專利名稱：用于運行開關電源的方法
用于運行開關電源的方法本發(fā)明涉及一種用于運行工業(yè)用途的空氣冷卻式開關電源的方 法，其中，借助熱電偶測量由布置在開關電源中的熱源所影響的溫度 并且向控制設備報告。此外，本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行本方法的開關 電源。開關電源(Schaltnetzteil)—般是公知的。在此涉及用于將負載連 接到電網上的時鐘式變換器。在此，時鐘頻率遠在電網頻率之上，從 中產生相對于具有整流器的電源變壓器顯著較小的結構大小。開關電 源在輸出側提供直流電壓用于供應最大不同的設備。開關電源通常以脈寬調制(PWM)和受調節(jié)的恒定輸出電壓來工 作?？蓚鬏數墓β试诖伺c開關電源的結構形式和使用條件有關。這里 首先要注意熱學條件，因為只準在確定的溫度范圍之內運行布置在開 關電源中的構件。對于可傳輸的額定功率，開關電源的制造商因此在 數據頁中說明了最大環(huán)境溫度。對于更高的環(huán)境溫度通常規(guī)定所謂的 降額(Derating)。在此，制造商在數據頁中說明，必須使最大可傳輸 的功率降低多少，以便在更高的環(huán)境溫度下避免組件的損壞。除了高的環(huán)境溫度之外，另外的原因也可能導致開關電源過熱。 其實例是缺乏散熱、或由于短路引起的過載。為了保護組件在過熱時免受損壞，因此按照現有技術，知道裝置 和方法，其中熱學情況被監(jiān)控并且在超過極限值時實現開關電源的暫 時或完全關斷。例如JP 7015953-A1說明了 一種開關電源，該開關電源擁有用于在 輸出側短路時關斷的溫控保護回路。利用溫度傳感器在開關元件附近 測量溫度，并且在模/數轉換器中將該溫度轉換成數字信號。于是利用 計時器，在出現短路之后根據所測量的溫度來確定用于關斷開關元件 的時刻，其中數字溫度信號被輸送給所述計時器。JP 2004297886-A1說明了在開關電源中溫度傳感器的中央布置， 用以能夠利用該一個傳感器測量像開關元件、變壓器和整流器之類的 多個器件的溫度。制造商Power Integration公司的TOPS witch產品系列擁有溫度監(jiān)控式PWM控制裝置。在此， 一旦阻擋層溫度超過了預先規(guī)定的值， 模擬開關回路就導致關斷PWM控制裝置的開關元件。在不超過下閾 值之后，開關元件重新開始提供時鐘(takten)，并且開關電源在正常 運行下工作。除此之外，為了在開關電源中使用而設置的晶體管是公知的，所 述晶體管擁有嵌入的熱傳感器。在此，熱傳感器芯片布置在晶體管上， 并且與其柵極和源極端子相連接。在熱過載時，熱傳感器芯片短接柵 極和源極端子?？刂齐妷和ㄟ^連接在柵極端子前面的電阻下降到閾值 之下，并且負載開關回路被關斷。因此，開關電源的溫度監(jiān)控的按照現有技術的特征(Auspr3gung) 涉及開關電源本身的器件的保護。這基本上是PWM控制裝置和開關 元件。熱過栽于是總是導致開關電源關斷，并且不再提供時鐘，直至 溫度下降之后識別出重新的運行準備為止，或直至操作人員重新接通 開關電源為止。本發(fā)明所基于的任務在于，說明使現有技術改善所利用的方法和 裝置。根據本發(fā)明，這利用一種開始時所述類型的方法來實現，其中， 把由至少兩個布置在不同測量點上的熱電偶所測量的溫度向控制設備 報告，并且其中，將所測量的溫度與溫度模式進行比較。在用于執(zhí)行本方法的開關電源中，設置至少兩個布置在不同測量 點上的熱電偶和控制設備，其中，該控制設備包括用于將所測量的溫 度與溫度模式相比較的裝置。以此方式不僅僅針對一個組件或針對一組元件檢驗溫度。通過與 已知的溫度模式的比較，創(chuàng)造以下可能性，即持續(xù)地檢測熱學總情形 并且從中推導出控制設備用的預先規(guī)定。熱電偶在此提供測量值，所 述測量值分配給溫度模式(Temperaturmuster )中的相應點。因此，不僅檢測通過開關電源本身的組件的放熱，而且檢測通過 外部源的放熱。相應地也可以對由于環(huán)境空氣的溫度變化或由于相鄰 機器或設備的改變了的幅射情況而引起的熱學情形變化作出反應。本發(fā)明的簡單特征規(guī)定，預先規(guī)定至少兩種溫度模式，并且在所 測量的溫度接近溫度模式之一時，觸發(fā)開關電源的狀態(tài)改變。因此可 以以微小的耗費給操作人員顯示臨界的運行狀態(tài)，或預先規(guī)定改變了的調節(jié)值。在此，如果根據溫度模式確定可傳輸的功率的高度，和如果在所 測量的溫度接近溫度模式之一時，對于可傳輸的功率預先規(guī)定為該溫 度模式所確定的該值，則是有利的。因此使可傳輸的功率持續(xù)地與瞬 時熱學總情況相匹配，并且不僅僅與各個組件的熱學狀態(tài)有關。這導 致對效率和失效安全性的改善。如果把由空氣冷卻所引起的自身溫度分布作為溫度模式分配給開 關電源的可能的裝入位置，和如果通過將所測量的溫度與所述溫度模 式相比較來確定開關電源的裝入位置，則也是有利的。于是可以向運 行人員顯示不利的裝入位置，或使最大可傳輸的功率與所產生的空氣 流動情況相匹配。有利地把由熱電偶所測量的溫度存儲為溫度特性曲線。于是在損 壞情況下或在檢查或保養(yǎng)工作中，可以分析經過一段已經歷的時間間 隔的熱學情形。由此可以推斷出等效設備的選擇、或運行條件的變化。用于執(zhí)行本方法的開關電源的有利擴展方案包括裝置，用于預先 規(guī)定至少兩種溫度模式、和用于檢測所測量的溫度向溫度模式之一的 接近、和用于改變開關電源的狀態(tài)。這種裝置能夠，根據所預先規(guī)定 的溫度模式，使開關元件的運行狀態(tài)與熱學條件相匹配，或通過改變 顯示狀態(tài)來給操作人員顯示熱學極限值。如果此外設置用于預先規(guī)定可傳輸的功率的設備，則是有利的。如果通過將所測量的溫度與溫度模式的相應點相比較來識別出實現 了向溫度模式的接近，則預先規(guī)定分配給該溫度模式的最大可傳輸的 功率。于是可以越過廣泛的溫度范圍，利用最大可能的、對于組件恰 好還在熱學方面相兼容(vertr3glich)的功率來運行開關電源。這引起 相對于常規(guī)開關電源對充分利用的優(yōu)化，其中所述常規(guī)開關電源從固 定預先規(guī)定的熱學負荷開始關斷。對于稱為本發(fā)明有利特征的位置確定，可以通過以下方式在開關電源中布置至少兩個熱電偶，即由開關電源的位置變化得出所測量的 溫度的改變。在此，利用由空氣冷卻所給定的效應，使得在下側通過 外殼中的通風縫隙流入的空氣比上方逸出的空氣涼，并且因此能夠以 簡單的方式實現了位置確定。以下以示范性方式參照附圖來闡述本發(fā)明。在示意圖中圖l展示了開關電源的結構。在

圖1中示出了從上方看的開關電源。在此，畫出了外殼1,沒有 前方的護板，以便自由地觀看部件。各個部件的布置和開關電源的所 示裝入位置符合現有技術。但是另外的布置或裝入位置也是可能的。在印刷電路板2上在左下方示出了輸入端7。開關電源通過所述輸 入端7連接到電網電壓上。通常被構成為電解質電容器的輸入電容器9 位于其旁。以垂直于印刷電路板2的方式布置初級冷卻體3，在所述初級冷卻 體上安裝有兩個開關元件5。在其右側，變壓器4在外殼1的上方區(qū)域 中。在其下方布置有被構成為電解質電容器的輸出電容器10。在外殼1的右邊緣上示出了同樣配備有冷卻體16的次級二極管6， 該次級二極管6與輸出電容器IO共同形成了次級部分的整流器電路。在右下方布置了負栽可連接到其上的輸出端8。外殼1通常在下側 和在上側擁有通風縫隙，使得具有環(huán)境溫度的冷空氣從下方到達外殼 內部，在那里通過放出熱量的部件^^加熱，并且然后以提高的溫度向 上逸出。根據本發(fā)明，在開關電源中布置有所示出的五個熱電偶11至15 中的至少兩個。在此，測量點的選擇與對開關電源的要求有關。在外殼1的下和上邊緣處的兩個熱電偶11和12對于檢測一般的 冷卻特性是有利的。在此，下方的熱電偶11測量從下方流入的環(huán)境空 氣的溫度，并且上方的熱電偶12測量所加熱的排出空氣的溫度。在此， 在開關電源的開發(fā)過程中，通過試驗確定至少兩種溫度模式。把在確 定的運行狀態(tài)下在相同時間在各個測量點上所得出的 一組溫度理解為 溫度模式。例如在所推薦的裝入位置和最大允許環(huán)境溫度下對于完全的功率 傳輸得出最佳的溫度模式。在改變的裝入位置下或在高的環(huán)境溫度下， 得出第二溫度模式。除此之外，有利地確定在不同的裝入位置和不同 運行條件下所得出的多種溫度模式。有利地借助直接布置在其旁的熱電偶13來測量通常被構成為場效 應晶體管(FET)的開關元件5的溫度。除此之外有利的是，在變壓器 4旁邊布置熱電偶14和在次級二極管6旁邊布置熱電偶15，以^便測量 該兩個部件的溫度。在所示出的實施例中因此設有五個熱電偶11至15，從中得出五個 溫度的各個組作為溫度模式。在試驗中所所確定的溫度模式可供開關電源的控制設備使用用于 與在運行期間所測量的溫度進行比較。對此例如存儲器元件和微控制 器或數字式信號處理器是適用的裝置。在將所測量的溫度與溫度模式進行比較時，確定最可能對應所測 量的溫度的該溫度模式。例如這如此來實現，使得首先為每一個測量 點確定在測量點的所測量的溫度和各個溫度模式的相應溫度之間的各 個差值。差值的總和對于確定的溫度模式的差值組是最小值。如果對 于開關電源由于臨界的使用條件或由于特別溫度敏感的部件而要求加 強監(jiān)控一個或多個測量點，則有利的是對分配給所述測量點的所述差 值更高地加權。對于開關電源的運行，給每一種溫度模式分配確定的額定狀態(tài)。 在此，合理的是預先規(guī)定確定的最大可傳輸的功率。開關電源的控制 設備因此根據瞬時最可能對應的溫度模式來控制開關元件。以此方式 也可以持久地在熱過負荷下運行開關電源，其方式是在較高的溫度時 預先規(guī)定較小的可傳輸的功率。在此，有利地定義一種臨界溫度模式， 在所述臨界溫度模式時開關電源完全關斷。例如這在輸出側短路時可 能是必要的，在所述輸出側短路時，所測量的溫度接近該臨界溫度模 式。因此相對于現有技術的優(yōu)點在于，在不利的熱學情況下的自動降 額。另一方面，創(chuàng)造以下可能性，即在特別好的冷卻情況時(例如在 低的環(huán)境溫度時)預先規(guī)定較高的可傳輸功率。為了使開關電源與改變的條件更快速匹配，除了最可能對應于瞬 時所測量的溫度的溫度模式之外，各個測量點的溫度特性曲線發(fā)展所 朝向的該溫度模式也是決定性的。在此持續(xù)地檢驗，溫度是否向更高 或更低水平的溫度模式移動。因此例如可以還在達到臨界的溫度模式 之前降低功率，由此也許可以避免開關電源的完全關斷。除了預先規(guī)定最大可傳輸的功率之外，也合理的是，通過適當的 光學或聲學信號向工作人員顯示，達到或已達到臨界的熱學狀態(tài)。因 此例如可以向工作人員顯示，開關元件已被裝入不利的位置，或外殼l 的排氣縫隙被遮蓋。在顛倒裝入的開關電源中，調換兩個處于邊緣上 的熱電偶11和12的所測量的溫度值。也就是i兌，本來應在上側測量較熱的排出空氣的熱電偶12對涼的流入的環(huán)境空氣的溫度進行測量， 而另一熱電偶U對熱的排出空氣進行測量。因此，熱學情形最可能對 應于在開發(fā)階段期間在試驗中用顛倒裝入的開關電源所確定的該溫度 模式。給該溫度模式分配相應的報告信號(Meldesignal)，由此所測 量的溫度向該溫度模式的接近是信號觸發(fā)的?；诟鱾€部件的布置， 裝入位置是重要的。因此例如輸出電容器IO應位于變壓器4之下的較 涼區(qū)域中。對于熱學情況的不同分析有利的是，將現有的測量點劃分成多個 組，其中給每一個組分配自身的溫度模式。于是在試驗中，附加地為 處于內部的熱電偶13至15確定溫度模式，例如用于評價一般的冷卻 特性和用于為位于邊緣上的熱電偶11和12的多種溫度模式確定裝入 位置和用于監(jiān)控構件。開關電源的運行于是取決于在測量點的各個組 中的熱學條件。經常在環(huán)境空氣的非恒定溫度下運行開關電源。在此如果設置存 儲器裝置，則是有利的，其中所述存儲器裝置存儲所測量的溫度的特 性曲線用于稍后分析。如果開關電源例如不提供所希望的功率，則維 修人員可以通過分析借助布置在下邊緣的熱電偶ll所測量的溫度特性 曲線來確定，這是否可歸因于流入冷空氣的過高溫度。于是可以通過 像附加的開關拒通風那樣的相應措施來冷卻冷空氣。
權利要求
1.用于運行工業(yè)用途的空氣冷卻式開關電源的方法，其中，借助熱電偶(11，12，13，14，15)測量由布置在開關電源中的熱源所影響的溫度并且向控制設備報告，其特征在于，把由至少兩個布置在不同測量點上的熱電偶(11，12，13，14，15)所測量的溫度向所述控制設備報告，和將所測量的溫度與溫度模式進行比較。
2. 按權利要求1的方法，其特征在于，預先規(guī)定至少兩種溫度模式， 和在所測量的溫度接近溫度模式之一時，觸發(fā)開關電源的狀態(tài)變化。
3. 按權利要求1或2的方法，其特征在于，根據溫度模式來確定可 傳輸的功率的高度，和在所測量的溫度接近溫度模式之一時，對于可 傳輸的功率預先規(guī)定為該溫度模式所確定的該值。
4. 按權利要求1至3之一的方法，其特征在于，把由空氣冷卻所引 起的自身的溫度分布作為溫度模式分配給開關電源的可能的裝入位 置，和通過將所測量的溫度與所述溫度模式進行比較來確定開關電源 的裝入位置。
5. 按權利要求1至4之一的方法，其特征在于，把由熱電偶(ll， 12， 13， 14， 15)所測量的溫度存儲為溫度特性曲線。
6. 用于執(zhí)行按權利要求1至5之一的方法的開關電源，其特征在于， i殳置至少兩個布置在不同測量點上的熱電偶(11， 12， 13， 14， 15) 和控制設備，和所述控制設備包括用于將所測量的溫度與溫度模式進 行比較的裝置。
7. 按權利要求6的開關電源，其特征在于，設置裝置，用于預先規(guī) 定至少兩種溫度模式和用于檢測所測量的溫度向溫度模式之一的接近 和用于改變開關電源的狀態(tài)。
8. 按權利要求6或7的開關電源，其特征在于，設置用于預先規(guī)定 可傳輸的功率的裝置。
9. 按權利要求6至8之一的開關電源，其特征在于，以以下方式布 置至少兩個熱電偶(ll， 12, 13, 14， 15)，即通過開關電源的位置 變化得出所測量的溫度的改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行工業(yè)用途的空氣冷卻式開關電源的方法，其中，借助熱電偶(11，12，13，14，15)測量由外部熱源以及由布置在開關電源中的熱源所影響的溫度并且向控制設備報告，其中把由至少兩個布置在不同測量點上的熱電偶(11，12，13，14，15)所測量的溫度向控制設備報告，和其中將所測量的溫度與溫度模式進行比較。通過與已知的溫度模式相比較，創(chuàng)造以下可能性，即持續(xù)地檢測熱學總情形和從中推導出控制設備用的預先規(guī)定。
文檔編號H05K7/20GK101263755SQ200680033832
公開日2008年9月10日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權日2005年9月14日
發(fā)明者A·肖恩萊特納, W·佩普爾尼, W·阿佩爾 申請人:奧地利西門子公司