一种水冷散热器的散热性能测试系统及其测试方法
【专利摘要】本发明提供一种水冷散热器的散热性能测试系统，该系统的供电单元和发热器件电路连接形成回路，发热器件设置在被测水冷散热器上，供水单元与被测水冷散热器水路连接形成回路，控制单元通过工控机分别控制供电单元和供水单元的开关；在供水单元与被测水冷散热器的水路回路中，被测水冷散热器入水口端的管路上分别设有流量控制器、压力传感器和温度传感器；被测水冷散热器出水口端的管路上设有温度传感器；被测水冷散热器的入水口端和出水口端并联旁路，旁路设有压差传感器；流量控制器、压力传感器、温度传感器和压差传感器分别与数据采集单元连接。和现有技术比，本发明提供的测试系统及其测试方法，能够快速准确测量被测水冷散热器的散热功率。
【专利说明】一种水冷散热器的散热性能测试系统及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种散热器的散热性能测试系统，具体讲涉及一种水冷散热器的散热性能测试系统及其测试方法。
【背景技术】
[0002]随着我国高压直流输电技术的日益成熟，直流输电工程建设正处于发展的黄金期。在高压直流输电系统中，冷却系统作为换流阀散热系统的重要组成，其运行情况直接影响到整个直流系统的输电能力。因此，保证冷却系统稳定、可靠和高效运行显得尤为重要。
[0003]随着电力电子技术的飞速发展，电力电子装置越来越趋向于大容量化和微小型集成化，导致其高功率密度化的散热问题日益突显。以高功率绝缘栅双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)为例,其安全工作的温度范围在80°C以内，然而在较高的开关频率和直流电压下，其铜基板热流密度非常高，大量的热若得不到及时排散，将会导致芯片温度超过允许的最高结温，从而影响其稳定性和可靠性，甚至因过热而发生永久性损坏，因此通常需要采用合适的大功率水冷散热器，以满足其散热需求。然而，目前散热器厂家测试散热器散热功率的方法通常不严谨，在测试散热时大多数直接采用电源功率，这样测试并未考虑中间环节的热损耗，使得测出的散热器功率偏高。但根据以往的散热器测试经验来看，中间环节的热损耗非常大，尤其是在测试平台未采取适当的隔热措施时。若按厂家提供的测试数据选型，可能出现散热器实际散热功率不够从而烧毁元器件的情况。为保证安全，在实际应用中元器件往往降额运行以保证安全性，这造成了极大的浪费，增加了总体成本。因此，准确测量散热器的散热功率是确保散热器能满足使用要求的一个重要环节。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种水冷散热器的散热性能测试系统及其测试方法，准确的测试出被测水冷散热器的散热功率，确保了功率器件及散热器的正确选型和工作寿命，大幅度降低功率模块在整个生命周期的成本。
[0005]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0006]本发明提供的一种水冷散热器的散热性能测试系统，所述系统包括供电单元、发热器件、供水单元、数据采集单元和控制单元，所述供电单元和发热器件电路连接形成回路，所述发热器件设置在被测水冷散热器上，所述供水单元与被测水冷散热器水路连接形成回路，所述控制单元通过工控机分别控制供电单元和供水单元的开关；其改进之处在于:在所述供水单元与被测水冷散热器的水路回路中，所述被测水冷散热器入水口端的管路上分别设有流量控制器、压力传感器和温度传感器；所述被测水冷散热器出水口端的管路上设有温度传感器；所述被测水冷散热器的入水口端和出水口端并联旁路，所述旁路设有压差传感器；所述流量控制器、压力传感器、温度传感器和压差传感器分别与数据采集单元连接，将测试数据传输至数据采集单元。
[0007]其中，在所述被测水冷散热器的表面分别设有温度传感器；所述温度传感器与数据采集单元连接，将测试数据传输至数据采集单元。
[0008]其中，在所述供水单元水路中分别设有压力传感器、温度传感器和液位传感器，分别与所述数据采集单元连接，并且将测试数据传输至所述数据采集单元。
[0009]其中，所述供电单元采用交流电源给所述加热器件供电，同时采用直流电源收集所述加热器件的温度数据。
[0010]其中，所述供电单元与数据采集单元连接，将加热器件的温度数据传输至数据采集单元。
[0011]其中，所述数据采集单元通过所述工控机与控制单元连接，将采集的数据通过工控机分析处理后传输至控制单元。
[0012]其中，所述发热器件为电加热铜座。
[0013]其中，所述发热器件和被测水冷散热器的表面均设有绝缘材料。
[0014]其中，所述被测水冷散热器的入水口端和出水口端分别设有快接机械接头。
[0015]本发明基于另一目的提供的一种水冷散热器的散热性能测试系统的测试方法，其改进之处在于:所述测试方法包括下述步骤；
[0016]1、将被测水冷散热器接入供水单元的水路中，在其上放置发热器件，在被测水冷散热器和发热器件的表面安装绝缘层，通过控制单元对供电单元发出指令，给发热器件加热，使其升温；
[0017]2、当发热器件的温度达到预设值后，通过控制单元对供水单元发出指令，使供水单元水路中的工质经加压后进入被测水冷散热器；工质在被测水冷散热器中通过对流换热的方式吸收发热器件传导给被测水冷散热器的热量，工质温度升高；水路中的流量控制器、压力传感器、温度传感器和压差传感器将测试数据通过数据采集单元传输至工控机；
[0018]3、升温后的工质流入供水单元，供水单元中的压力传感器、温度传感器和液位传感器将测试数据通过数据采集单元传输至工控机；
[0019]4、工质流入二次散热器进行冷却，最终流回供水单元形成一次循环；流量控制器、压力传感器、温度传感器、液位传感器和压差传感器分别将测试数据通过数据采集单元传输至工控机；
[0020]5、工控机对数据进行处理分析；根据供电单元的加热电压、电流，被测水冷散热器进出口端的工质温度、压力，工质的流量，被测水冷散热器的表面温度，进行综合处理得出被测水冷散热器的散热功率；
[0021]6、工控机将分析处理后的数据传输至控制单元，控制单元反馈信号测试结束。
[0022]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0023]1、在被测水冷散热器及发热器件表面包裹绝缘材料，减少向环境的漏热，保证供电单元的加热量最大程度地被被测水冷散热器带走，以准确测量被测水冷散热器的散热能力。
[0024]2、测试系统与被测水冷散热器的接口采用快速机械接头，方便各被测水冷散热器的更换，操作简便，且无漏水情况。
[0025]3、用电加热铜座模拟发热器件IGBT，降低测试成本。
[0026]4、整个测试系统的信号全部通过数据采集单元进行采集处理，可实现远程操控，保证测试安全及操作简便。[0027]5、通过测试系统准确的测试出被测水冷散热器的散热功率，确保了功率器件及散热器的正确选型和工作寿命，大幅度降低功率模块在整个生命周期的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是:本发明提供的水冷散热器的散热性能测试系统的结构示意图；
[0029]其中:1、供电单元；2、发热器件；3、被测水冷散热器；4、供水单元；5、数据采集单元；6、工控机；7、控制单元；F、流量控制器；P、压力传感器；ΛΡ、压差传感器；T、温度传感器山、液位传感器。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0031]本实施例以水冷散热器的散热性能测试系统为例，如图1所示，本发明实施例提供的水冷散热器的散热性能测试系统包括:供电单元1、发热器件2、被测水冷散热器3、供水单元4、数据采集单元5、工控机6、控制单元7、流量控制器F、压力传感器P、压差传感器Λ P、温度传感器T、液位传感器L。
[0032]供电单元I和发热器件2电路连接形成回路，供电单元I采用交流电源给加热器件2供电，同时采用直流电源收集加热器件2的温度数据；供电单元I与数据采集单元5连接，将加热器件2的 温度数据传输至数据采集单元5。
[0033]发热器件2采用电加热铜座模拟IGBT发热，放置在被测水冷散热器3上，并且在发热器件2和被测水冷散热器3表面包裹绝缘材料，防止其热量外泄；被测水冷散热器3通过快接机械接头与供水单元4水路连接形成回路；控制单元7通过工控机6分别控制供电单元I和供水单元4的通断；在供水单元4与被测水冷散热器3的水路回路中，被测水冷散热器3入水口端的管路上分别设有流量控制器F、压力传感器P和温度传感器T ;被测水冷散热器3出水口端的管路上设有温度传感器T ;被测水冷散热器3的入水口端和出水口端并联旁路，旁路设有压差传感器ΛΡ ;流量控制器F、压力传感器P、温度传感器T和压差传感器△ P分别与数据采集单元5连接，分别将测试数据传输至数据采集单元5 ;在被测水冷散热器3的表面分别设有温度传感器Τ，温度传感器T与数据采集单元5连接，将测试数据传输至数据采集单元5 ;在供水单元4水路中分别设有压力传感器P、温度传感器T和液位传感器L，分别与数据采集单元5连接，并且将测试数据传输至数据采集单元5。数据采集单元5通过工控机6与控制单元7连接，将采集的数据通过工控机6分析处理后传输至控制单兀7。
[0034]本发明基于另一目的提供的一种水冷散热器的散热性能测试系统的测试方法，包括下述步骤:
[0035]1、将被测水冷散热器3接入供水单元4的水路中，在其上放置发热器件2，在被测水冷散热器3和发热器件2的表面安装绝缘层，通过控制单元7对供电单元I发出指令，给发热器件2加热，使其升温；
[0036]2、当发热器件2的温度达到预设值后，通过控制单元7对供水单元4发出指令，使供水单元4水路中的工质经加压后进入被测水冷散热器3 ;工质在被测水冷散热器3中通过对流换热的方式吸收发热器件2传导给被测水冷散热器3的热量，工质温度升高；水路中的流量控制器F、压力传感器P、温度传感器T和压差传感器△ P将测试数据通过数据采集单兀5传输至工控机6 ；
[0037]3、升温后的工质流入供水单元4，供水单元4中的压力传感器P、温度传感器T和液位传感器L将测试数据通过数据采集单元5传输至工控机6 ；
[0038]4、工质流入二次散热器进行冷却，最终流回供水单元4形成一次循环；流量控制器F、压力传感器P、温度传感器T、液位传感器L和压差传感器△ P分别将测试数据通过数据采集单元5传输至工控机6 ；
[0039]5、工控机6对数据进行处理分析；根据供电单元I的加热电压、电流，被测水冷散热器3进出口端的工质温度、压力，工质的流量，被测水冷散热器3的表面温度，进行综合处理得出被测水冷散热器3的散热功率；
[0040]6、工控机6将分析处理后的数据传输至控制单元7，控制单元7反馈信号测试结束。
[0041]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应 涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种水冷散热器的散热性能测试系统，所述系统包括供电单元、发热器件、供水单元、数据采集单元和控制单元，所述供电单元和发热器件电路连接形成回路，所述发热器件设置在被测水冷散热器上，所述供水单元与被测水冷散热器水路连接形成回路，所述控制单元通过工控机分别控制供电单元和供水单元的开关； 其特征在于:在所述供水单元与被测水冷散热器的水路回路中，所述被测水冷散热器入水口端的管路上分别设有流量控制器、压力传感器和温度传感器；所述被测水冷散热器出水口端的管路上设有温度传感器；所述被测水冷散热器的入水口端和出水口端并联旁路，所述旁路设有压差传感器；所述流量控制器、压力传感器、温度传感器和压差传感器分别与数据采集单元连接，将测试数据传输至数据采集单元。
2.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:在所述被测水冷散热器的表面分别设有温度传感器；所述温度传感器与数据采集单元连接，将测试数据传输至数据采集单元。
3.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:在所述供水单元水路中分别设有压力传感器、温度传感器和液位传感器，分别与所述数据采集单元连接，并且分别将测试数据传输至所述数据采集单元。
4.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述供电单元采用交流电源给所述加热器件供电，同时采用直流电源收集所述加热器件的温度数据。
5.如权利要求4所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述供电单元与数据采集单元连接，将加热器件的温度数据传输至数据采集单元。
6.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述数据采集单元通过所述工控机与控制单元连接，将采集的数据通过工控机分析处理后传输至控制单元。
7.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述发热器件为电加热铜座。
8.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述发热器件和被测水冷散热器的表面均设有绝缘材料。
9.如权利要求1所述的水冷散热器的散热性能测试系统，其特征在于:所述被测水冷散热器的入水口端和出水口端分别设有快接机械接头。
10.一种如权利要求1~9中任一权利要求所述的水冷散热器的散热性能测试系统的测试方法，其特征在于:所述测试方法包括下述步骤； 1)将被测水冷散热器接入供水单元的水路中，在其上放置发热器件，在被测水冷散热器和发热器件的表面安装绝缘层，通过控制单元对供电单元发出指令，给发热器件加热，使其升温； 2)当发热器件的温度达到预设值后，通过控制单元对供水单元发出指令，使供水单元水路中的工质经加压后进入被测水冷散热器；工质在被测水冷散热器中通过对流换热的方式吸收发热器件传导给被测水冷散热器的热量，工质温度升高；水路中的流量控制器、压力传感器、温度传感器和压差传感器将测试数据通过数据采集单元传输至工控机； 3)升温后的工质流入供水单元，供水单元中的压力传感器、温度传感器和液位传感器将测试数据通过数据采集单元传输至工控机；4)工质流入二次散热器进行冷却，最终流回供水单元形成一次循环；流量控制器、压力传感器、温度传感器、液位传感器和压差传感器分别将测试数据通过数据采集单元传输至工控机； 5)工控机对数据进行处理分析；根据供电单元的加热电压、电流，被测水冷散热器进出口端的工质温度、压力，工质的流量，被测水冷散热器的表面温度，进行综合处理得出被测水冷散热器的散热功率； 6)工控机将分析处理后的数据传输 至控制单元，控制单元反馈信号测试结束。
【文档编号】G01M99/00GK103630415SQ201310670964
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】胡晓, 乔尔敏, 赵国亮, 荆平, 康伟, 陈国伟, 陈颖, 苏雪源 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司厦门供电公司