CN108631268B - 用于冷却逆变器的管理设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于冷却逆变器的管理设备。用于冷却逆变器的管理设备包括：风扇控制器，其被配置为提供在冷却风扇中流动的电流；以及控制器，其被配置为确定在所述冷却风扇中流动的电流是否超出预设范围，并且，当所述电流超出所述预设范围时，被配置为利用与所述冷却风扇的工作电压不同的控制电压来控制所述冷却风扇。

Description

用于冷却逆变器的管理设备

技术领域

本公开内容涉及一种用于冷却逆变器的管理设备。

背景技术

逆变器是被配置为将交流(AC)电力转换成直流(DC)电力并且之后将所转换的DC电力再次转换为AC电力以控制电机的常见电力转换设备。

逆变器以包括风扇、泵、升降机、传送设备、生产线、等等的各种形式跨各行业类别被使用。

用于驱动电机的通用逆变器接收三相AC电力，通过整流电路将三相AC电力转换成DC电力，将DC电力存储在被提供在DC链路上的电容器中，并且之后在逆变部分中将所存储的DC电力转换成AC电力以控制电机。

高频开关元件，例如绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、等等以及大容量电容器被用作诸如逆变器的电力转换设备中的主要部件。因为这些部件辐射大量热，所以在逆变器中需要诸如散热片、冷却风扇、等等的冷却设备。当冷却设备未被恰当地提供时，逆变器的寿命和可靠性可能被显著降低并且其在市场上的竞争力也可能丧失。

当前，市场上的逆变器的主要竞争力是部件的大小和成本，并且因为装置变得越来越小，所以高效冷却设备是逆变器的核心技术之一。

用于操作逆变器的冷却系统的传统方法通过当由于与冷却风扇的连接或外来材料的流入相关的问题而在冷却风扇中流动的电流中出现异常时生成跳闸信号来中断逆变器的操作。然而，当逆变器被中断时，使用逆变器执行的任务也被中断，使得用于操作冷却系统的传统方法可能给用户带来时间和经济不利。

发明内容

本公开内容的目的是要提供一种用于冷却逆变器的管理设备，其能够甚至当在冷却风扇处出现问题但是未导致烧毁逆变器时连续地正常地操作逆变器。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于冷却逆变器设备的管理设备，该管理设备包括：风扇控制器，其被配置为提供冷却风扇的电流；以及控制器，其被配置为确定在所述冷却风扇中流动的电流是否超出预设范围，并且，当所述电流超出所述预设范围时，被配置为利用与所述冷却风扇的工作电压不同的控制电压来控制所述冷却风扇，其中，所述控制器可以根据所述电流超出所述预设范围的方向来确定所述控制电压。

在本公开内容的一个实施例中，当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，所述控制器也可以中断所述逆变器的操作。

在本公开内容的一个实施例中，所述管理设备还可以包括：温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，其中，所述控制器可以根据由所述温度传感器感测的温度是否超过预设温度来中断所述逆变器的操作。

在本公开内容的一个实施例中，所述管理设备还可以包括：温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，其中，当所述电流超出所述预设范围并且由所述温度传感器感测的温度超过预设温度时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，所述控制器也可以中断所述逆变器的操作。

在本公开内容的一个实施例中，所述控制器可以包括：操纵器，其被配置为接收所述冷却风扇的电流并输出与所述控制电压相关的信号；以及开关模式电源，其连接到被提供在直流(DC)链路上的电容器的两端，接收与所述控制电压相关的信号以生成对应于接收到的信号的控制电压，并且提供所生成的控制信号到风扇控制器。

在本公开内容的一个实施例中，所述控制器还可以包括：门控制器；以及门驱动器，其中，当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，所述操纵器也输出关于所述冷却风扇的跳闸信号，所述门控制器可以接收所述跳闸信号，并且响应于所述跳闸信号而输出关于所述逆变器的开关元件的控制信号，并且所述门驱动器可以根据所述控制信号来释放所述开关元件的驱动。

在本公开内容的一个实施例中，所述管理设备还可以包括：温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，其中，所述控制器还可以包括:门控制器；以及门驱动器，其中，所述门控制器可以根据由所述温度传感器感测的温度是否超过所述预定温度来将控制信号输出到所述门驱动器，并且所述门驱动器可以根据所述控制信号来释放所述开关元件的驱动。

在本公开内容的一个实施例中，所述管理设备还可以包括：温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，其中，所述控制器还可以包括:门控制器；以及门驱动器，所述操纵器可以当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，也输出关于所述冷却风扇的跳闸信号，并且，当所述电流超出所述预设范围并且由所述温度传感器感测的所述温度超过所述预设温度时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，所述控制器也可以将控制信号输出到所述门驱动器，并且所述门驱动器可以根据所述控制信号来释放所述开关元件的驱动。

附图说明

图1是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备的示图。

图2是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的操作方法的示图。

图3是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备中的各种信号的幅值的示图。

图4是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备中的各种信号的幅值的示图。

具体实施方式

本公开内容可以以各种形式来修改并且可以具有各种实施例，并且因此，将在附图中图示具体实施例并且将在以下详细描述中描述对其的描述。然而，下面要公开的实施例不应在将本公开内容限于具体实施例的意义上来理解，并且应当被解释为包括本公开内容的精神和技术范围内的修改、等效方案或替代方案。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开内容的一个优选实施例。

图1是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备的示图。

参考图1，整流器210从交流(AC)电源300接收电力并对接收到的电力进行整流。经整流的电力由被提供在平滑部分220的直流(DC)链路上的电容器222进行平滑。经平滑的电力可以连接到逆变器230并且可以被用作被提供到电机400的输出电力。

根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备包括开关模式电源(SMPS)110、风扇控制器120、操纵器130、门控制器140、门驱动器150以及温度传感器160。

SMPS 110可以跨被提供在DC链路上的电容器222的两端连接并且可以使用电容器222的电压来生成冷却风扇240的驱动电压V_FAN。

SMPS 110可以连接到操纵器130，可以从操纵器130接收与控制电压相关的信号FAN_Vcon，并且可以生成对应于信号FAN_Vcon的控制电压作为冷却风扇240的驱动电压V_FAN。

风扇控制器120可以连接到SMPS 110和操纵器130。

风扇控制器120可以接收驱动电压V_FAN并且可以使用驱动电压V_FAN来驱动冷却风扇240。

风扇控制器120可以感测在冷却风扇240中流动的电流并且可以将关于感测的电流的信息提供到操纵器130。

操纵器130可以连接到风扇控制器120、门控制器140和SMPS 110。

操纵器130可以从风扇控制器120接收关于感测的电流的信息并根据感测的电流的幅值来生成跳闸信号FAN_Trip或与控制电压相关的信号FAN_Vcon。操纵器130可以将所生成的跳闸信号FAN_Trip提供到门控制器140以及将与所生成的控制电压相关的信号FAN_Vcon提供到SMPS 110。

门控制器140可以连接到操纵器130和温度传感器160。

门控制器140可以根据从操纵器130接收到的跳闸信号FAN_Trip来生成关于诸如门的开关元件232的控制信号Gate。

门控制器140可以根据从温度传感器160提供的温度信息NTC来生成关于开关元件232的控制信号Gate。

门控制器140可以通过利用跳闸信号FAN_Trip和温度信息NTC两者来确定是否要生成控制信号Gate。例如，即使当接收到跳闸信号FAN_Trip时，门控制器140也可以当温度不高于设定温度时不生成控制信号Gate。

门驱动器150可以使用接收到的控制信号Gate将脉宽调制(PWM)信号提供到开关元件232。

当接收到的控制信号Gate指示逆变器230的操作停止时，门驱动器150可以以通过释放开关元件232的操作的方式将PWM信号提供到开关元件232。

温度传感器160可以被设置在逆变器230内部以感测其温度。

温度传感器160可以连接到门控制器140以将感测的温度信息NTC提供到其。

温度传感器160可以包括诸如热敏电阻的热阻元件。在本公开内容的一个实施例中，使用了负温度系数(NTC)热敏电阻，但是根据实施例，可以使用其他类型的热阻元件。

图2是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的操作方法的示图。

根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的操作方法可以由根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备执行。因此，根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的操作方法将通过集中于控制器来描述，所述控制器包括SMPS 110、操纵器130、门控制器140和门驱动器150、风扇控制器120以及温度传感器160作为主体。

在操作S301中，控制器生成冷却风扇240的驱动电压V_{FAN_N}以将驱动电压V_{FAN_N}应用到冷却风扇240。在这一点上，驱动电压V_{FAN_N}可以是冷却风扇240传统上使用的额定电压。

在操作S303中，风扇控制器120感测在冷却风扇240中流动的电流I_FAN是以将电流I_FAN提供到控制器。

在操作S305中，控制器确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN是否被包含在预设范围内。当电流I_FAN被确定为被包含在预设范围内时，过程前进到操作S341，否则，过程前进到操作S307。

电流I_FAN是否被包含在预设范围内时可以通过以下方程1来确定。

[方程1]

I_warning，L＜I_FAN＜I_warning，H

其中，I_warning,L是指可允许电流的下限值，I_FAN是指冷却风扇240的感测的电流，并且I_warning,H是指可允许电流的上限值。

I_warning,L的幅值可以被定义为关于正常电流的幅值的50％。

I_warning,H的幅值可以被定义为关于正常电流的幅值的150％。

在操作S307中，控制器确定冷却风扇240的电流I_FAN是否少于可允许电流的下限值。当冷却风扇240的电流I_FAN少于可允许电流的下限值时，过程前进到操作S325，否则，过程前进到操作S309。

在操作S309中，控制器可以通过低于驱动电压V_{FAN_N}的第一控制电压V_{FAN_L}来驱动冷却风扇240。因为过程前进到操作S309是指从冷却风扇240感测的电流I_FAN大于正常电流的上限值，所以被减小的控制电压V_{FAN_L}被提供到冷却风扇240以将感测的电流I_FAN的值减小为正常值。

在操作S311中，风扇控制器120感测在冷却风扇240中流动的电流I_FAN以将电流I_FAN提供到控制器。

在操作S313中，控制器确定冷却风扇240的电流I_FAN是否被包含在预设范围内。当电流I_FAN被确定为被包含在预设范围内时，过程前进到操作S341，否则，过程前进到操作S315。

在操作S315中，控制器确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN是否大于可允许电流的上限值。当冷却风扇240的电流I_FAN大于可允许电流的上限值时，过程前进到操作S317，否则，过程前进到操作S325。

在操作S317中，控制器可以输出关于冷却风扇240的跳闸信号。

在操作S319中，控制器确定由温度传感器160感测的温度NTC是否少于预设可允许温度NTC_Trip。当温度NTC少于预设可允许温度NTC_Trip时，过程前进到操作S341，否则，过程前进到操作S321。

在操作S321中，控制器可以阻断门驱动信号。

在操作S323中，控制器可以中断逆变器的操作以终止所有过程。

在操作S325中，控制器可以通过大于驱动电压V_{FAN_N}的第二控制电压V_{FAN_H}来驱动冷却风扇240。因为过程前进到操作S325是指从冷却风扇240感测的电流I_FAN少于正常电流的下限值，所以被增大的第二控制电压V_{FAN_L}被提供到冷却风扇240以将感测的电流I_FAN的值升高到正常值。

在操作S327中，风扇控制器120感测在冷却风扇240中流动的电流I_FAN以将电流I_FAN提供到控制器。

在操作S329中，控制器确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN是否被包含在预设范围内。当电流I_FAN被确定为被包含在预设范围内时，过程前进到操作S341，否则，过程前进到操作S331。

在操作S331中，控制器确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN是否少于可允许电流的下限值。当冷却风扇240的电流少于可允许电流的下限值时，过程前进到操作S333，否则，过程前进到操作S309。

在操作S333中，控制器可以输出关于冷却风扇240的跳闸信号。

在操作S335中，控制器确定由温度传感器160感测的温度NTC是否少于预设可允许温度NTC_Trip。当温度NTC少于预设可允许温度NTC_Trip时，过程前进到操作S341，否则，过程前进到操作S337。

在操作S337中，控制器可以阻断门驱动信号。

在操作S339中，控制器可以中断逆变器的操作以终止所有过程。

根据用于冷却逆变器的上述操作方法，当在冷却风扇240中流动的电流I_FAN超出预设范围时，控制器使用控制电压V_{FAN_H}或V_{FAN_L}来驱动冷却风扇240。当冷却风扇240的电流超出预设范围时，即使控制电压V_{FAN_H}或V_{FAN_L}，控制器也输出跳闸信号。同时，当逆变器的内部的温度NTC少于预设可允许温度NTC_Trip时，即使输出关于冷却风扇240的跳闸信号，控制器也可以正常地操作逆变器，并且，仅仅当温度NTC大于预设可允许温度NTC_Trip时，控制器才可以阻断门驱动信号以中断逆变器230的操作。

图3是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备中的各种信号的幅值的示图。

参考图3，t1至t6分别表示针对事件的时间。当在时间t1处应用电力时，门驱动信号和PWM信号正常地操作。冷却风扇240的驱动信号也指示正常驱动信号FAN_vcon。

在时间t2处，冷却风扇240的电流I_FAN升高到大于可允许电流的上限值I_warning,H。在这种情况下，控制器可以输出与第一控制电压相关的信号FAN_{vcon_L}以降低冷却风扇240的驱动电压，使得在冷却风扇240中流动的电流I_FAN可以被减小。

在时间t3处，控制器可以确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN处于预设范围内并且可以正常地驱动冷却风扇240。

在时间t4处，出现与在时间t2处出现的事件相同的事件，并且控制器可以执行与在时间t2处的操作相同的操作。

然而，在时间t5处，当在冷却风扇240中流动的电流I_FAN被确定为未被包含在预设范围内时，即使冷却风扇240由控制电压驱动，控制器也可以输出跳闸信号FAN_Trip。

在时间t6处，假设在跳闸信号被输出之后的温度NTC要高于可允许温度NTC_Trip，并且在这一点上，控制器可以中断对门驱动信号和PWM信号的应用。

图4是图示了根据本公开内容的一个实施例的用于冷却逆变器的管理设备中的各种信号的幅值的示图。

参考图4，t7至t12分别表示针对事件的时间。当在时间t7处应用电力时，门驱动信号和PWM信号正常地操作。冷却风扇240的驱动信号也指示正常驱动信号FAN_vcon。

在时间t8处，在冷却风扇240中流动的电流I_FAN下降到少于可允许电流的下限值I_warning,L。在这种情况下，控制器可以输出与第二控制电压相关的信号FAN_{vcon_H}以降低冷却风扇240的驱动电压，使得在冷却风扇240中流动的电流I_FAN可以增大。

在时间t9处，控制器可以确定在冷却风扇240中流动的电流I_FAN处于预设范围内并且可以正常地驱动冷却风扇240。

在时间t10处，出现与在时间t8处出现的事件相同的事件，并且控制器可以执行与在时间t8处的操作相同的操作。

然而，在时间t11处，当在冷却风扇240中流动的电流I_FAN被确定为未被包含在预设范围内时，即使冷却风扇240由控制电压驱动，控制器也可以输出跳闸信号FAN_Trip。

在时间t12处，假设在跳闸信号被输出之后的温度NTC要高于可允许温度NTC_Trip，并且在这一点上，控制器可以中断对门驱动信号和PWM信号的应用。

用于冷却逆变器的传统操作方法当在冷却风扇240处出现问题时强制地中断逆变器的操作，即使逆变器的温度不是存在烧毁的风险的温度水平。然而，根据本公开内容，冷却风扇240的电流的正常化主要根据在冷却风扇240中流动的电流I_FAN来尝试，并且当在冷却风扇240中流动的电流I_FAN被维持为正常值时，尽管正常化，也输出跳闸信号，并且，当逆变器的内部的温度少于预设值时，逆变器不被中断，使得逆变器的工作效率能够得到提高。

根据本公开内容，存在如下效果，当在冷却风扇处出现问题但是未导致烧毁逆变器时，逆变器能够被正常地操作。

尽管已经参考本公开内容的实施例描述了本公开内容，但是这些实施例仅仅为说明性的，并且应当理解，能够由本领域技术人员导出各种修改和等效实施例。因此，本公开内容的真实技术范围应当由随附权利要求书确定。

Claims (7)

1.一种用于冷却逆变器设备的管理设备，包括：

风扇控制器，其被配置为提供冷却风扇的电流；以及

控制器，其被配置为确定在所述冷却风扇中流动的电流是否超出预设范围，并且，当所述电流超出所述预设范围时，被配置为利用与所述冷却风扇的第一工作电压不同的第二工作电压来控制所述冷却风扇，

其中，所述控制器根据所述电流是否超出所述预设范围来确定所述第二工作电压，

所述控制器包括：

操纵器，其被配置为接收在所述冷却风扇中流动的电流并输出与所述第二工作电压相关的信号；以及

开关模式电源，其连接到设置在直流DC链路上的电容器的两端，接收与所述第二工作电压相关的信号以生成对应于接收到的信号的第二工作电压，并且提供给所述风扇控制器。

2.根据权利要求1所述的管理设备，其中，当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述第二工作电压操作，所述控制器也中断所述逆变器的操作。

3.根据权利要求1所述的管理设备，还包括：

温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，

其中，所述控制器根据由所述温度传感器感测的所述温度是否超过预设温度来中断所述逆变器的操作。

4.根据权利要求1所述的管理设备，还包括：

温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，

其中，当所述电流超出所述预设范围并且由所述温度传感器感测的温度超过预设温度时，即使所述冷却风扇由所述第二工作电压操作，所述控制器也中断所述逆变器的操作。

5.根据权利要求1所述的管理设备，其中，所述控制器还包括：

门控制器；以及

门驱动器，

其中，当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述第二工作电压操作，所述操纵器也输出关于所述冷却风扇的跳闸信号，

所述门控制器接收所述跳闸信号，并且响应于所述跳闸信号而输出关于所述逆变器的开关元件的控制信号，并且

所述门驱动器根据所述控制信号来释放所述开关元件的驱动。

6.根据权利要求1所述的管理设备，还包括：

温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，

其中，所述控制器还包括：

门控制器；以及

门驱动器，

其中，所述门控制器根据由所述温度传感器感测的温度是否超过预设温度来将控制信号输出到所述门驱动器，并且

所述门驱动器根据所述控制信号来释放所述逆变器的开关元件的驱动。

7.根据权利要求1所述的管理设备，还包括：

温度传感器，其被配置为感测所述逆变器的内部的温度，

其中，所述控制器还包括：

门控制器；以及

门驱动器，

其中，当所述电流超出所述预设范围时，即使所述冷却风扇由所述第二工作电压操作，所述操纵器也输出关于所述冷却风扇的跳闸信号，

当所述电流超出所述预设范围并且由所述温度传感器感测的温度超过预设温度时，即使所述冷却风扇由所述控制电压操作，所述控制器也将控制信号输出到所述门驱动器，并且

所述门驱动器根据所述控制信号来释放所述逆变器的开关元件的驱动。