功率半导体器件的防凝露方法及装置与流程

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种功率半导体器件的防凝露方法及装置。

背景技术：

功率半导体器件，对工作环境要求较高。使用功率半导体器件的风电机组(例如风电变流器)，多安装于环境恶劣地区，比如山区、戈壁等野外环境。风电变流器应用仍处于粗放阶段，对变流器运行环境缺乏管理和控制，导致功率器件失效率居高不下。

目前风电变流器均采用柜内或柜外安装除湿机的方式，以其降低变流器柜内环境湿度，由于变流器结构复杂，产品实现往往难以达到图示中的理想有效回路，通过多年运行结果观察，除湿效果非常有限，而且除湿时间长，导致长时间停机，损失了用户的发电量。

风电变流器在较大功率运行，保持自身具有较高温度的条件下失效率较低；风电变流器上的功率半导体器件损坏多发生在小功率时段，以及一段时间停机后再运行的时段，并且伴随湿度大，温差变化大的外部环境条件，即凝露容易产生的条件下功率半导体器件绝缘降低，更容易失效。目前风电变流器都采用降低环境温湿度的方式来防止凝露产生，但是除湿时间长，导致长时间停机。

技术实现要素：

本发明提供一种功率半导体器件的防凝露方法及装置，解决现有防凝露方法除湿时间长的问题。

第一方面，提供了一种功率半导体器件的防凝露方法，包括：

接收检测得到的功率半导体器件的工作环境温度T0；

接收检测得到的功率半导体器件的散热部件温度T1；

判断散热部件温度T1、工作环境温度T0的温差与预设阈值△T的大小；

若所述温差大于所述预设阈值△T，控制加热部件对所述散热部件加热，直至所述温差小于或等于所述预设阈值△T。

可选择地，所述控制加热部件对所述散热部件加热，包括：

控制加热部件对循环换热介质加热，循环换热介质被输送到所述散热部件进而对所述散热部件加热；或者，

控制所述加热部件直接对所述散热部件加热。

可选择地，所述循环换热介质可以是水或者油。

可选择地，控制加热部件对循环换热介质加热包括：

所述温差大于△T时，判断循环换热介质的温度T2与第一预设阈值Tmax的大小；若T2＞Tmax，控制所述加热部件停止对循环换热介质加热；若T2≤Tmax，控制所述加热部件对循环换热介质加热。

可选择地，控制加热部件对循环换热介质加热包括：

所述温差小于或等于△T时，判断循环换热介质的温度T2与第二预设阈值Tmin的大小，控制加热部件对循环换热介质加热；若T2≥Tmin，控制所述加热部件停止对循环换热介质加热；若T2＜Tmin，控制所述加热部件对循环换热介质加热，

其中，所述第一预设阈值Tmax大于所述第二预设阈值Tmin。

可选择地，控制所述加热部件停止对循环换热介质加热步骤之后，还包括：

控制散热器对循环换热介质散热。

可选择地，所述第一预设阈值Tmax的取值范围是40-50℃之间；和/或，所述第二预设阈值Tmin的取值范围是10-15℃之间。

第二方面，提供了一种功率半导体器件的防凝露装置，包括：

散热部件，安装于所述功率半导体器件，用于对所述功率半导体器件散热；

加热部件，用于对所述散热部件加热；

第一温度传感器，用于检测功率半导体器件的工作环境温度T0；

第二温度传感器，用于检测功率半导体器件的散热部件温度T1；

控制器，用于接收工作环境温度T0和散热部件温度T1，并判断散热部件温度T1、工作环境温度T0的温差(T0-T1)与预设阈值△T的大小；若所述温差大于所述预设阈值△T，控制所述加热部件对所述散热部件加热。

可选择地，预设阈值△T的取值范围在1-15℃之间。

可选择地，所述加热部件为第一加热部件，安装于所述散热部件，用于对所述散热部件加热；

所述控制器，还用于控制所述第一加热部件直接对所述散热部件加热；

可选择地，所述加热部件为第二加热部件，安装于与所述散热部件连通的循环管道上，用于对循环管道中的循环换热介质加热；

所述控制器，还用于控制所述第二加热部件对循环换热介质加热，循环换热介质沿着循环管道被输送到所述散热部件进而对所述散热部件加热。

可选择地，本发明实施例提供的功率半导体器件的防凝露装置，还包括：

第三温度传感器，安装于所述循环管道，用于检测循环换热介质温度T2；

所述控制器，还用于：

所述温差大于△T时，判断循环换热介质的温度T2与第一预设阈值Tmax的大小，控制所述第二加热部件对循环换热介质加热：若T2＞Tmax，控制所述第二加热部件停止对循环换热介质加热；若T2≤Tmax，控制所述第二加热部件对循环换热介质加热；

和/或，所述温差小于或等于≤△T时，判断循环换热介质的温度T2与第二预设阈值Tmin的大小，控制所述第二加热部件对循环换热介质加热：若T2≥Tmin，控制所述第二加热部件停止对循环换热介质加热；若T2＜Tmin，控制所述第二加热部件对循环换热介质加热；

其中，所述第一预设阈值Tmax＞所述第二预设阈值Tmin。

可选择地，所述第一预设阈值Tmax的取值范围是40-50℃之间，和/或，所述第二预设阈值Tmin的取值范围是10-15℃之间。

可选择地，本发明实施例提供的功率半导体器件的防凝露装置，还包括：

散热器，安装于所述循环管道，所述控制器控制所述散热器对循环换热介质散热。

可选择地，本发明实施例提供的功率半导体器件的防凝露装置，还包括：

循环泵，安装于所述循环管道，用于将循环换热介质沿着循环管道中循环输送；

三通阀，安装于所述循环管道，所述三通阀的一个入口通过循环管道与所述循环泵的出口连接，另一个入口通过设置有所述散热器的循环管道与所述循环泵的出口连接，出口通过循环管道与所述第二加热部件连接。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露方法及装置，通过控制功率半导体器件与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。具体地，本发明的技术方案是通过控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差实现。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例所述功率半导体器件的防凝露装置的结构示意图。

图2是本发明一实施例所述功率半导体器件的防凝露方法的流程示意图。

图3是本发明又一实施例所述功率半导体器件的防凝露装置的结构示意图。

图4是本发明又一实施例所述功率半导体器件的防凝露方法的流程示意图。

图中：

10、功率半导体器件；

20、散热部件；21、第一加热部件；22、第二加热部件；

31、第一温度传感器；32、第二温度传感器；33、第三温度传感器；

40、循环管道；41、散热器；42、三通阀；43、循环泵；

50、控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明实施例中部分术语的解释：

功率半导体器件：主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)，包括：晶闸管、门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

实施例1

如图1、3所示，本发明实施例1提供一种功率半导体器件的防凝露装置，包括散热部件20、第一温度传感器31、第二温度传感器32、加热部件以及控制器50，其中：

散热部件20安装于功率半导体器件10，用于对功率半导体器件10散热；

加热部件用于对散热部件20加热；

第一温度传感器31安装在功率半导体器件10的工作环境中，用于检测功率半导体器件10的工作环境温度T0；

第二温度传感器32，用于检测功率半导体器件10的散热部件20温度T1；

控制器50，用于接收工作环境温度T0和散热部件温度T1，并判断散热部件温度T1、工作环境温度T0的温差与预设阈值△T的大小；若所述温差大于所述预设阈值△T，控制加热部件对散热部件20加热。

预设阈值△T可以根据控制的需要而进行选择，并预存在控制器50中，一般地，预设阈值△T可以设置为1℃、2℃等。

本实施例中，加热部件对散热部件20的加热方式，可以是通过加热部件直接对散热部件20加热，也可以是加热部件通过换热介质对散热部件20加热。

本实施例中，散热部件20可以是散热片、热交换部件等。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露装置，通过控制功率半导体器件10与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件10与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。本发明的技术方案是通过控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差实现。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

实施例2

如图1所示，本发明实施例2提供的功率半导体器件的防凝露装置，在实施例1的基础上，加热部件采用第一加热部件21，该第一加热部件21安装于散热部件20，用于对散热部件20加热；控制器50控制第一加热部件21直接对散热部件20加热。

控制器50控制第一加热部件21直接对散热部件20加热，是通过以下的控制方式实现的：

判断T0-T1＞△T，控制第一加热部件21对散热部件20加热；

判断T0-T1≤△T，控制第一加热部件21停止对散热部件20加热。

本实施例中的第一加热部件21，可以是直接粘贴在散热部件上，通过直接加热的方式对散热部件加热，具体可以采用电热丝、电磁加热管等方式。

本实施例中的散热部件20为散热片，或者其他能够直接散热的结构或装置。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露装置，通过控制功率半导体器件与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。具体地，本实施例中是通过加热部件直接对散热部件进行加热，从而控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

实施例3

如图2所示，本发明实施例3提供一种功率半导体器件的防凝露方法，包括：

接收检测得到的功率半导体器件的工作环境温度T0；

接收检测得到的功率半导体器件的散热部件温度T1；

判断散热部件温度T1、工作环境温度T0的温差与预设阈值△T的大小；

根据判断的结果，控制加热部件直接对散热部件加热，包括：

(T0-T1)＞△T，加热部件对散热部件加热；

(T0-T1)≤△T，加热部件停止对散热部件加热。

预设阈值△T可以根据控制的需要而进行选择，并预存在控制器50中，一般地，预设阈值△T可以设置为1℃、2℃、5℃、10℃或15℃等，预设阈值△T的取值范围是1-15℃之间。

本实施例中的散热部件为散热片，或者其他能够直接散热的结构或装置。

本实施例中的加热部件，可以是直接粘贴在散热部件上，通过直接加热的方式对散热部件加热，具体可以采用电热丝、电磁加热管等方式。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露方法，通过控制功率半导体器件与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。具体地，本实施例中是通过加热部件直接对散热部件进行加热，从而控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

实施例4

如图3所示，本发明实施例4提供的功率半导体器件的防凝露装置，在实施例1的基础上，还包括第三温度传感器33，第三温度传感器33安装于循环管道40，用于检测循环换热介质温度T2。

加热部件为第二加热部件22，第二加热部件22安装于与散热部件20连通的循环管道40上，用于对循环管道40中的循环换热介质加热；循环换热介质可以是水或者油。

控制器50控制第二加热部件22对循环换热介质加热，循环换热介质沿着循环管道40被输送到散热部件20进而对散热部件20加热；

本实施例中的散热部件为热交换器，或其他采用流体介质对功率半导体器件进行换热的结构。

控制器50，还用于判断：

T0-T1＞△T时，判断循环换热介质的温度T2与第一预设阈值Tmax的大小，控制第二加热部件22对循环换热介质加热，并进一步判断：

T2＞Tmax，控制第二加热部件22停止对循环换热介质加热；

T2≤Tmax，控制第二加热部件22对循环换热介质加热。

其中，第一预设阈值Tmax的取值范围是40-50℃之间，例如可以是40℃、45℃、50℃。

当对循环换热介质加热温度超过第一预设阈值Tmax时，为了防止循环换热介质对功率半导体器件的加热温度过高，控制加热部件停止加热，从而保护功率半导体器件；而在循环换热介质加热温度没有达到第一预设阈值Tmax时，可以控制加热部件持续加热，从而保证温差在要求范围内。

为了保证功率半导体器件的工作效率，在停止对循环换热介质加热以后，还可以进一步通过散热器对循环换热介质进行散热，从而使温度过高的功率半导体器件在要求的温度范围内工作。

该控制器50，还用于判断：

T0-T1≤△T时，判断循环换热介质的温度T2与第二预设阈值Tmin的大小，控制第二加热部件22对循环换热介质加热，并进一步判断：

T2≥Tmin，控制第二加热部件22停止对循环换热介质加热；

T2＜Tmin，控制第二加热部件22对循环换热介质加热；

其中，第一预设阈值Tmax＞第二预设阈值Tmin。

第二预设阈值Tmin的取值范围是10-15℃之间，例如可以是功率半导体器件10℃、12℃、15℃等。

当循环换热介质的温度低于第二预设阈值Tmin时，为了防止循环换热介质温度过低而产生凝露，控制加热部件开始加热，从而保护功率半导体器件。

本发明实施例提供的功率半导体器件的防凝露装置，还包括散热器41、循环泵43、三通阀42，其中：

散热器41安装于循环管道，当功率半导体器件或者散热部件20的温度过高时，控制器50控制散热器41对循环换热介质散热；

循环泵43安装于循环管道40，用于将循环换热介质沿着循环管道40中循环输送；循环泵43可以被控制器50控制，也可以由其他的控制方式控制，例如可以通过手动控制；

三通阀42的一个入口通过循环管道40与循环泵43的出口连接，另一个入口通过设置有散热器41的循环管道40与循环泵43的出口连接，出口通过循环管道40与第二加热部件22连接。

通过三通阀42强整个循环管道40分成了循环加热和循环散热两个支路，当循环管道40通过散热器41时，进入循环散热支路，从而开启对循环管道40的散热模式，当循环管道不经过散热器41时，进入循环加热模式，从而开启对循环管道40的加热模式。

本实施例中的第二加热部件22，可以设置在循环管道40(例如电加热丝)中或者设置在循环管道40上(例如电磁加热管)，通过对流经循环管道40的循环换热介质进行加热，循环换热介质被输送到散热部件20，从而对散热部件20加热或散热。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露装置，通过控制功率半导体器件与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。具体地，本实施例中是通过加热部件通过循环换热介质对散热部件进行加热，从而控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

实施例5

如图4所示，本发明实施例5提供的功率半导体器件的防凝露方法，包括：

接收检测得到的功率半导体器件的工作环境温度T0；

接收检测得到的功率半导体器件的散热部件温度T1；

判断散热部件温度T1、工作环境温度T0的温差(T0-T1)与预设阈值△T的大小；

若温差(T0-T1)大于预设阈值△T；

控制加热部件对散热部件加热，直至温差(T0-T1)小于或等于所述预设阈值△T。

本实施例中的散热部件为热交换器，或其他采用流体介质对功率半导体器件进行换热的结构。

循环换热介质可以是水或者油。

可选择地，控制加热部件对循环换热介质加热包括：

(T0-T1)＞△T时，判断循环换热介质的温度T2与第一预设阈值Tmax的大小，控制加热部件对循环换热介质加热，并进一步判断：

T2＞Tmax，加热部件停止对循环换热介质加热，可选择地，进一步控制散热器对循环换热介质散热；

T2≤Tmax，加热部件对循环换热介质加热。

第一预设阈值Tmax的取值范围是40-50℃之间。

当对循环换热介质加热温度超过第一预设阈值Tmax时，为了防止循环换热介质对功率半导体器件的加热温度过高，控制加热部件停止加热，从而保护功率半导体器件；而在循环换热介质加热温度没有达到第一预设阈值Tmax时，可以控制加热部件持续加热，从而保证温差在要求范围内。

为了保证功率半导体器件的工作效率，在停止对循环换热介质加热以后，还可以进一步通过散热器对循环换热介质进行散热，从而使温度过高的功率半导体器件在要求的温度范围内工作。

可选择地，控制加热部件对循环换热介质加热，还包括：

(T0-T1)≤△T时，判断循环换热介质的温度T2与第二预设阈值Tmin的大小，控制加热部件对循环换热介质加热，并进一步判断：

T2≥Tmin，加热部件停止对循环换热介质加热，可选择地，进一步控制散热器对循环换热介质散热；

T2＜Tmin，加热部件对循环换热介质加热；

其中，第一预设阈值Tmax＞第二预设阈值Tmin。

第二预设阈值Tmin的取值范围是10-15℃之间。

当循环换热介质的温度低于第二预设阈值Tmin时，为了防止循环换热介质温度过低而产生凝露，控制加热部件开始加热，从而保护功率半导体器件。

本实施例中的加热部件，可以设置在循环管道中(例如电加热丝)或者设置在循环管道上(例如电磁加热管)，通过对流经循环管道的循环换热介质进行加热，循环换热介质被输送到散热部件，从而对散热部件20加热或散热。

本发明提供的功率半导体器件的防凝露方法，通过控制功率半导体器件与工作环境的温度差，即控制功率半导体器件与工作环境的温度差足够小，来防止凝露产生。具体地，本实施例中是通过加热部件通过循环换热介质对散热部件进行加热，从而控制功率半导体器件的散热部件的温度与工作环境的温度差。

本发明能够降低功率半导体器件在恶劣运行环境下的失效率，增加功率半导体器件的使用寿命，降低客户损失，同时提高了功率半导体器件工作环境的控制效率，当本发明用于风电机组控制柜时，能够明显提高风电机组的可利用率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。