CN115360925A - 一种功率变换器及自动清尘方法 - Google Patents

一种功率变换器及自动清尘方法 Download PDF

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徐安安
杨叶
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Abstract

本申请公开了一种功率变换器及自动清尘方法，功率变换器包括：功率半导体器件、散热器、风扇和控制器；散热器包括散热器基板和散热器齿片；功率半导体器件贴合于散热器基板上；功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、风扇、散热器和出风口网孔；风扇和散热器之间以及散热器与出风口网孔之间形成风道；控制器，用于在功率变换器处于非并网状态时控制风扇反转，为功率变换器自清洁。由于本申请在功率变换器非并网状态下，控制风扇为功率变换器自清洁，因此不影响功率变换器的正常工作，从而不会降低功率变换器的工作效率。

Description

一种功率变换器及自动清尘方法
技术领域
本申请涉及电气设备技术领域，具体涉及一种功率变换器及自动清尘方法。
背景技术
随着电气技术的不断发展，功率变换器作为一种交直流转换设备，被广泛应用于数据通讯、计算机、工业、航天等领域。功率变换器常采用风冷散热，即风扇将外部冷风通过进风口吸入，吹至散热器带走热量。但风冷散热过程中，存在吸入的如灰尘等异物堆积堵塞的问题，影响散热效果。无法正常散热将导致功率变换器效率下降，甚至有整机失效的风险。因此，清除风道异物是维持功率变换器正常工作的重要的一环。
目前，解决功率变换器堵塞的主要措施是人工定期进行维护清理。这种措施需要人员到现场进行维护清理，具有滞后性；另外，人工维护清理还具有维护时间长、维护成本高的缺点。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种功率变换器及自动清尘方法，能够自动实现功率变换器的内部清理，而且不影响功率变换器的正常工作。
为解决上述问题，本申请提供一种功率变换器，包括：功率半导体器件、散热器、风扇和控制器；散热器包括散热器基板和散热器齿片；
功率半导体器件贴合于散热器基板上；
功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、风扇、散热器和出风口网孔；风扇和散热器之间以及散热器与出风口网孔之间形成风道；
控制器，用于在功率变换器处于非并网状态时控制风扇反转，为功率变换器自清洁。
优选地，控制器，具体用于以预设周期控制风扇反转，每次反转预设时间段。
优选地，控制器，具体用于在距离上次反转时间大于等于第一间隔时，控制风扇反转预设时间段，然后控制风扇停转，更新距离上次反转时间。
优选地，控制器，具体用于在风扇反转总时长大于等于预设时长时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总时长小于预设时长时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，控制器，具体用于在风扇反转总次数大于等于预设次数时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总次数小于预设次数时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，控制器，具体用于在风扇反转总时长大于等于预设时长且风扇反转总次数大于等于预设次数时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总时长小于预设时长或风扇反转总次数小于预设次数时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，控制器，还用于在功率变换器中的逆变器并网时，根据逆变器的功率和/或电流控制风扇反转。
优选地，控制器，还用于在功率变换器启动时控制风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端的能量是否满足并网。
本申请还提供一种功率变换器的自动清尘方法，功率变换器包括：功率半导体器件、散热器和风扇；散热器包括散热器基板和散热器齿片；功率半导体器件贴合于散热器基板上；功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、风扇、散热器和出风口网孔；风扇和散热器之间以及散热器与出风口网孔之间形成风道；
该方法包括：识别功率变换器的工作状态；当功率变换器的工作状态为非并网时，控制风扇反转，为功率变换器自清洁。
优选地，功率变换器的工作状态为非并网控制风扇反转，具体包括：功率变换器的工作状态为非并网时，以预设周期控制风扇反转，每次反转预设时间段。
优选地，控制风扇反转，具体包括：在距离上次反转时间大于等于第一间隔时，控制风扇反转预设时间段，然后控制风扇停转，更新距离上次反转时间。
优选地，控制风扇反转，具体包括：在风扇反转总时长大于等于预设时长时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总时长小于预设时长时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，控制风扇反转，具体包括：在风扇反转总次数大于等于预设次数时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总次数小于预设次数时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，控制风扇反转，具体包括：在风扇反转总时长大于等于预设时长且风扇反转总次数大于等于预设次数时，以预设周期控制风扇反转；在风扇反转总时长小于预设时长或风扇反转总次数小于预设次数时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
优选地，还包括：在功率变换器中的逆变器并网时，根据逆变器的功率和/或电流控制风扇反转。
优选地，根据逆变器的功率和/或电流控制风扇反转，具体包括：
逆变器的功率小于预设功率和/或逆变器的电流小于预设电流时，控制风扇反转。
优选地，还包括：在功率变换器启动时控制风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端的能量是否满足并网。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
该功率变换器中的控制器在功率变换器处于非并网状态时控制风扇反转，将功率变换器内部的灰尘等异物吹出，实现自动清理，节省了人力，还改善了人工清理的滞后性。由于本申请在功率变换器非并网状态下，控制风扇为功率变换器自清洁，因此不影响功率变换器的正常工作，从而不会降低功率变换器的工作效率。而且利用功率变换器中已有用于散热的风扇，不需要增加硬件设备，简单易行。
附图说明
图1为一种功率变换器的三维示意图；
图2为图1对应的左视剖面图；
图3为图1对应的仰视图；
图4为本申请实施例提供的一种功率变换器的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种功率变换器的自动清尘方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的另一种功率变换器的自动清尘方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的又一种功率变换器的自动清尘方法的流程图。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的各个实施例，下面先对功率变换器的散热原理进行简要说明。
参见图1，该图为一种功率变换器的三维示意图。
参见图2，该图为图1对应的左视剖面图。
参见图3，该图为图1对应的仰视图。
功率变换器包括如下部分：前箱体1、散热器4、风扇5、进风口网孔6、出风口网孔7、风道8和功率半导体器件9。其中，散热器基板2和散热器齿片3组成散热器4。
功率半导体器件9置于前箱体1内，并通过界面材料与散热器基板2贴合在一起；前箱体1中的功率半导体器件9产生的热量经散热器基板2传递到散热器齿片3上；风扇5将外部冷风从进风口网孔6吸入，然后将冷风吹向散热器齿片3，带走热量；产生的热风从出风口网孔7排至外界环境。
但是，风扇5散热过程中，进风口网孔6处会形成负压，易将空气中的棉絮、灰尘等异物吸入风道8，造成进风口网孔6、散热器齿片3等区域堵塞，影响散热。
采用人工定期清理的方式，维护成本高，而且有滞后性，本申请实施例提供的技术方案可以在功率变换器处于非并网状态时，控制风扇进行反转，将灰尘等异物吹出，实现了自动对功率变换器内部的清理，节省人力，可以改善滞后性；由于本申请控制风扇为功率变换器自清洁是在功率变换器非并网状态下进行的，因此不影响功率变换器的正常工作。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种功率变换器的示意图。
本实施例提供的功率变换器1000，包括：功率半导体器件9、散热器4、风扇5和控制器100。
继续参见图1。
其中，散热器4包括散热器基板2和散热器齿片3；功率半导体器件9贴合于散热器基板2上。
功率变换器1000的箱体内依次排布进风口网孔6、风扇5、散热器4和出风口网孔7；风扇5和散热器4之间以及散热器4与出风口网孔7之间形成风道8。
本申请实施例不具体限定功率变换器的具体拓扑和应用场景，例如功率变换器可以应用于光伏系统，也可以应用于储能系统，也可以应用于新能源汽车等。功率变换器可以为DCDC变换器，也可以为DCAC变换器，也可以为ACDC变换器，其中，功率变换器内部的功率半导体器件可以为以下任意一种：金属氧化物半导体场效应管MOS、绝缘栅双极型晶体管IGBT等。
本申请对于功率半导体器件的具体类型不做限定，也可以为以上列举之外的器件。
控制器100，用于在功率变换器处于非并网状态时控制风扇反转，为功率变换器自清洁。
在功率变换器处于非并网状态时，控制风扇5反转，不影响功率变换器的正常工作，不消耗总发电量，还可以将功率变换器1000内部的灰尘等异物吹出，实现自动清理。
本申请实施例提供的功率变换器，控制器在功率变换器处于非并网状态时，控制风扇反转，将功率变换器内部的灰尘等异物吹出，实现自动清理，节省了人力，还改善了人工清理的滞后性；由于本申请控制风扇为功率变换器自清洁是在功率变换器非并网状态下进行的，因此不影响功率变换器的正常工作。
本申请实施例不具体限定风扇反转时的具体实现方式，例如反转的时长、次数以及间隔等，下面举例进行具体介绍。
第一种实现方式：
控制器，具体用于在功率变换器处于非并网状态时，以预设周期控制所述风扇反转，每次反转预设时间段。例如，预设周期为1小时，即每隔1小时风扇反转一次；预设时间段为10分钟，即每次反转时风扇需要反转10分钟。本申请实施例不具体限定预设周期和预设时间段的大小，本领域技术人员可以根据自清洁的实际需要，来设置预设周期和预设时间段的大小。
控制器可以设置相邻两次风扇反转最小时间间隔ta，简称第一间隔ta，控制器具体用于在距离上次反转时间t1大于等于ta时，控制风扇反转预设时间段tb后停转，更新距离上次反转时间t1。
距离上次反转时间t1大于等于ta时，表示已经达到了预设周期，需要进行新的一次自清洁，控制器则需要控制风扇进行下一次反转。
当然，每次反转的预设时间段tb可以相同也可以不同；可以设定预设周期对风扇反转进行控制，也可以不按照周期控制。
本申请实施例提供的功率变换器，还可以仅在距离上次反转时间达到第一间隔ta时进行反转，每次反转预设时间段tb。第一间隔ta与预设时间段tb一同构成预设周期。本领域技术人员可以根据预设周期调节风扇反转频率，在自清洁需求大的场景下缩小反转周期提高反转频率；在自清洁需求小的场景下则增大反转周期降低反转频率，节约用电且能够适应不同场景，更为灵活。
第二种实现方式：
控制器可以用于在功率变换器处于非并网状态时，设置预设时长tc，在反转总时长t2大于等于预设时长tc时，以预设周期控制风扇反转；在反转总时长t2小于预设时长tc时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。控制器也可以用于在功率变换器处于非并网状态时，设置预设次数N，在反转总次数n大于预设次数N时，以预设周期控制风扇反转；在反转总次数n小于预设次数N时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
反转总时长t2大于等于预设时长tc或反转总次数n大于等于预设次数N时，表明风扇反转自清洁的程度已经达到预设标准，则继续按照预设周期进行自清洁即可。若反转总时长t2小于预设时长tc或反转总次数n小于预设次数N，表明风扇反转自清洁的程度还未达到预设标准，因此以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转，提高自清洁效率。
其中，预设时长tc与预设次数N可以都设置，可以只设置一项，还可以都不设置。
本申请实施例提供的功率变换器，还可以实现反转过程中的多次反转，即在未达到反转总时长和/或未达到反转总次数时，无需等待下一反转周期到来，在较短间隔内进行多次反转，使异物更容易被清除，提高了自动清理的效率，适合应用于自清洁需求高的场景中。
另外，控制器可以用于，在功率变换器中的逆变器并网时，根据逆变器的功率和/或电流控制风扇反转。
在功率变换器并网时，可以根据逆变器的功率和/或电流，得到控制风扇反转时不会影响功率变换器正常工作的情况；此时控制风扇反转，也能在不影响功率变换器正常工作的情况下实现自清理。
控制器还可以用于，在功率变换器启动时控制风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端的能量是否满足并网。
检测输入端输入能量是否满足并网要求时，通常利用风扇转动一定时间消耗的能量来进行判断。因此，此时可以控制风扇反转，既判断输入能量是否满足要求，又进行了反转自清洁，节省了步骤。
基于以上实施例提供的一种功率变换器，本申请实施例还提供一种功率变换器的控制方法，下面结合附图进行详细介绍。
参见图5，该图为本申请实施例提供的一种功率变换器的自动清尘方法的流程图。
本实施例提供的功率变换器的自动清尘方法，应用于以上实施例介绍的功率变换器，其中，功率变换器包括：功率半导体器件、散热器和风扇；散热器包括散热器基板和散热器齿片；功率半导体器件贴合于散热器基板上；功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、风扇、散热器和出风口网孔；风扇和散热器之间以及散热器与出风口网孔之间形成风道。
该方法包括：
S501：判断功率变换器的工作状态是否并网，如果否，执行S502。
S502：在功率变换器处于非并网状态时，控制风扇反转，为功率变换器自清洁。
其中，控制风扇反转，具体可以包括：
在功率变换器处于非并网状态时，以预设周期控制风扇反转，每次反转预设时间段；
或，
在功率变换器中的逆变器并网时，逆变器的功率小于预设功率和/或逆变器的电流小于预设电流时，控制风扇反转。
该方法，还可以包括：
在功率变换器启动时，控制风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端能量是否满足并网。
本实施例提供的功率变换器的自动清尘方法，在功率变换器处于非并网状态时，控制风扇反转，可以将功率变换器内部的灰尘等异物吹出，从而实现自动清理，节省了人力，还改善了人工清理的滞后性；由于本申请控制风扇为功率变换器自清洁是在功率变换器非并网状态下进行的，因此不影响功率变换器的正常工作。
上述功率变换器的自动清尘方法中，可以根据多种方法控制风扇反转，以下结合附图对所述不同的控制方法分别进行描述。
本申请一实施例中，通过设置第一间隔ta，对风扇反转进行了周期控制，参见图6，该图为本申请实施例提供的另一种功率变换器的自动清尘方法的流程图。
S601：判断功率变换器工作状态是否并网，如果是，执行S602。
S602：判断距离上次反转时间t1是否大于等于第一间隔ta，如果是，执行S603；反之执行S604。
S603：在距离上次反转时间t1大于等于第一间隔ta时，控制风扇反转预设时间段tb，然后停转，更新距离上次反转时间t1。
S604：控制风扇停转。
上述实施例提供的方法，可以仅在距离上次反转时间达到第一间隔ta时进行反转，每次反转预设时间段tb。第一间隔ta与预设时间段tb一同构成预设周期。本领域技术人员可以根据预设周期调节风扇反转频率，在自清洁需求大的场景下缩小反转周期提高反转频率；在自清洁需求小的场景下则增大反转周期降低反转频率，节约用电且能够适应不同场景，更为灵活。
在本申请另一实施例中，还可以设置预设时长tc或预设次数N，来控制风扇进行多次反转，参见图7，该图为本申请实施例提供的又一种功率变换器的自动清尘方法的流程图。
S701：判断功率变换器工作状态是否并网，如果是，执行S702。
S702：判断距离上次反转时间t1是否大于等于第一间隔ta，如果是，执行S703；反之执行S707。
S703：在距离上次反转时间t1大于等于第一间隔ta时，控制风扇反转预设时间段tb，然后停转，更新距离上次反转时间t1、反转总时长t2和反转总次数n。
S704：判断反转总时长t2是否大于等于预设时长tc或反转总次数是否大于等于预设次数N，如果是，执行S705；反之执行S706。
S705：在风扇反转总时长t2大于等于预设时长tc或风扇反转总次数n大于等于预设次数N时，清零距离上次反转时间t1、反转总时长t2和反转总次数n。
S706：在风扇反转总时长t2小于预设时长tc或风扇反转总次数n小于预设次数N时，以比预设周期小的时间间隔再次控制风扇反转。
S707：控制风扇停转。
上述实施例提供的方法，可以实现反转过程中的多次反转，即在未达到反转总时长和/或未达到反转总次数时，无需等待下一反转周期到来，在较短间隔内进行多次反转，使异物更容易被清除，提高了自动清理的效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (17)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：功率半导体器件、散热器、风扇和控制器；所述散热器包括散热器基板和散热器齿片；
所述功率半导体器件贴合于所述散热器基板上；
所述功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、所述风扇、所述散热器和出风口网孔；所述风扇和所述散热器之间以及所述散热器与所述出风口网孔之间形成风道；
所述控制器，用于在所述功率变换器处于非并网状态时控制所述风扇反转，为所述功率变换器自清洁。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于以预设周期控制所述风扇反转，每次反转预设时间段。
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在距离上次反转时间大于等于第一间隔时，控制所述风扇反转预设时间段，然后控制所述风扇停转，更新所述距离上次反转时间。
4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述风扇反转总时长大于等于预设时长时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总时长小于预设时长时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
5.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述风扇反转总次数大于等于预设次数时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总次数小于预设次数时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
6.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述风扇反转总时长大于等于预设时长且所述风扇反转总次数大于等于预设次数时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总时长小于预设时长或所述风扇反转总次数小于预设次数时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
7.根据权利要求1-6任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，还用于在所述功率变换器中的逆变器并网时，根据所述逆变器的功率和/或电流控制所述风扇反转。
8.根据权利要求1-6任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器，还用于在所述功率变换器启动时控制所述风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端的能量是否满足并网。
9.一种功率变换器的自动清尘方法，其特征在于，所述功率变换器包括：功率半导体器件、散热器和风扇；所述散热器包括散热器基板和散热器齿片；所述功率半导体器件贴合于所述散热器基板上；所述功率变换器的箱体内依次排布进风口网孔、所述风扇、所述散热器和出风口网孔；所述风扇和所述散热器之间以及所述散热器与所述出风口网孔之间形成风道；
该方法包括：
识别所述功率变换器的工作状态；
当所述功率变换器的工作状态为非并网时，控制所述风扇反转，为所述功率变换器自清洁。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述功率变换器的工作状态为非并网控制所述风扇反转，具体包括：
所述功率变换器的工作状态为非并网时，以预设周期控制所述风扇反转，每次反转预设时间段。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制所述风扇反转，具体包括：
在距离上次反转时间大于等于第一间隔时，控制所述风扇反转预设时间段，然后控制所述风扇停转，更新所述距离上次反转时间。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制所述风扇反转，具体包括：
在所述风扇反转总时长大于等于预设时长时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总时长小于预设时长时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制所述风扇反转，具体包括：
在所述风扇反转总次数大于等于预设次数时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总次数小于预设次数时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制所述风扇反转，具体包括：
在所述风扇反转总时长大于等于预设时长且所述风扇反转总次数大于等于预设次数时，以所述预设周期控制所述风扇反转；在所述风扇反转总时长小于预设时长或所述风扇反转总次数小于预设次数时，以比所述预设周期小的时间间隔再次控制所述风扇反转。
15.根据权利要求9-14任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述功率变换器中的逆变器并网时，根据所述逆变器的功率和/或电流控制所述风扇反转。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据所述逆变器的功率和/或电流控制所述风扇反转，具体包括：
所述逆变器的功率小于预设功率和/或所述逆变器的电流小于预设电流时，控制所述风扇反转。
17.根据权利要求9-14任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述功率变换器启动时控制所述风扇反转来消耗能量，判断逆变器输入端的能量是否满足并网。
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