[發明專利]用于與溫度相關的電氣裝置的增強對流冷卻的系統和方法

有效

• 申請號: 201410584694.8
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104582429B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: K.S.邁爾斯;A.M.彼得;H.P.J.德博克;P.H.哈特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 葉曉勇;張懿

本發明公開了一種用于與溫度相關的功率裝置的增強對流冷卻的系統和方法。冷卻系統包括主動冷卻裝置和控制器，該控制器生成驅動信號并將該驅動信號傳輸至主動冷卻裝置，以選擇性地起動該裝置。控制器從關于冷卻裝置功率消耗和功率設備的所測量的運行參數的傳感器接收輸入——包括該裝置是功率產生裝置的情況下的功率裝置輸出功率或該裝置是功率消耗裝置的情況下的功率裝置輸入功率。控制器基于冷卻裝置功率消耗和所測量的功率裝置輸入或輸出功率而生成驅動信號并將該驅動信號傳輸至冷卻裝置，以便使主動冷卻裝置選擇性地對產熱功率裝置進行冷卻。能夠通過對冷卻裝置所提供的對流冷卻量進行控制而使凈系統功率輸出或總系統功率輸入最大化/最小化。

背景技術

本發明的實施例通常涉及與溫度相關的功率產生和功率消耗裝置，更具體地，涉及用于給這樣的裝置提供受控制的冷卻以使功率輸出最大化或使這樣的裝置所導致的功率消耗最小化的系統和方法。

眾所周知，某些與溫度相關的功率產生和功率消耗電氣裝置的有效的冷卻是關于這樣的裝置的操作和性能的基本構成要素，因為有效的冷卻能夠延長這樣的裝置的壽命并能夠導致這樣的裝置的性能效率增加。例如，關于這樣的與溫度相關的電氣裝置的操作，裝置的適當的冷卻能夠使功率產生裝置的功率輸出最大化或使功率消耗裝置的功率消耗最小化。

能夠通過適當的溫度控制而使性能最大化的與溫度相關的功率產生裝置的一個示例是太陽能光伏(PV)面板。PV面板是將光子形式的能量轉換成電子形式的電的基于半導體的能量轉換裝置。已知，太陽能PV面板的性能隨著升高的溫度而降低，并且，太陽能PV面板的效率是面板溫度的線性函數——即，轉換成DC電的被PV面板吸收的太陽輻射的量與溫度相關，轉換成DC電的小部分輻射是PV面板的效率。PV面板的與溫度相關的效率可能成問題——因為典型的太陽能PV面板處于對將入射太陽輻射轉換成電的10-20％的效率量級，未轉換成電的被太陽能PV面板吸收的剩余的能量作用于對裝置加熱。因而，必須從PV面板排除該能量，以便維持期望的效率，因為否則該能量將殘存于設備中，從而導致溫度的升高。

能夠通過適當的溫度控制來使性能最大化的與溫度相關的功率消耗裝置的一個示例是在電信設備中所采用的集成電路(IC)或處理裝置。在這樣的裝置中，認識到，裝置的散熱和溫度控制與功率消耗以及裝置的可靠性高度相關。作為一個示例，已知基于CMOS的FPGA(一般地用于電信設備中)中的泄漏電流隨著溫度而增大，因為在泄漏功率與溫度之間存在正反饋環。

在解決與溫度相關的功率產生和功率消耗裝置中的溫度控制的問題時，能夠采用冷卻系統來給利用被動冷卻或主動冷卻的裝置提供冷卻。利用被動冷卻方式的現有技術的冷卻系統先前使用附接至裝置的自然對流冷卻式熱沉(例如，PV面板的背面的熱沉)。然而，雖然這樣的被動對流冷卻可以提供對裝置的運行溫度的某些控制，但這些被動冷卻系統關于它們能夠提供的冷卻的水平而受限制，因而還固有地限制與溫度相關的功率產生和/或功率消耗裝置的性能。先前使用利用主動冷卻方式的現有技術的冷卻系統，例如，諸如提供強制空氣對流的風扇或使諸如水或水基流體的液體循環以從電氣裝置排熱的主動液體冷卻裝置的機構。然而，現有的主動冷卻方式可能成本高，傾向于(由于可能出故障/磨損的旋轉部件、軸承或潤滑脂而導致)故障或本身消耗相當大量的功率——以致于使主動冷卻裝置的好處最小化。

因此，存在對用于給與溫度相關的功率產生和功率消耗裝置提供冷卻的經簡化的系統和方法的需要，該系統和方法提供受控制的冷卻，以使功率輸出最大化或使這樣的設備所導致的功率消耗最小化。還將對這樣的系統和方法期望以有效的方式提供這樣的冷卻，該冷卻系統消耗少量功率并防故障，以便提供便宜且可靠的冷卻。

發明內容