温度阈值。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取用于对基板进行散热的散热器的温度值；

根据散热器的温度值控制调节阀的开度，以改变通入散热器中冷媒管的冷媒量。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取功率模块的湿度值；

获取用于对基板进行散热的散热器的湿度值；

在功率模块的湿度值高于第一湿度阈值，或散热器的湿度值高于第二湿度阈值的情况下，使半导体换热件进入制热模式。

在一些实施例中，控制方法还包括：

在监测到半导体换热件的输入功率超过预设保护阈值的情况下，降低用于控制半导体换热件的驱动器的输出电源功率。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取功率装置所在的环境温度值；

在环境温度值低于第五温度阈值或者无信号的情况下，开启加热器回路以提高环境温度。

根据本公开的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例所述的控制方法。

本公开实施例的功率装置，通过设置半导体换热件，能够对基板主动进行温度调节，以调节芯片的温度。此种功率模块不依赖于外部散热系统，能够灵活地对自身温度进行调节，防止芯片工作过程中温度上升过快，既能单独调节功率模块温度，又能与外部散热系统结合进行调节，可提高功率模块的散热性能，保证功率模块的运行能力，防止工作时温升过高出现炸裂现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开功率装置的一些实施例的主视图。

图2为本公开功率装置的一些实施例的侧视图。

图3为本公开功率装置中半导体换热件安装于散热器上的一些实施例的结构示意图。

图4为本公开功率装置中半导体换热件的一些实施例的布局图。

图5为本公开功率装置中半导体换热件的安装和连接方式示意图。

图6为半导体换热件安装于基板中的一些实施例的结构示意图。

图7为本公开功率装置中半导体换热件的另一些实施例的布局图。

图8为本公开功率装置中半导体换热件的再一些实施例的布局图。

图9为半导体换热件的一些实施例的结构原理图。

图10为半导体换热件的另一些实施例的结构原理图。

图11为本公开功率装置控制方法的一些实施例的流程示意图。

附图标记说明

1、基板；11、安装接口；12、输入电连接接口；13、输出电连接接口；14、主体板；15、凹槽；16、盖板；2、芯片；3、散热器；31、散热板；32、冷媒管；321、第一管接头；322、第二管接头；33、进口温度检测部件；34、中间温度检测部件；35、出口温度检测部件；4、焊料层；5、导电层；6、陶瓷层；7、外壳；8、第一温度检测部件；9、半导体换热件；91、电源连接接口；92、第一换热部；93、第二换热部；94、导电件；95、N型半导体元件；96、P型半导体元件；10、功率模块；20、控制器；30、驱动器；100、功率装置。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

此外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以间接地在所述另一元件上并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到所述另一元件，或者可以间接地连接到所述另一元件并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。在下文中，同样的附图标记表示同样的元件。

本公开中采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，这仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置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公开保护范围的限制。

如图1至图10所示，本公开提供了一种功率装置，在一些实施例中，包括：功率模块10和半导体换热件9。

如图2所示，功率模块10包括基板1和芯片2，芯片2安装于基板1。例如，芯片2安装在基板1垂直于厚度方向的表面上，芯片2可设在基板1一侧或两侧的表面上。如图1所示，基板1可以为矩形板，其上在四个角可设置安装接口11，且基板1的两侧可分别设置输入电连接接口12和输出电连接接口13。

例如，功率模块10可以为IGBT(“Insulated Gate Bipolar Transistor”，中文名称为：绝缘栅双极型晶体管)功率模块，也可以为MOSFET(“Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor”，中文名称为：金氧半场效晶体管)功率模块等。功率模块10的功能较为广泛，例如，在制冷设备中起到变频作用，在音频中起到放大作用，在电源中起到稳压作用等。

可选地，基板1与芯片2之间沿厚度方向可设置焊料层、导电层和陶瓷层等。例如，如图2所示，基板1与芯片2之间依次设置焊料层4、导电层5、陶瓷层6、导电层5和焊料层4。导电层5可以为铜层。功率模块10还可包括外壳7，外壳7套设在芯片2外，且连接于基板1，外壳7可被防护材料包裹。图2中从外壳7引出两条线，作为功能管脚引线。

半导体换热件9设在基板1内，被配置为对基板1进行温度调节，以调节芯片2的温度。半导体换热件9可选择地工作于制冷模式或制热模式。半导体换热件9的控制电源可以为可调直流电源，通过改变电源供电方向改变半导体换热件9的制冷制热面，以在制冷模式和制热模式之间切换。半导体换热件9也采用半导体制冷片。

可选地，半导体换热件9可设在芯片2中晶圆所在的发热区域。或者单片半导体换热件9也可覆盖基板1的整个晶圆区域，进行全局整体散热。其中，晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。

本公开实施例的功率装置，通过设置半导体换热件，能够对基板主动进行温度调节，以调节芯片的温度。此种功率模块不依赖于外部散热系统，能够灵活地对自身温度进行调节，防止芯片工作过程中温度上升过快，既能单独调节功率模块温度，又能与外部散热系统结合进行调节，可提高功率模块的散热性能，保证功率模块的运行能力，防止工作时温升过高出现炸裂现象。

而且，若功率模块10运行于寒冷环境中超出运行温度范围，则可以开启半导体换热件9进入制热模式，加热功率模块10使其处于温度范围内后，再启动运行。若待功率模块10表层湿度过大时，也可以开启半导体换热件9进入制热模式，加热功率模块10，蒸发功率模块10表面的冷凝水干燥后再运行，防止功率模块10运行过程中发生短路的风险，提高工作安全性。

如图5所示，半导体换热件9设在基板1内，形成埋藏式集成结构，相当于将半导体换热件9集成在功率模块10中，既能独立地对功率模块10进行温度调节，也能辅助外部散热器一起进行温度调节，可优化功率模块10的散热性能，不需要完全依赖外部散热器。而且，此种结构无需占用额外的空间，结构紧凑。此外，半导体换热件9与芯片2距离更近，能够优化散热效果。

在一些实施例中，如图6所示，基板1包括主体板14和盖板16，主体板14的表面上设有凹槽15，半导体换热件9设在凹槽15内，盖板16用于将凹槽15封闭。例如，凹槽15设在主体板14垂直于厚度方向的平面内。可选地，半导体换热件9可通过散热膏安装到凹槽15内，半导体换热件9与盖板16之间可涂有散热膏以增加接触面积，功率模块10可通过散热膏固定于基板1上，以提高散热效率。

该实施例的基板1便于将半导体换热件9安装在凹槽15内，且利于将半导体换热件9提供的冷量或热量传递至芯片2。

在一些实施例中，半导体换热件9设有多个，多个半导体换热件9排布在垂直于基板1厚度方向的平面内，相邻两个半导体换热件9间隔设置。

如图7所示，半导体换热件9按照矩形阵列的方式排布，且相邻两个半导体换热件9间隔设置。如图8所示，设有四组半导体换热件9，每组半导体换热件9按照矩形阵列的方式排布，且每组内相邻两个半导体换热件9间隔设置。

对于同时设置半导体换热件9和外部散热器的结构，若半导体换热件9处于非使用状态依靠外部散热器调节温度时，能够减小半导体换热件9带来的热阻，使外部散热器产生的冷量更容易通过相邻半导体换热件9之间的间隙传递至芯片2。此种结构既能通过设置多个半导体换热件9提高散热效果，又能保证外部散热器单独使用时的散热效果。

在另一些实施例中，如图4所示，相邻两个半导体换热件9之间也可对接。例如，沿基板1的长度方向设有三个半导体换热件9。

在一些实施例中，半导体换热件9设有多个，多个半导体换热件9以串联、并联或者串并联结合的方式连接。

该实施例将多个半导体换热件9电连接，形成网状结构，在驱动电源功率一定的情况下，降低单个半导体换热件9的功率，也利于使各半导体换热件9有针对性地对发热晶圆进行散热。而且，多个半导体换热件9与基板1衔接发热面比较均匀分散，使外部散热器能够通过基板1更均匀地对功率模块10进行散热，从而提高散热效率。

其中，并联设置方式可提高制冷量，降低单个半导体换热件9的制冷量需求，降低半导体换热件9大小的需要，可以由多个小半导体换热件9灵活组合，形状灵活组合，提高制冷量。

如图4所示，三个半导体换热件9采用并联的方式连接，两个电源连接接口91分别为正负接口。电源连接接口91可引出插针，以便于驱动器30连接进行控制。

如图7所示，多个半导体换热件9采用矩形阵列方式布局，所有的半导体换热件9采用并联方式。

如图8所示，设有四组半导体换热件9，每组中包括以矩形阵列方式布局的多个半导体换热件9，且每组中的各半导体换热件9采用并联方式。左侧两组并联的半导体换热件9与右侧两组并联的半导体换热件9进行串联。

在一些实施例中，如图5所示，功率装置100还包括控制器20和驱动器30，控制器20被配置为控制芯片2工作，驱动器30与半导体换热件9的电源线连接，驱动器30被配置为控制半导体换热件9工作，且驱动器30集成于控制器20中。

例如，半导体换热件9设在基板1内，可在基板1上开设孔以将电源线引出与驱动器30连接。在控制器20中可设置插座，驱动器30可拆卸地安装于插座上，插座上设有控制端口，此种结构易于拆装，插座可以为牛角插座。驱动器30可采用升降压驱动电路，以改变电源方向和大小。

驱动器30向半导体换热件9发出的主要控制指令由控制器20发出，半导体换热件9主要的控制指令包括控制电源功率调大指令，控制电源功率调小指令，控制输出电压极性变换指令，保护控制驱动电路开断指令；接收指令主要包括半导体制冷片驱动电路过流指令、过压指令。

该实施例将半导体换热件9的驱动器30集成在控制器20中，便于与功率模块10的控制设置通讯连接，以根据功率模块10工作过程中的温度和/或湿度情况控制半导体换热件9开启或关闭，也能使功率装置100的结构更加紧凑。

在一些实施例中，如图3所示，功率装置100还包括：第一温度检测部件8，被配置为检测功率模块10的温度值，例如，第一温度检测部件8可设在基板1或芯片2上，可采用温度传感器，例如感温包或NTC热敏电阻等；和驱动器30，被配置为根据功率模块10的温度值确定半导体换热件9的开启时机，以及以制冷模式或制热模式开启。

如图3所示，设有多个半导体换热件9，每个半导体换热件9上均设有第一温度检测部件8。

该实施例能够根据功率模块10的温度值准确地确定半导体换热件9的开启时机，例如在功率模块10工作的过程中，当功率模块10温度过高时可使半导体换热件9开启制冷模式；当功率模块10处于低温环境，可使半导体换热件9开启制热模式，以将功率模块10加热至适宜的工作温度。

在一些实施例中，如图2和图5所示，功率装置100还包括散热器3，被配置为对基板1进行散热，芯片2沿厚度方向设在基板1的第一侧面，散热器3沿厚度方向设在基板1的第二侧面。其中，半导体换热件9被配置为在工作于制冷模式时通过散热器3进行散热。散热器3与功率模块10之间可通过散热膏连接。如图3所示，散热器3上可安装多个功率模块10。

可选地，半导体换热件9也可设在散热器3上，例如设在散热器3的散热板31上，可尽量靠近基板1设置，以获得较好的散热效果。

该实施例中的散热器3作为外部散热器，散热器3可单独对功率模块10进行散热，或者散热器3与半导体换热件9结合对功率模块10进行散热，或者半导体换热件9单独对功率模块10进行散热。芯片2产生的热量可通过基板1到达散热器3进行换热，半导体换热件9制冷产生的热量可通过热端传递至散热器3进行散热。通过设置散热器3，既能增加对功率模块10进行散热的灵活性，又能保证散热效果，保证功率模块10的运行能力。

在一些实施例中，如图3所示，散热器3包括两块散热板31和冷媒管32，冷媒管32设在两块散热板31之间，冷媒管32用于通入冷媒以带走芯片2产生的热量。

正常运行时，冷媒进口通入冷媒，从冷媒出口流出，功率模块10开机运行，待负载变大，功率模块10输出功率变高，消耗功率随之变高，控制器控制调节阀开度，控制进口冷媒流量，进而控制散热器3温度，将功率模块10发热量通过冷媒带出，从冷媒出口带出。当出现冷媒量少，或者没有冷媒时，调节阀会开到最大，但功率模块10散发出的热量没有冷媒带出，只通过散热器3的散热板31自然散热，散热效率急剧下降，直到功率模块过流、功率模块温度过温、散热板31过温后报保护限降频或停机。

该实施例采用冷媒散热器，能够实现较大的散热量，提高散热效率，并根据功率模块10工作过程中的温度准确地控制制冷量，以使功率模块10工作时的温度保持在合适的范围内。

若功率模块10仅仅通过冷媒散热器进行散热，则功率模块10本身不能进行自我调节，完全依赖于外部散热，存在如下缺点：

1、必须依赖于外部散热器，否则功率模块温度上升过快；

2、散热器由于设计方式不同会使其性能有较大差异，散热性能难以保证。

3、在外部散热器出现冷媒缺失或者无冷媒的情况下，将导致功率模块的运行能力不足或出现炸裂现象。

4、在采用冷媒散热时，冷媒流量和冷媒温度扩散惯性大，需要一定的时间才能达到目标温度，导致外部散热系统的响应时间长，安全无法保证。

相比而言，本公开的功率装置100同时设置了冷媒散热器和半导体换热件9，至少具备如下优点之一：

1、功率模块10自带散热功能，实现功率模块10的温度自调节作用。

2、当散热器3制作差异过大，则功率模块10可根据工作温度监测，自动调节功率模块10自身温度，并保证功率模块10可继续使用。

3、当散热器3冷媒缺失或者无冷媒情况下，可选择通过功率模块10在短时间内提供足够的冷量，能够补偿散热器3制冷能力不足的问题，保证功率模块10在短时间内可以正常工作，或者也能解决在出现瞬时大电流导致温度过高的问题。

其中，冷媒缺失的原因主要是在运行之前冷媒供给不及时，冷媒泄露，运行时冷媒制冷量相应时间长，短时供给不足，或者冷媒制冷能力已达极限。冷媒是否缺失可通过散热器3的温度或者流量传感器进行监测。

4、在无冷媒的情况下，若功率模块10用于变频器，功率模块10自带散热功能可提高变频器试验运行功率。

本公开采用内置半导体制冷补偿装置作为补偿散热，弥补散热器3中冷媒流量、冷媒温度扩散惯性大，响应慢等问题，同时解决，无冷媒环境、冷媒量少、调节阀阀开满负荷等特殊情况下，功率模块10散热量不断聚集，无法散热导致的过流、过温等工程问题，甚至防止功率模块10瞬间过流导致温度上升过快，冷媒散热响应不急时导致的器件炸裂等恶劣工况的出现。

在一些实施例中，如图3所示，散热器3还包括：第二温度检测部件，被配置为检测散热器3的温度值，例如，第二温度检测部件可设在散热板31或冷媒管32上，可采用温度传感器，例如感温包或NTC热敏电阻等；和调节阀，被配置为根据散热器3的温度值调节开度，以改变通入冷媒管32的冷媒量。例如，调节阀可以为电子膨胀阀。

具体地，第二温度检测部件可设置三个，包括进口温度检测部件33、中间温度检测部件34和出口温度检测部件35，进口温度检测部件用于检测散热器3位于冷媒进口处的温度值，中间温度检测部件34用于检测散热器3位于冷媒流动中间区域的温度值，出口温度检测部件35用于检测散热器3位于冷媒出口处的温度值。根据进口温度检测部件33和出口温度检测部件35各自检测值的差值，可获知换热量的大小，根据中间温度检测部件34的检测值，可代表散热器3的整体温度来判断是否需要调整调节阀的开度。

冷媒管32的进口可设置第一管接头321，冷媒管32的出口可设置第二管接头322。

该实施例能够通过根据散热器3的温度定量地调节通入冷媒管32的冷媒量，以提供合适的制冷量，使功率模块10保持在合适的工作温度。

图9为半导体换热件9的基本结构，半导体换热件9包括第一换热部92和第二换热部93，例如采用绝缘基板，可以是绝缘陶瓷片，被配置为在半导体换热件9通电的状态下分别形成冷端和热端。

半导体换热件9还包括芯片层，第一换热部92和第二换热部93分别位于芯片层的两侧并与芯片层接触，芯片层内设有多组电偶对，每组电偶对包括N型半导体元件95和P型半导体元件96，各N型半导体元件95和P型半导体元件96间隔设置，且通过导电件94串联。

在电源97通直流电时，就会产生能量转移，电流由N型半导体元件95流向P型半导体元件96的接头，该过程会吸收热量，使第一换热部92成为冷端，第二换热部93成为热端。当电流由P型半导体元件96流向N型半导体元件95的接头，该过程会释放热量，冷端和热端发生转换。能量转移大小通过电流的大小以及电偶对的对数决定。

图10为半导体换热件9采用多级热电堆半导体的结构型式，可达到较高的散热能力，各级热电堆采用串并联组合的方式连接。可选地，各级热电堆也可采用串联或并联的方式连接。例如，可采用串联二级热电堆、并联二级热电堆、串并联三级热电堆等多级热电堆半导体结构，亦可选择多级热电堆结构网格化布置结构设计。

功率模块10基本中集成单个、多个并联、多个串联、以及串并联等网状结构，针对发热晶圆布置情况，选择性设计。根据内部芯片布局，可选择小型半导体采用并联结构、串并联结构，直接对发热芯片进行散热，因半导体嵌套在金属层中，因此可已增加基板1金属面与散热器3间的换热面积。采用网状结构，可将功率模块10的基板1衔接散热器3和铜层的直接金属接触面增加，减少使用单独制冷片时，停止制冷片使用后导致的热阻增加问题。

本公开的内置半导体制冷补偿装置的功率模块具有自我功率、温度监测功能，因半导体换热件9运行能力取决于的自身容量和散热系统，所以需要实时监测运行功率和散热能力，保证半导体换热件9处于正常的工作环境中。

而且，此种功率模块10具有自温度识别、湿度识别功能，通过集成的温度传感器和湿度传感器，可监测模块温度是否处于正常运行范围内，湿度是否处于湿度范围内，防止温度过低启动不了，湿度过高，启动后产生短路现象。当监测温度时，可通过控制半导体制冷系统驱动电路选择功率模块半导体制冷片制热功能，自我加热功率模块，使其自身温度处于正常范围内后，在启动运行。当监测湿度异常时，则通过控制半导体制冷系统驱动电路选择功率模块半导体制冷片制热功能，持续加热功率模块，蒸发水分，提高功率模块干燥度。

其次，本公开提供了一种变频系统，包括上述实施例的功率装置100。例如，变频系统可以为变频启动柜，可应用于空调系统中，或者也可用于其它需要功率模块的相关领域中。

散热器3布置于变频器内部，用于变频器内部电力二极管、IGBT等功率模块散热使用。

再次，本公开提供了一种空调设备，包括上述实施例的变频系统。由于变频系统具有较优的散热效果，可保证空调设备的运行能力，并防止由于温度过高而影响安全性。

最后，本公开提供了一种基于上述实施例所述功率装置100的控制方法，在一些实施例中，包括：

获取功率模块10的温度值；

根据功率模块10的温度值确定半导体换热件9的开启时机，以在使功率模块10开启后对基板1进行温度调节，从而调节芯片2的温度。

该实施例能够对基板主动进行温度调节，根据功率模块10的温度值准确地确定半导体换热件9的开启时机，例如在功率模块10工作的过程中，当功率模块10温度过高时可使半导体换热件9开启制冷模式；当功率模块10处于低温环境，可使半导体换热件9开启制热模式，以将功率模块10加热至适宜的工作温度。由此，可提高功率模块的散热性能，保证功率模块的运行能力，防止工作时温升过高出现炸裂现象。而且，还能够在功率模块10运行于寒冷环境中时加热至合适的工作温度，或者在湿度较高时通过加热进行干燥。

在一些实施例中，控制方法还包括：获取用于对基板1进行散热的散热器3的温度值，例如可通过第二温度检测不加内进行检测；其中，根据功率模块10的温度值确定半导体换热件9的开启时机的步骤包括：

在功率模块10的温度值超过第一温度阈值，且散热器3的温度值超过第二温度阈值的情况下，使半导体换热件9进入制冷模式。

该实施例在功率模块10工作过程中温度过高，且通过外部的散热器3不足以使其充分散热的情况下，开启半导体换热件9进行辅助制冷，从而提高功率模块10的散热性能，保证功率模块10的运行能力。

在一些实施例中，控制方法还包括：获取用于对基板1进行散热的散热器3的温度值，例如可通过第二温度检测不加内进行检测；其中，根据功率模块10的温度值确定半导体换热件9的开启时机的步骤包括：

在功率模块10的温度值低于第三温度阈值，或散热器3的温度值低于第四温度阈值的情况下，使半导体换热件9进入制热模式；其中，第三温度阈值低于第一温度阈值，第四温度阈值低于第二温度阈值。

该实施例能够在功率模块10运行于寒冷环境中超出运行温度范围时，可以开启半导体换热件9进入制热模式，加热功率模块10使其处于温度范围内后，再启动运行。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取用于对基板1进行散热的散热器3的温度值；

根据散热器3的温度值控制调节阀的开度，以改变通入散热器3中冷媒管32的冷媒量。

该实施例能够通过根据散热器3的温度定量地调节通入冷媒管32的冷媒量，以提供合适的制冷量，使功率模块10保持在合适的工作温度。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取功率模块10的湿度值；

获取用于对基板1进行散热的散热器3的湿度值；

在功率模块10的湿度值高于第一湿度阈值，或散热器3的湿度值高于第二湿度阈值的情况下，使半导体换热件9进入制热模式。

该实施例能够对功率模块10和散热器3的湿度进行检测，在表层湿度过大时，可开启半导体换热件9进入制热模式，加热功率模块10，蒸发功率模块10表面的冷凝水干燥后再运行，防止功率模块10运行过程中发生短路的风险，提高工作安全性。

在一些实施例中，控制方法还包括：在监测到半导体换热件9的输入功率超过预设保护阈值的情况下，降低用于控制半导体换热件9的驱动器30的输出电源功率。

该实施例能够在保证制冷制热量需求的基础上，提高半导体换热件9工作过程中的安全性。

在一些实施例中，控制方法还包括：

获取功率装置100所在的环境温度值；

在环境温度值低于第五温度阈值或者无信号的情况下，开启加热器回路以提高环境温度。

该实施例能够在检测到的环境温度值较低，或者环境温度低导致检测部件无信号时，开启加回路进行加热，以将功率装置100所在的环境温度加热至合适的工作温度，可提高工作可靠性。

如图11所示，下面结合具体的实施例来说明本公开功率装置100应用于变频系统时的控制原理，变频系统用于控制供给压缩机的输入电源频率。以功率装置100工作于寒冷环境中为例进行说明。

设备开始上电后，设备启动环境电子温度监控模块，监测环境温度值是否低于第五温度阈值，或者是否无温度信号，如果低于第五温度阈值，或者没有温度信号，则开启加热器回路，开始利用供电回路对加热器回路供电，发出热量，当环境温度值达到第五温度阈值的情况下，则关闭加热器回路，停止对环境加热。

启动控制器20，通过第一温度检测部件8检测功率模块10的温度，并通过第二温度检测部件检测散热器3的温度，监测温度是否正常，即判断功率模块10和散热器3的温度是否提高至能够顺利工作的温度，因为对环境进行加热后，功率模块10和散热器3的温度恢复较慢。如果功率模块10和散热器3的温度仍不正常未达到可靠工作的标准，则使驱动器30发指令使半导体换热件9进入制热模式，如果温度正常则继续检测功率模块10和散热器3的湿度，并判断湿度是否正常，功率模块10的湿度值不高于第一湿度阈值，且散热器3的第二湿度值不高于第二湿度阈值则为正常，如果湿度正常不正常则发指令使半导体换热件9进入制热模式进行除湿，待监测湿度达到正常工作范围以内时，关闭半导体换热件9。

接着，使设备启动运行，变频器正常启动运行，随后，控制器20随工况发指令，开启调节阀，调整冷媒流量，监测冷媒流量，判断散热铝板和功率模块温度是否超过阈值，如果超出，则控制器20向驱动器30发指令，开启半导体换热件9，控制器20控制驱动器30输出特定功率电源，监测半导体换热件9的输入功率是否超过预设保护阈值。

如果监测半导体换热件9输入功率超过预设保护阈值，则降低驱动器30的输出电源功率；如果监测半导体换热件9输入功率未超过保护阈值，则使半导体换热件9进入制冷模式，热端通过散热器3中的冷媒散热，然后回到控制器随工况发指令，调整调节阀开度，循环往复，待散热器3和功率模块10的温度在阈值范围内时，则设备正常运行，并时刻接收控制器指令，调整调节阀开度，待发出停机指令时结束设备运行工作。

在一些实施例中，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例中的控制方法。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上对本公开所提供的一种功率装置及其控制方法、变频系统和空调系统进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (18)

1.一种功率装置(100)，其特征在于，包括：

功率模块(10)，包括基板(1)和芯片(2)，所述芯片(2)安装于所述基板(1)；和

半导体换热件(9)，设在所述基板(1)内，被配置为对所述基板(1)进行温度调节，以调节所述芯片(2)的温度。

2.根据权利要求1所述的功率装置(100)，其特征在于，所述基板(1)包括主体板(14)和盖板(16)，所述主体板(14)的表面上开设凹槽(15)，所述半导体换热件(9)设在所述凹槽(15)内，所述盖板(16)用于将所述凹槽(15)封闭。

3.根据权利要求1所述的功率装置(100)，其特征在于，所述半导体换热件(9)设有多个，多个所述半导体换热件(9)排布在垂直于所述基板(1)厚度方向的平面内，相邻两个所述半导体换热件(9)间隔设置。

4.根据权利要求1所述的功率装置(100)，其特征在于，所述半导体换热件(9)设有多个，多个所述半导体换热件(9)以串联、并联或者串并联结合的方式连接。

5.根据权利要求1所述的功率装置(100)，其特征在于，还包括控制器(20)和驱动器(30)，所述控制器(20)被配置为控制所述芯片(2)工作，所述驱动器(30)与所述半导体换热件(9)的电源线连接，所述驱动器(30)被配置为控制所述半导体换热件(9)工作，且所述驱动器(30)集成于所述控制器(20)中。

6.根据权利要求1所述的功率装置(100)，其特征在于，还包括：

第一温度检测部件(8)，被配置为检测所述功率模块(10)的温度值；和

驱动器(30)，被配置为根据所述功率模块(10)的温度值确定所述半导体换热件(9)的开启时机，以及以制冷模式或制热模式开启。

7.根据权利要求1～6任一项所述的功率装置(100)，其特征在于，还包括散热器(3)，被配置为对所述基板(1)进行散热，所述芯片(2)沿所述基板(1)的厚度方向设在所述基板(1)的第一侧面，所述散热器(3)沿所述厚度方向设在所述基板(1)的第二侧面；

其中，所述半导体换热件(9)被配置为在工作于制冷模式时通过所述散热器(3)进行散热。

8.根据权利要求7所述的功率装置(100)，其特征在于，所述散热器(3)包括两块散热板(31)和冷媒管(32)，所述冷媒管(32)设在两块所述散热板(31)之间，所述冷媒管(32)用于通入冷媒以带走所述芯片(2)产生的热量。

9.根据权利要求8所述的功率装置(100)，其特征在于，所述散热器(3)还包括：

第二温度检测部件，被配置为检测所述散热器(3)的温度值；和

调节阀，被配置为根据所述散热器(3)的温度值调节开度，以改变通入所述冷媒管(32)的冷媒量。

10.一种变频系统，其特征在于，包括：权利要求1～9任一项所述的功率装置(100)。

11.一种空调设备，其特征在于，包括：权利要求10所述的变频系统。

12.一种基于权利要求1～9任一项所述功率装置(100)的控制方法，其特征在于，包括：

获取所述功率模块(10)的温度值；

根据所述功率模块(10)的温度值确定所述半导体换热件(9)的开启时机，以在使所述功率模块(10)开启后对所述基板(1)进行温度调节，从而调节所述芯片(2)的温度。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括：获取用于对所述基板(1)进行散热的散热器(3)的温度值；

其中，根据所述功率模块(10)的温度值确定所述半导体换热件(9)的开启时机的步骤包括：

在所述功率模块(10)的温度值超过第一温度阈值，且所述散热器(3)的温度值超过第二温度阈值的情况下，使所述半导体换热件(9)进入制冷模式；和/或

在所述功率模块(10)的温度值低于第三温度阈值，或所述散热器(3)的温度值低于第四温度阈值的情况下，使所述半导体换热件(9)进入制热模式；其中，所述第三温度阈值低于所述第一温度阈值，所述第四温度阈值低于所述第二温度阈值。

14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取用于对所述基板(1)进行散热的散热器(3)的温度值；

根据所述散热器(3)的温度值控制调节阀的开度，以改变通入散热器(3)中冷媒管(32)的冷媒量。

15.根据权利要求12～14任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述功率模块(10)的湿度值；

获取用于对所述基板(1)进行散热的散热器(3)的湿度值；

在所述功率模块(10)的湿度值高于第一湿度阈值，或所述散热器(3)的湿度值高于第二湿度阈值的情况下，使所述半导体换热件(9)进入制热模式。

16.根据权利要求12～14任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在监测到所述半导体换热件(9)的输入功率超过预设保护阈值的情况下，降低用于控制所述半导体换热件(9)的驱动器(30)的输出电源功率。

17.根据权利要求12～14任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述功率装置(100)所在的环境温度值；

在所述环境温度值低于第五温度阈值或者无信号的情况下，开启加热器回路以提高环境温度。

18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求12～17任一项所述的控制方法。

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