[發明專利]一種基于半導體制冷的高頻開關電源模塊

在審

• 申請號: 201811419072.4
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109548369A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 陳海永;黃定文;甘卿忠;黃華;陳立;周春陽;鄧曲然;熊超;劉開來;李倩
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H02M1/00;H02M7/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 劉海霞;黃培智

本發明公開了一種基于半導體制冷的高頻開關電源模塊，包括高頻開關電源模塊主板、散熱片及風扇，還包括半導體制冷組件與溫度監控系統，通過增加半導體制冷組件，相比原有的傳統降溫模式，更安全可靠，模塊降溫效率更高，解決了因降溫效率低而導致模塊溫度過高甚至損壞的問題，增加溫度監控系統便于運維人員及時檢測到模塊的運行狀況，實用性高。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域，尤其涉及一種高頻開關電源模塊。

背景技術

高頻開關電源模塊也就是高頻直流開關電源，由開關電源變壓器、開關管(大電流、高反壓、大功率)、驅動管、脈寬控制管、穩壓控制管、穩壓管二極管、光耦、鉗位二極管、高頻整流管和一些阻容元件組成。部分電路采用穩壓控制芯片作驅動控制開關管工作，使電路大大的簡化。電源工作方式又分為自激式和它激式。高頻整流模塊，也就是所謂的高頻整流管，有模塊型也有二極管型，總之隨著功率的增大，體積也會相應增大，部分模塊還會帶有散熱片。(高頻整流管也具有高反壓大電流快恢復等特性)風冷式，是指對開關電源的關鍵部件，采用風扇一類器件，對其實施降溫。自冷式是指通過加裝散熱片，實現自動冷卻(這種電源一般功率不大，電源發熱不是很厲害，通過自然冷卻就可以了。

若高頻開關電源模塊發生故障可能導致整個低壓直流系統母線電壓異常，使得直流系統正負極對地電壓發生變化，導致保護設備繼電器誤動或者拒動，導致二次設備運行不穩定，進而影響特高壓直流功率傳輸，影響電網的安全穩定運行。

目前，我國特高壓直流工程低壓直流系統高頻開關電源模塊采用的降溫策略主要是風冷式或者自冷式，采用此類型降溫策略的高頻開關電源模塊由于運行年限的增加，其產品存在以下主要問題有：

1、風冷式高頻開關電源模塊風扇故障率高：以興安直流工程為例，其于2007年投入運行，但自2011年以來該工程低壓直流系統充電機屏高頻開關電源模塊已經出現數十次因風扇停轉或風扇卡澀、異響等導致高頻開關電源模塊過熱，無法正常輸出電流電壓，進而損壞的缺陷。隨著運行年限的增加，該系統隱患更加嚴重。

2、自冷式高頻開關電源模塊風扇故障率高：以楚穗直流工程為例，其于2009年投入運行，但自2011年以來該工程低壓直流系統充電機屏高頻開關電源模塊已經出現數十次因模塊散熱效率低導致高頻開關電源模塊過熱，無法正常輸出電流電壓，進而損壞的缺陷。隨著運行年限的增加，該系統隱患更加嚴重。

3、高頻開關電源模塊維修更換費用昂貴：若一臺高頻開關電源模塊發生故障，從模塊返廠維修或重新采購備品，到現場更換處理，花費時間久、采購維修成本高昂，而且處理期間低壓直流系統再次出現其他模塊故障而導致整組充電機屏停運的風險高，極大影響缺陷處理效率，影響特高壓直流功率傳輸，影響電網的安全穩定運行。

4、高頻開關電源模塊過熱不易發現：當一臺高頻開關電源模塊因模塊散熱異常而導致溫度過高，模塊又未斷電情況下，無異常信號告警，后臺運行人員無法監控到故障出現，無法及時對故障隱患進行處理，這在一定程度上加重了事態的嚴重性。為確保高頻開關電源的安全、穩定、可靠運行，必須解決其散熱效率低，故障率高的問題。

對退運的故障模塊進行分析，發現因風扇故障或散熱不暢導致的模塊故障占比極高。基于上述問題，本發明的目的在于克服當前中存在的風冷式、自冷式高頻開關電源模塊風扇故障率高、高頻開關電源模塊維修更換費用昂貴、高頻開關電源模塊過熱不易發現等問題，提供一種基于半導體制冷的高頻開關電源模塊降溫策略。

發明專利內容

鑒于以上問題，本發明提出一種基于半導體制冷的高頻開關電源模塊，可以克服當前風冷式、自冷式高頻開關電源模塊中風扇故障率高、高頻開關電源模塊維修更換費用昂貴、高頻開關電源模塊過熱不易發現等問題。

為實現以上目的，本發明提出了以下的技術方案：