CN218352163U - 用于电力电子设备的机箱内过温保护系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统。所述电力电子设备的机箱包括彼此分隔开的多个腔室，用于收纳电力电子设备的多个部件。所述过温保护系统包括：用于检测所述多个部件中的功率器件的温度的负温度系数热敏电阻；设置在一个或多个腔室中以检测该一个或多个腔室的温度的一个或多个温控开关，各温控开关并联连接并且还与所述负温度系数电阻并联连接；和控制电路，经由导线与所述负温度系数热敏电阻和所述一个或多个温控开关分别电连接，构造成在所述负温度系数热敏电阻或者至少一个温控开关检测到过温时，控制所述电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

Description

用于电力电子设备的机箱内过温保护系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统。

背景技术

现有的电力电子设备为了适应高污染环境，通常采用密封的机箱。但是，密封的机箱环境不利于电子设备的散热。对此，现有的散热解决方案通常是采用强迫散热和自然散热相结合的方式。现有的散热解决方案通常在机箱内设置多个采温设备，并为每个采温设备配置控制电路。这样，当任意一处采温点出现过温时，都可以通过控制电路触发过温保护。但是，这样现有解决方案需要为多个采温设备配备多个控制电路。然而，在有限的机箱空间内，设置这些控制电路并非易事，存在布局复杂度高和增加成本的问题。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种用于电力电子设备的过温保护系统，其具有结构精简、成本低、和可靠性高的优点。

根据本实用新型的一个实施方式，提供了一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统。所述电力电子设备的机箱包括彼此分隔开的多个腔室，用于收纳电力电子设备的多个部件。所述过温保护系统包括：用于检测所述多个部件中的功率器件的温度的负温度系数热敏电阻；设置在一个或多个腔室中以检测该一个或多个腔室的温度的一个或多个温控开关，各温控开关并联连接并且还与所述负温度系数电阻并联连接；和控制电路，经由导线与所述负温度系数热敏电阻和所述一个或多个温控开关分别电连接，构造成在所述负温度系数热敏电阻或者至少一个温控开关检测到过温时，控制所述电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

在一个实施例中，所述一个或多个温控开关中的各温控开关均为常开型温控开关。

在一个实施例中，所述负温度系数热敏电阻贴附在所述功率器件的散热器的、与所述功率器件相接触的表面上；或者，所述负温度系数热敏电阻设置在所述功率器件内部。

在一个实施例中，各温控开关包括：双金属片，包括自由状态和受热形变状态；以及触点，包括能够自动切换的闭合状态和断开状态，并且所述触点的闭合状态对应于所述双金属片的受热形变状态，所述触点的断开状态对应于所述双金属片的自由状态。

根据本实用新型的另一个实施方式，提供了一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统。所述电力电子设备的机箱包括彼此分隔开的多个腔室，用于收纳电力电子设备的多个部件。所述过温保护系统包括：用于检测所述多个部件中的功率器件的温度的正温度系数热敏电阻；设置在一个或多个腔室中以检测该一个或多个腔室的温度的一个或多个温控开关，各温控开关串联连接并且还与所述正温度系数电阻串联连接；和控制电路，经由导线与所述正温度系数热敏电阻和所述一个或多个温控开关分别电连接，构造成在所述正温度系数热敏电阻或者至少一个温控开关检测到过温时，控制所述电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

在一个实施例中，所述一个或多个温控开关中的各温控开关均为常闭型温控开关。

在一个实施例中，所述正温度系数热敏电阻贴附在所述功率器件的散热器的、与所述功率器件相接触的表面上；或者，所述正温度系数热敏电阻设置在所述功率器件内部。

在一个实施例中，各温控开关包括：双金属片，包括自由状态和受热形变状态；以及触点，包括能够自动切换的闭合状态和断开状态，并且所述触点的断开状态对应于所述双金属片的受热形变状态，所述触点的闭合状态对应于所述双金属片的自由状态。

在一个实施例中，上述各实施方式的过温保护系统还包括报警装置，经由导线与所述控制电路电连接，所述报警装置构造成在接收到过温信号时发出声/光报警。

在一个实施例中，上述各实施方式的过温保护系统的一个或多个温控开关布置在以下一个或多个位置处：正母线铜排上；负母线铜排上；控制电路中流过大电流的铜皮上；和电力电子设备的电流采样电阻附近。

在一个实施例中，上述各实施方式的过温保护系统适用于：变频器、逆变器、不间断电源(UPS)、静止无功发生器(SVG)、无功补偿器(SVC)或大功率开关电源等。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施方式的机箱内过温保护系统的示意图。

图2是图1中的机箱内过温保护系统的一个例子。

图3是根据本实用新型的另一个实施方式的机箱内过温保护系统的示意图。

图4是图3中的机箱内过温保护系统的一个例子。

具体实施方式

本实用新型的实施例涉及用于电力电子设备的过温保护系统，其通过在机箱内采用热敏电阻和温控开关相配合的结构，实现了彼此不相互影响的多处过温保护。

根据本实用新型的实施例，多个采温设备(即，正温度系数热敏电阻/负温度系数热敏电阻和一个或多个温控开关)共用同一个控制电路，从而具备结构精简、成本低、和可靠性高的优点。

根据本实用新型的电力电子设备可以是变频器、逆变器、不间断电源(UPS)、静止无功发生器(SVG)、无功补偿器(SVC)和大功率开关电源中的一项。

以下结合附图来说明本实用新型的具体实施方式。

图1示出了根据本实用新型的一个实施方式的用于电力电子设备的机箱内过温保护系统。如图1所示，电力电子设备包括机箱C，用于收纳电力电子设备的多个部件，例如，电子部件和机械部件。这样，电力电子设备的部件被收纳在密闭的机箱C内，能够免受环境污染，这对于污染严重的工业环境尤其有利。

机箱C被分隔成彼此间隔开的多个腔室，各腔室用于收纳不同类型的电子部件和/或机械部件。各腔室中收纳的部件的布置考虑尺寸、机箱内走线和散热等多种因素。在一个实施例中，机箱C内空间被分隔成上下分层的结构，即，分隔成上层空间C1和下层空间C2。上层空间C1与下层空间C2之间可以采用隔板间隔开。在上层空间C1中收纳诸如PCB板、铜排和电容器之类的部件。在下层空间C2中收纳诸如功率器件及其散热器之类的部件。

继续参见图1，过温保护系统包括：一个或多个温控开关(TCS)11～13、负温度系数热敏电阻(NTC)20、和控制电路(PCB)30。

一个或多个温控开关设置在一个或多个腔室中，以检测其所设置的腔室的温度。例如，温控开关(TCS)11～13设置在上层空间C1内，以检测上层空间C1内不同位置处的温度。在一个实施例中，各个温控开关可以实现为包括：双金属片和触点。双金属片作为感温元件，具有自由状态和受热形变状态。触点具有能够自动切换的闭合状态和断开状态。当温控开关所设置的采温点的温度达到预先设置的动作温度时，双金属片受热产生内应力而迅速动作，使得触点变成闭合或断开状态，从而接通或切断电路，以起到控温作用。

在本实现方式中，各温控开关均实现为常开型温控开关，即，触点的闭合状态对应于双金属片的受热形变状态；触点的断开状态对应于双金属片的自由状态。

在本实现方式中，在包括多个温控开关的情况下，这些温控开关并联连接，并且还与NTC热敏电源20并联连接。

NTC热敏电阻20与电力电子设备的功率器件的散热器附接，用于检测该功率器件的散热器的温度。NTC热敏电阻20通过检测功率器件的散热器(例如，热沉)的温度来表征该功率器件是否过温。

控制电路30经由导线与NTC热敏电阻20和一个或多个温控开关11-13分别电连接。在控制电路30中设置有针对NTC热敏电阻20的温度阈值。控制电路30构造成在NTC热敏电阻或者至少一个多个温控开关检测到过温时，控制电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

例如，一旦NTC热敏电阻20上的检测信号表示其所附接的检测对象，即，功率器件的散热器，超过了该温度阈值时，则表示NTC热敏电阻20检测到了功率器件过温。这时，控制电路30控制电力设备进入停机保护模式。例如，一旦一个或多个温控开关中的至少一个温控开关检测到了过温时，输出开关信号给控制电路30。这时，控制电路30控制电力设备进入停机保护模式。

参见图1，在一个实施例中，在至少一个温控开关检测到了过温时，该至少一个温控开关闭合，导致NTC热敏电阻20被短路，VCC的电压全部加在分压电阻R0上。这时，控制电路30接收到一个等于VCC电压值的电压信号，该VCC电压值大于预先设置控制电路30中的电压阈值，由此控制电路30判定出温控开关检测到了过温并控制电力电子设备进入停机保护模式。

例如，当电力电子设备的机箱内没有过温时，各温控开关处于常开状态。这时，如果功率器件的散热器出现了过温，则NTC热敏电阻20的检测信号表示出该过温，控制电路30控制电力电子设备进入停机保护模式。在此过程中，温控开关处于常开状态。

例如，当电力电子设备的功率器件没有过温，NTC热敏电子正常检测。如果至少一个温控开关检测到了机箱内过温，则该至少一个温控开关闭合，将NTC热敏电阻20短路。控制电路30控制电力电子设备进入停机保护模式。

根据本实施方式的过温保护系统，采用NTC热敏电阻检测电力电子设备的功率器件的散热器的温度，并采用一个或多个常开型温控开关来进行电力电子设备的机箱内过温保护。各温控开关分别并联连接在NTC的两端，即，各温控开关的一端与NTC热敏电阻20的一端电连接，并且与过温检测系统的电源VCC电连接。各温控开关的另一端与NTC热敏电阻20的另一端电连接，并且与控制电路30电连接。这样，在多个采温点中，无论哪个采温点先过温，就优先动作，使得电力电子设备进入保护模式，从而对电力电子设备实现了更全面的过温保护。

另外，NTC热敏电阻20的另一端还连接着一分压电阻R0，以便传输给控制电路30的检测信号的电压是控制电路30可以承受的电压，不会因为该检测信号的电压过大而损坏控制电路30。

另外，过温保护系统还可以包括报警装置(ALM)40。该报警装置40与控制电路30经由导线电连接。控制电路30在控制电力电子设备进入停机保护的同时，还触发警装置40发出声/光报警，例如，发出诸如蜂鸣声之类的报警音，和/或报警信号灯闪烁。

另外，控制电路30还可以向电力电子设备的上位控制设备以有线和/或无线的方式发送过温信号，以便上位控制设备获知出现了过温故障并及时通知维修人员。

可以理解的是，温控开关的动作温度是预先设定的，该设定要充分考虑不同工况和不同环境温度的影响。例如，该设定的动作温度大于电力电子设备在最高工作温度下短时最大过载时，温度开关的采温点(即，布置点)处的温度。而且，该设定的动作温度低于常温下电力电子设备散热失效时，温度开关的采温点(即，布置点)处的温度。这样，能实现过温保护，还能避免过多的误保护。

图2示出了图1中的过温保护系统的一个例子。参见图2，上层空间C1与下层空间C2之间通过隔板B间隔开。NTC热敏电阻20贴附于功率器件IGBT的散热器S的、与功率器件相接触的表面上。另外，NTC热敏电阻20还可以设置在功率器件IGBT的内部。温控开关TCS通过螺丝固定在正母线铜排(DC+BUS)或者负母线铜排(DC-BUS)上。另外，温控开关还可以固定在控制电路(即，PCB电路板)的温度较高处，如PCB电路板上流过大电流的铜皮处。温控开关还可以固定在PCB电路板上的电流采样电阻附近，例如，在该电流采样电阻的附近处设置螺丝孔，并通过螺丝将温控开关固定在此处。为了增加安全性，可以在温控开关与其采温对象的接合处布置导热绝缘垫，并涂敷导热硅脂以增强热传导。

可以理解的是，考虑到机箱内不同位置处的过温保护点可能不同，因此不同温控开关的动作温度可以预先设置成不同。

图3示出了根据本实用新型的另一个实现方式的过温保护系统，其包括：一个或多个温控开关(TCS)11’～13’、正温度系数热敏电阻(PTC)20’、和控制电路(PCB)30。

在本实现方式中，各温控开关均实现为常闭型温控开关，即，触点的闭合状态对应于双金属片的自由状态；触点的断开状态对应于双金属片的受热形变状态。

在本实现方式中，在包括多个温控开关的情况下，这些温控开关串联连接，并且还与PTC热敏电阻20’串联连接。

PTC热敏电阻20’与电力电子设备的功率器件的散热器附接，用于检测该功率器件的散热器的温度。PTC热敏电阻20’通过检测功率器件的散热器(例如，热沉)的温度来表征该功率器件是否过温。

控制电路30经由导线与PTC热敏电阻20’和一个或多个温控开关11’～13’分别电连接。在控制电路30中设置有针对PTC热敏电阻20’的温度阈值。控制电路30构造成在PTC热敏电阻或者至少一个多个温控开关检测到过温时，控制电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

例如，一旦PTC热敏电阻20’上的检测信号表示其所附接的检测对象，即，功率器件的散热器，超过了该温度阈值时，则表示PTC热敏电阻20’检测到了功率器件过温。这时，控制电路30控制电力设备进入停机保护模式。例如，一旦一个或多个温控开关中的至少一个温控开关检测到了过温时，输出开关信号给控制电路30。这时，控制电路30控制电力设备进入停机保护模式。

例如，当电力电子设备的机箱内没有过温时，各温控开关处于常闭状态。这时，如果功率器件的散热器出现了过温，则PTC热敏电阻20’的检测信号表示出该过温，控制电路30控制电力电子设备进入停机保护模式。在此过程中，温控开关处于常闭状态。

例如，当电力电子设备的功率器件没有过温，PTC热敏电阻20’正常检测。这时，如果至少一个温控开关检测到了机箱内过温，则该至少一个温控开关断开，从而将PTC热敏电阻20’从电路回路中断开，电源VCC上的电压几乎全部加到控制电路30上，控制电路30控制电力电子设备进入停机保护模式。

参见图3，在一个实施例中，在至少一个温控开关检测到了过温时，该至少一个温控开关断开，导致PTC热敏电阻20’从检测回路中断开，VCC的电压全部加在分压电阻R0上。这时，控制电路30接收到一个等于VCC电压值的电压信号，该VCC电压值大于预先设置控制电路30中的电压阈值，由此控制电路30判定出温控开关检测到了过温并控制电力电子设备进入停机保护模式。

根据本实施方式的过温保护系统，采用PTC热敏电阻检测电力电子设备的功率器件的散热器的温度，并采用一个或多个常闭型温控开关检测电力电子设备的机箱内温度。各温控开关分别串联连接，并与PTC串联连接。即，各温控开关的开关端子首位相连，并与PTC热敏电阻的一端电连接，PTC热敏电阻的另一端接地。分压电阻R0串联连接在VCC与控制电路30之间。这样，在多个采温点中，无论哪个采温点先过温，就优先动作，使得电力电子设备进入保护模式，从而对电力电子设备实现了更全面的过温保护。

另外，过温保护系统还可以包括报警装置(ALM)40。在本实施方式中，报警装置(ALM)40可以具有与上述参照图1介绍的报警装置相同的特征，在此不赘述。

图4示出了图3中的过温保护系统的一个例子。参见图4，上层空间C1与下层空间C2之间通过隔板B间隔开。PTC热敏电阻贴附于功率器件IGBT的散热器S的、与功率器件相接触的表面上。另外，PTC热敏电阻还可以设置在功率器件IGBT的内部。温控开关TCS通过螺丝固定在正母线铜排或者负母线铜排(DC-BUS)上。另外，温控开关还可以固定在控制电路(即，PCB电路板)的温度较高处，如PCB电路板上流过大电流的铜皮处。温控开关还可以固定在PCB电路板上的电流采样电阻附近，例如，在该电流采样电阻的附近处设置螺丝孔，并通过螺丝将温控开关固定在此处。为了增加安全性，可以在温控开关与其采温对象的接合处布置导热绝缘垫，并涂敷导热硅脂以增强热传导。

与上述类似地，考虑到机箱内不同位置处的过温保护点可能不同，因此不同温控开关的动作温度可以预先设置成不同。

虽然前面描述了一些实施方式，这些实施方式仅以示例的方式给出，而不意于限制本申请的范围。所附的权利要求及其等同替换意在涵盖本实用新型范围和主旨内做出的所有修改、替代和改变。

Claims (11)

1.一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统，其特征在于，所述电力电子设备的机箱包括彼此分隔开的多个腔室，用于收纳电力电子设备的多个部件，所述过温保护系统包括：

用于检测所述多个部件中的功率器件的温度的负温度系数热敏电阻；

设置在一个或多个腔室中以检测该一个或多个腔室的温度的一个或多个温控开关，各温控开关并联连接并且还与所述负温度系数电阻并联连接；和

控制电路，经由导线与所述负温度系数热敏电阻和所述一个或多个温控开关分别电连接，构造成在所述负温度系数热敏电阻或者至少一个温控开关检测到过温时，控制所述电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

2.如权利要求1所述的过温保护系统，其特征在于，所述一个或多个温控开关中的各温控开关均为常开型温控开关。

3.如权利要求1所述的过温保护系统，其特征在于，所述负温度系数热敏电阻贴附在所述功率器件的散热器的、与所述功率器件相接触的表面上；或者，所述负温度系数热敏电阻设置在所述功率器件内部。

4.如权利要求1所述的过温保护系统，其特征在于，各温控开关包括：

双金属片，包括自由状态和受热形变状态；以及

触点，包括能够自动切换的闭合状态和断开状态，并且

所述触点的闭合状态对应于所述双金属片的受热形变状态，所述触点的断开状态对应于所述双金属片的自由状态。

5.一种用于电力电子设备的机箱内过温保护系统，其特征在于，所述电力电子设备的机箱包括彼此分隔开的多个腔室，用于收纳电力电子设备的多个部件，所述过温保护系统包括：

用于检测所述多个部件中的功率器件的温度的正温度系数热敏电阻；

设置在一个或多个腔室中以检测该一个或多个腔室的温度的一个或多个温控开关，各温控开关串联连接并且还与所述正温度系数电阻串联连接；和

控制电路，经由导线与所述正温度系数热敏电阻和所述一个或多个温控开关分别电连接，构造成在所述正温度系数热敏电阻或者至少一个温控开关检测到过温时，控制所述电力电子设备进入停机保护模式，并输出过温信号。

6.如权利要求5所述的过温保护系统，其特征在于，所述一个或多个温控开关中的各温控开关均为常闭型温控开关。

7.如权利要求5所述的过温保护系统，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻贴附在所述功率器件的散热器的、与所述功率器件相接触的表面上；或者，所述正温度系数热敏电阻设置在所述功率器件内部。

8.如权利要求5所述的过温保护系统，其特征在于，各温控开关包括：

双金属片，包括自由状态和受热形变状态；以及

触点，包括能够自动切换的闭合状态和断开状态，并且

所述触点的断开状态对应于所述双金属片的受热形变状态，所述触点的闭合状态对应于所述双金属片的自由状态。

9.如权利要求1-8中任一项所述的过温保护系统，其特征在于，所述过温保护系统还包括报警装置，经由导线与所述控制电路电连接，所述报警装置构造成在接收到过温信号时发出声/光报警。

10.如权利要求1-8中任一项所述的过温保护系统，其特征在于，所述一个或多个温控开关布置在以下一个或多个位置处：

正母线铜排上；

负母线铜排上；

控制电路中流过大电流的铜皮上；和

电力电子设备的电流采样电阻附近。

11.如权利要求1-8中任一项所述的过温保护系统，其特征在于，所述电力电子设备为以下之一：变频器、逆变器、不间断电源(UPS)、静止无功发生器(SVG)、无功补偿器(SVC)和大功率开关电源。

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