一种风冷式电源的过温保护方法、装置及电源与流程

1.本发明实施方式涉及电源技术领域，特别是涉及一种风冷式电源的过温保护方法、装置及电源。


背景技术：

2.随着“新基建”发展，5g基站、idc数据中心、新能源汽车等爆发式增长，相应的，对中大功率电源设备的需求与日俱增。采用风扇强制对流方式散热的电源设备因成本低廉，散热效果优良等优势，被广泛应用在这类电源模块及系统中。
3.此类电源需要将外界环境空气吸入电源内部，ip防护等级较低。长期运行过程中，存在因灰尘堆积或异物堵住入风口，使入风口风量减少，风压下降，大幅削弱散热效果，引起电源内部发热器件温度急剧上升。又因为发热器件到温度检测元件中存在热阻以及热传递的时间滞后，温度检测元件无法实时跟踪发热器件的实际温度，导致过温保护漏报，发热器件因超过自身耐受温度而损坏，引发电源失效甚至是系统级的严重事故。
4.现有的应对措施主要是调整设备内原有的温度检测装置的保护阈值，或者增加专用传感器用于检测入风口风压。前者容易导致电源设备在较极端的正常工况下误触发，甚至无法完全兼顾这种工况；后者则增加了很高的成本但收效甚微。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种风冷式电源的过温保护方法，包括：采集散热器两端的第一采样温度和第二采样温度，其中所述第一采样温度在散热器的出风端采集获得，所述第二采样温度在散热器的入风端采集获得；计算所述第一采样温度和所述第二采样温度之间的温度差值，所述温度差值由所述第一采样温度减去所述第二采样温度获得；判断所述温度差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；若否，则判断所述第一采样温度是否大于第一保护阈值和所述第二采样温度是否大于第二保护阈值；在所述第一采样温度大于所述第一保护阈值或者所述第二采样温度大于所述第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；在所述第一采样温度不大于所述第一保护阈值且所述第二采样温度不大于所述第二保护阈值时，则不触发过温保护。
6.在一些实施例中，不触发过温保护还包括：在所述第一采样温度处于第一警告阈值和所述第一保护阈值之间，或所述第二采样温度处于第二警告阈值和所述第二保护阈值之间时，则触发过温警告，控制所述风冷式电源降额运行；其中所述第一警告阈值小于所述第一保护阈值，所述第二警告阈值小于所述第二保护阈值；在所述第一采样温度不大于所述第一警告阈值且所述第二采样温度不大于所述第二警告阈值时，保持所述风冷式电源正常工作。
7.在一些实施例中，所述相对保护阈值根据所述风冷式电源在不同输出功率、不同风扇转速以及不同环境温度下的第一采样温度和第二采样温度的温度差值设定。
8.在一些实施例中，所述相对保护阈值以数据表或通过数值拟合以函数的形式存储。
9.在一些实施例中，所述相对保护阈值是根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，从所述数据表中获取；或根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，通过所述函数计算得到。
10.在一些实施例中，所述控制所述风冷式电源降额运行，包括：降低所述风冷式电源的最大输出功率限值或/和增加所述风冷式电源的风扇的转速。
11.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种风冷式电源的过温保护装置，包括：温度采集模块，用于采集散热器两端的第一采样温度和第二采样温度；温差计算模块，用于计算所述第一采样温度和所述第二采样温度之间的温度差值，所述温度差值由所述第一采样温度减去所述第二采样温度获得；第一判断模块，用于判断所述第一采样温度与所述第二采样温度之间的差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；若否，则判断所述第一采样温度是否大于第一保护阈值和所述第二采样温度是否大于第二保护阈值；过温保护模块，用于在所述第一采样温度大于所述第一保护阈值或者所述第二采样温度大于所述第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；在所述第一采样温度不大于所述第一保护阈值且所述第二采样温度不大于所述第二保护阈值时，则不触发过温保护。
12.在一些实施例中，上述装置还包括：降额运行模块，用于在所述第一采样温度处于第一警告阈值和所述第一保护阈值之间，或所述第二采样温度处于第二警告阈值和所述第二保护阈值之间时，则触发过温警告，控制所述风冷式电源降额运行；正常运行模块，用于在所述第一采样温度不大于所述第一警告阈值且所述第二采样温度不大于所述第二警告阈值时，保持所述风冷式电源正常工作。
13.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种具有过温保护的风冷式电源，包括：供电单元、温度采集单元、降温单元和控制单元，其中，所述供电单元分别连接至所述温度采集单元、所述控制单元、所述降温单元，所述供电单元用于为所述温度采集单元、所述控制单元、所述降温单元供电；所述降温单元包括风扇和散热器，所述降温单元用于为所述风冷式电源降温，所述散热器平行于所述风扇所形成的风道气流；所述温度采集单元包括第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置分别用于检测所述散热器的第一采样温度和第二采样温度，所述第一温度检测装置安置在所述散热器的出风端；所述第二温度检测装置安置在所述散热器的入风端；所述控制单元用于判断所述第一采样温度与所述第二采样温度之间的差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则触发过温保护，关闭风冷式电源；若否，则判断所述第一采样温度是否大于第一保护阈值和所述第二采样温度是否大于第二保护阈值；在所述第一采样温度大于所述第一保护阈值或者所述第二采样温度大于所述第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；在所述第一采样温度不大于所述第一保护阈值且所述第二采样温度不大于所述第二保护阈值时，则不触发过温保护。
14.在一些实施例中，所述控制单元还用于不触发过温保护时，在所述第一采样温度处于第一警告阈值和所述第一保护阈值之间，或所述第二采样温度处于第二警告阈值和所述第二保护阈值之间时，则触发过温警告，控制所述风冷式电源降额运行；在所述第一采样
温度不大于所述第一警告阈值且所述第二采样温度不大于所述第二警告阈值时，保持所述风冷式电源正常工作。
15.本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式所增加的设备物料成本低，且能够有效检测入风口堵塞异常，并不会影响其他正常工况。
附图说明
16.图1是本发明实施方式提供的一种风冷式电源的过温保护方法的流程示意图；图2是本发明实施方式提供的另一种风冷式电源的过温保护方法的流程示意图；图3是本发明实施方式提供的一种风冷式电源的过温保护装置的结构示意图；图4是本发明实施方式提供的另一种风冷式电源的过温保护装置的结构示意图；图5是本发明实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源的结构示意图；图6是本发明实施方式提供的一种温度检测单元的结构示意图；图7是本发明实施方式提供的一种温度检测单元的硬件结构图；图8是在应用图7实施方式提供的一种温度检测单元下，在有正常风压下的等温线分布图；图9是在应用图7实施方式提供的一种温度检测单元下，在较小风压下的等温线分布图；图10是本发明实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源的硬件结构图；图11是在应用图10实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源下，第一温度检测单元采样温度及温差曲线图；图12是在应用图10实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源下，第二温度检测单元采样温度及温差曲线图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
18.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
19.请参阅图1，图1为本发明实施方式提供的一种风冷式电源的过温保护方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：步骤s100：采集第一采样温度和第二采样温度；具体地，采集散热器两端的温度。在一些实施例中，沿着风道气流，以在散热器的出风端采集到的温度为第一采样温度，以在散热器的入风端采集到的温度为第二采样温度。
20.需要说明的是，由于入风端更加靠近入风口，因此在风冷式电源正常工作的情况下，第一采样温度高于第二采样温度，并且在特定的电源输出功率和风扇转速条件下，呈现
出相对固定的差异。
21.步骤s200：计算第一采样温度和第二采样温度之间的温度差值；在一些实施例中，温度差值由第一采样温度减去第二采样温度所得。
22.步骤s300：判断温度差值是否小于预设的相对保护阈值；需要说明的是，相对保护阈值根据风冷式电源在不同输出功率、不同风扇转速以及不同环境温度下的第一采样温度和第二采样温度的差值，增加一定裕量设定，并且以数据表或通过数值拟合以函数的形式存储。
23.在进行判断前，预先获取相对保护阈值。预先获取相对保护阈值的方式分为以下两种：一是根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，从预先存储的数据表中获取；二是根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，通过预先存储的函数计算得到。
24.具体地，在获取到相对保护阈值后，判断温度差值是否小于预设的相对保护阈值，若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s320。
25.步骤s310：触发过温保护，关闭风冷式电源；具体地，触发过温保护，表现为风冷式电源停止工作，以防止风冷式电源温度过高。
26.步骤s320：分别判断第一采样温度是否大于第一保护阈值和第二采样温度是否大于第二保护阈值；判断温度差值不小于预设的相对保护阈值时，进而再判断第一采样温度是否大于第一保护阈值或者第二采样温度是否大于第二保护阈值；若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s322。
27.在一些实施例中，第一保护阈值和第二保护阈值是在风冷式电源应用于所有工况中，所采样得到的最高温度值并增加一定的裕量得到的。
28.步骤s322：不触发过温保护；判断第一采样温度不大于第一保护阈值且第二采样温度也不大于第二保护阈值时，不触发过温保护，风冷式电源正常运行。
29.请参阅图2，图2为本发明实施方式提供的另一种风冷式电源的过温保护方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：步骤s100：采集第一采样温度和第二采样温度；具体地，采集散热器两端的温度。在一些实施例中，沿着风道气流，以在散热器的出风端采集到的温度为第一采样温度，以在散热器的入风端采集到的温度为第二采样温度。
30.需要说明的是，由于入风端更加靠近入风口，因此在风冷式电源正常工作的情况下，第一采样温度高于第二采样温度，并且在特定的电源输出功率和风扇转速条件下，呈现出相对固定的差异。
31.步骤s200：计算第一采样温度和第二采样温度之间的温度差值；步骤s300：判断温度差值是否小于预设的相对保护阈值；需要说明的是，相对保护阈值根据风冷式电源在不同输出功率、不同风扇转速以及不同环境温度下的第一采样温度和第二采样温度的差值，增加一定裕量设定，并且以数
据表或通过数值拟合以函数的形式存储。
32.在进行判断前，预先获取相对保护阈值。预先获取相对保护阈值的方式分为以下两种：一是根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，从预先存储的数据表中获取；二是根据风冷式电源当前的输出功率、转速以及环境温度，通过预先存储的函数计算得到。
33.具体地，在获取到相对保护阈值后，判断温度差值是否小于预设的相对保护阈值，若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s320。
34.步骤s310：触发过温保护，关闭风冷式电源；具体地，触发过温保护，表现为关闭风冷式电源，以防止风冷式电源温度过高。
35.步骤s320：分别判断第一采样温度是否大于第一警告阈值和第二采样温度是否大于第二警告阈值；判断温度差值不小于预设的相对保护阈值时，进而再判断第一采样温度是否大于第一警告阈值或者第二采样温度是否大于第二警告阈值；若是，则执行步骤s321；若否，则执行步骤s322。
36.在一些实施例中，第一警告阈值和第二警告阈值是在风冷式电源应用于所有工况中，所采样得到的最高温度值并增加一定的裕量得到的。
37.步骤s322：不触发过温保护；判断第一采样温度不大于第一警告阈值且第二采样温度也不大于第二警告阈值时，不触发过温保护，风冷式电源正常运行；步骤s321：分别判断第一采样温度是否大于第一保护阈值和第二采样温度是否大于第二保护阈值；判断第一采样温度是否大于第一保护阈值或者第二采样温度是否大于第二保护阈值，若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s400；需要说明的是，第一保护阈值和第二保护阈值分别大于第一警告阈值和第二警告阈值。
38.步骤s400：控制风冷式电源降额运行；在一些实施例中，控制风冷式电源降额运行包括降低风冷式电源的最大输出功率限值或/和增加风冷式电源的风扇的转速；具体地，当第一采样温度处于第一警告阈值和第一保护阈值之间，或第二采样温度处于第二警告阈值和所述第二保护阈值之间时，按照保护阈值（包括第一保护温度或第二保护温度）与警告阈值（包括第一警告温度或第二警告温度）的差值评判，使单位温度下最大输出功率下降n%与风扇转速增加m转。
39.其中m大于或等于0(m=0时，说明未增加风冷式电源风扇转速)，最大输出功率下降比例n%满足如下条件：，如警告阈值（此处第一警告温度等于第二警告温度）为80℃，保护阈值（此处第一保护温度等于第二保护温度）为100℃时，n的范围为0~5(n=0时，说明未降低风冷式电源的
最大输出功率限值)，此时可取n=2.5，m=100。
40.以下为应用上述过温保护方法的示例情况：情况一：第一采样温度与第二采样温度分别为85℃与70℃，对应的：此时第二温度警告阈值不被触发，执行步骤s322，风冷式电源正常运行；第一温度警告阈值被触发而未触发保护阈值，执行步骤s400，则功率限制值设定在最大输出功率的87.5%（即最大输出功率降额12.5%），转速增加500转；上述两个结果取较严重者，则功率限制值设定在最大输出功率的87.5%（即最大输出功率降额12.5%），转速在正常工况转速下增加500转。
41.情况二：第一采样温度与第二采样温度分别为95℃与85℃，对应的：此时第一温度警告阈值被触发而未触发保护阈值，执行步骤s400，则功率限制值设定在最大输出功率的62.5%（即最大输出功率降额37.5%），转速增加1500转；第二温度警告阈值被触发而未触发保护阈值，执行步骤s400，则功率限制值设定在最大输出功率的87.5%（即最大输出功率降额12.5%），转速增加500转；上述两个结果取较严重者，则功率限制值设定在最大输出功率的62.5%（即最大输出功率降额37.5%），转速在正常工况转速下增加1500转。
42.情况三：第一采样温度与第二采样温度分别为100℃与85℃，对应的：此时第一温度警告阈值被触发且触发保护阈值，执行步骤s310，使风冷式电源停机；第二温度警告阈值被触发而未触发保护阈值，执行步骤s400，则功率限制值设定在最大输出功率的87.5%（即最大输出功率降额12.5%），转速增加500转；上述两个结果取较严重者，则风冷式电源停机。
43.请参阅图3，图3为本发明实施方式提供的一种风冷式电源的过温保护装置的结构示意图，该装置包括：温度采集模块110，用于采集散热器两端的第一采样温度和第二采样温度；温差计算模块120，用于计算第一采样温度和第二采样温度之间的温度差值；第一判断模块130，用于判断第二采样温度与第一采样温度之间的差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则判断第一采样温度是否大于所述第一保护阈值和第二采样温度是否大于第二保护阈值；过温保护模块140，用于在第一采样温度大于第一保护阈值或者第二采样温度大于第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭风冷式电源；在第一采样温度不大于第一保护阈值且第二采样温度不大于第二保护阈值时，则不触发过温保护。
44.请参阅图4，图4为本发明实施方式提供的另一种风冷式电源的过温保护装置的结构示意图，该装置包括：温度采集模块110，用于采集散热器两端的第一采样温度和第二采样温度；温差计算模块120，用于计算第一采样温度和第二采样温度之间的温度差值；在一些实施例中，温度差值由第一采样温度减去第二采样温度所得。
45.第一判断模块130，用于判断第一采样温度与第二采样温度之间的差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则触发过温保护，关闭所述风冷式电源；若否，则判断第一采样温度是否大于第一保护阈值和第二采样温度是否大于第二保护阈值；
过温保护模块140，用于在第一采样温度大于第一保护阈值或者第二采样温度大于第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭风冷式电源；在第一采样温度不大于第一保护阈值且第二采样温度不大于第二保护阈值时，则不触发过温保护。
46.降额运行模块150，用于在第一采样温度处于第一警告阈值和第一保护阈值之间，或第二采样温度处于第二警告阈值和第二保护阈值之间时，控制风冷式电源降额运行；正常运行模块160，用于在第一采样温度不大于第一保护阈值或者所述第二采样温度不大于第二保护阈值时，保持风冷式电源正常工作。
47.请参阅图5，图5是本发明实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源的结构示意图，该风冷式电源包括供电单元300、温度采集单元500、降温单元600和控制单元400，其中，供电单元300分别连接至温度采集单元500、控制单元400、降温单元600，供电单元300用于为温度采集单元500、控制单元400、降温单元600供电；降温单元600包括风扇602和散热器601，降温单元600用于为风冷式电源降温，散热器平行于风扇602所形成的风道气流；温度采集单元500包括第一温度检测装置501和第二温度检测装置502，其中，第一温度检测装置501和第二温度检测装置502分别用于检测散热器601的第一采样温度和第二采样温度，第一温度检测装置501安置在散热器601的出风端；第二温度检测装置502安置在散热器601的入风端；在一些实施例中，第一温度检测装置501和第二温度检测装置502可以使用ntc（负温度系数热敏电阻）、ptc（正温度系数热敏电阻）或热电偶或其他温度检测器件。
48.控制单元400用于判断第一采样温度与第二采样温度之间的差值是否小于预设的相对保护阈值；若是，则触发过温保护，关闭风冷式电源；若否，则判断第一采样温度是否大于第一保护阈值和第二采样温度是否大于第二保护阈值；在第一采样温度大于第一保护阈值或者第二采样温度大于第二保护阈值时，则触发过温保护，关闭风冷式电源。
49.控制单元400还用于在第一采样温度处于第一警告阈值和第一保护阈值之间，或者，第二采样温度处于第二警告阈值和第二保护阈值之间时，控制风冷式电源降额运行；在第一采样温度不大于第一警告阈值且第二采样温度不大于第二警告阈值时，保持风冷式电源正常工作。
50.通过以上方式，本发明实施方式所增加的设备物料成本低，且能够有效检测入风口堵塞异常，并不会影响其他正常工况。
51.请参阅图6，图6为本发明实施方式提供的一种温度检测单元的结构示意图，风冷式电源内部的发热器件102，如功率半导体等通常会以各种形式安装在散热器101上，散热器101与风扇形成的风道气流方向平行，便于将热带出。在传统技术中，往往只会在散热器1上安装一个温度检测装置103，而在本案中，在散热器首尾两端各放置一个温度检测装置103，用以检测所在位置的温度。
52.在一些实施例中，在散热器出风端，即沿着气流方向形成的散热风道的出风口一端，放置温度检测装置1；在散热器入风端，即沿着气流方向形成的散热风道的入风口一端，放置温度检测装置2。
53.由于温度检测装置1更靠近出风口，一般情况下，温度检测装置1采样得到的第一
采样温度高于温度检测装置2采样得到的第二采样温度，并在特定的电源输出功率、特定风扇转速条件下，呈现相对固定的差异。
54.当入风口因异物堵塞时，进风量降低，强制对流效果减弱，发热器件1~n的热量自由扩散作用相对增强，温度检测装置2的温度上升速度将大于温度检测装置1的温度上升速度，第一采样温度与第二采样温度的差值减小。利用这一特性，可以在传统绝对温度值的过温保护基础上，增加温差过小保护，当温度差异小于某一特定值时，触发入风口堵塞异常导致的过温保护。
55.请参阅图7，图7为本发明实施方式提供的一种温度检测单元的硬件结构图，采用ntc（负温度系数热敏电阻）作为温度检测的传感元件，用以检测to-247封装的半导体开关器件。入风口在散热器右侧，气流方向从散热器右侧流向散热器左侧。
56.图8为在应用图7实施方式提供的一种温度检测单元下，在有正常风压下的等温线分布图，可从图中看出，等温线温差间距1℃。因空气强制对流散热效果，左右两侧ntc采样点分别在图中第6级和第19级等温线上，温度差值约13℃左右。
57.图 9为在应用图7实施方式提供的一种温度检测单元下，在较小风压下的等温线分布图，可从图中看出，等温线温差间距1℃。因空气强制对流散热效果大幅减弱，左右两侧ntc采样点分别在图中第9级和第15级等温线上，温度差值仅6℃左右。
58.通过设定相对保护阈值在该工作条件下为10℃左右，即可以保证在不误触发的前提下，及时检测到入风口风压异常并做出保护动作。
59.请参阅图10，图10为本发明实施方式提供的一种具有过温保护的风冷式电源的硬件结构图，该电源电路右侧设置两个风扇模组602，风道气流从右至左流动，第一温度检测单元701与第二温度检测单元702均为图7所示结构，分别检测两个风扇的堵风异常以及对应所在散热器上的半导体器件温度。
60.此时环境温度5℃，电源处于满功率工作状态，第一温度检测单元701与第二温度检测单元702中各自的两个ntc采样温度及其差值δt如图 11、图 12所示。该条件下设定的相对保护阈值为2℃，第一警告阈值和第二警告阈值均为95℃，第一保护阈值和第二保护阈值均为105℃。
61.正常运行状态下，第一温度检测单元701中两个温度检测装置的采样温度分别为21.1℃与28.4℃，温度差值为7.3℃；第一温度检测单元701中两个温度检测装置的采样温度分别为20.2℃与26.7℃，温度差之为6.5℃，保护均不被触发。
62.第128s开始因异物堵住电源风扇入风口，电源电路内部器件温度升高。
63.第184s时，第一温度检测单元701中两个温度检测装置的采样温度分别为48.1℃与50.0℃，温度差值为1.9℃，触发堵风/过温保护，电源装置关机。
64.第184s时，第二温度检测单元702中两个温度检测装置的采样温度分别为55.9℃与53.4℃，温度差值为2.5℃，不触发任何保护。若第一温度检测单元701未触发保护，则第二温度检测单元702中两个温度检测装置的采样温度持续上升，于第186s时，分别达到，57.3℃与55.4℃，此时温差为1.9℃，也可以触发堵风/过温保护，令电源装置关机。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没
有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。