用于冷卻熱量產(chǎn)生裝置的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種冷卻系統(tǒng)，用于冷卻熱量產(chǎn)生裝置，該熱量產(chǎn)生裝置包括至少一個(gè)冷卻裝置和至少一個(gè)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在多種技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常出現(xiàn)在某一點(diǎn)處產(chǎn)生熱量并且該熱量不得不傳遞到另一點(diǎn)。這不僅是如果熱量被有目的地產(chǎn)生(例如用于加熱目的)的情況，而且還可以是如果熱量?jī)H作為某一種副產(chǎn)品產(chǎn)生的情況。在后者的情況中，通常討論廢熱的產(chǎn)生。
[0003]這種廢熱產(chǎn)生的具體例子出現(xiàn)在電子和照明系統(tǒng)(特別在電力電子和照明系統(tǒng)(使用LED (發(fā)光二極管))的情況中)領(lǐng)域中。這里，經(jīng)常地出現(xiàn)大量的熱能在相比較而言小的體積中被產(chǎn)生。此外，特別是在半導(dǎo)體和LED的情況下，產(chǎn)生的廢熱僅可以通過(guò)非常小的界面被移除，例如僅在部件的一個(gè)側(cè)面上，例如因?yàn)橥ㄟ^(guò)LED產(chǎn)生的光被假定發(fā)射到盡可能大的二面角中。換句話說(shuō)，廢熱功率密度相當(dāng)高，并且不得不被管理的熱通量也可能是相當(dāng)大的。
[0004]使情況變得更糟糕的是，特別在半導(dǎo)體和LED領(lǐng)域中，電子部件對(duì)于過(guò)熱是非常敏感的。例如，如果功率LED在(約)65°C以上的溫度操作，它的使用壽命將大幅地降低。這也被已知為阿累尼烏斯(Arrhenius)指數(shù)定律，表明如果溫度上升10°C，特定的化學(xué)反應(yīng)將以約兩倍快的速度進(jìn)行。關(guān)于電子部件，這將導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)法則，即溫度每增加10°C，各自電子部件失效的風(fēng)險(xiǎn)加倍。
[0005]因此，標(biāo)準(zhǔn)的方式是提供具有冷卻系統(tǒng)且正產(chǎn)生廢熱的系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)意圖是保持所述溫度盡可能低，根本的目的是延長(zhǎng)電子部件的使用壽命和因此延長(zhǎng)最終的裝置的使用壽命。
[0006]然而，這需要設(shè)計(jì)成足夠大的冷卻系統(tǒng)，記住如果熱量產(chǎn)生裝置容忍的溫度水平越高，冷卻系統(tǒng)通常變得更有效，這是因?yàn)橐虼伺c環(huán)境溫度的最終的溫差變得更大。因此，為能夠降低內(nèi)部溫度，不得不使用冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)具有不成比例的更大尺寸，并且因此更昂貴。
[0007]如果產(chǎn)生的廢能量的量不是恒定的，并且僅在所產(chǎn)生的廢熱的基本負(fù)荷中顯示一些相比較而言大的峰，則冷卻系統(tǒng)的尺寸制定問(wèn)題就尤其重要了。在這種情況下，為能夠?qū)囟染S持在恒定的水平，不得不根據(jù)廢熱峰設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，所述廢熱峰將導(dǎo)致不成比例的尺寸被制定的冷卻系統(tǒng)，和因此導(dǎo)致了不成比例的高的成本。
[0008]在這種情況下，已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中提出允許一些溫度波動(dòng)。即使由于增加的溫度水平，電子部件的使用壽命被縮短一定的量，在一定時(shí)間跨度上的總成本仍然可以較低，這是因?yàn)橛糜诶鋮s系統(tǒng)的成本可以不成比例地較低。在這種情況下，如果廢熱峰出現(xiàn)，則冷卻系統(tǒng)在最大負(fù)荷下運(yùn)行。因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)相對(duì)于在這種峰期間所產(chǎn)生的廢熱“制定的尺寸不夠”，電子部件的溫度將(稍微地)升高，并且在廢熱峰結(jié)束之后再次降低，并且因此所產(chǎn)生的廢熱再次比所述布置的最大冷卻速度低。
[0009]不利地，該方法還引起另一個(gè)問(wèn)題。特別在功率電子裝置中，一般具有不同熱膨脹系數(shù)的多個(gè)不同的部分被固定地彼此連接(例如，軟釬焊焊接到某一襯底的扁平封裝芯片或球形焊點(diǎn)陣列芯片)。因此，溫度改變將導(dǎo)致變化的機(jī)械負(fù)荷。如果這種熱應(yīng)力循環(huán)被經(jīng)常重復(fù)，這將通常導(dǎo)致所涉及的部分(例如，焊接點(diǎn)、芯片或襯底)的機(jī)械損傷或失效。當(dāng)然，這種損傷也是非常不希望的。
[0010]研宄已經(jīng)表明通過(guò)減少由電子組件的單獨(dú)的電子部件所經(jīng)歷的溫度波動(dòng)的量和/或幅度，可以減少部件上的熱應(yīng)力，并且因此增加系統(tǒng)的使用壽命，即使這種溫度波動(dòng)的減少以稍微地增加平均溫度為代價(jià)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]因此，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于冷卻熱量產(chǎn)生裝置的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)相對(duì)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的當(dāng)前已知的冷卻系統(tǒng)做出改進(jìn)。
[0012]一方面，本實(shí)用新型提供一種用于冷卻熱量產(chǎn)生裝置(2)的冷卻系統(tǒng)(I)，包括至少一個(gè)冷卻裝置(5)，所述冷卻系統(tǒng)(I)還包括:用于致動(dòng)所述冷卻裝置(5)的電動(dòng)馬達(dá)
(6);用于測(cè)量熱量產(chǎn)生裝置(2)的溫度的至少一個(gè)傳感器裝置(9);至少部分地和/或至少有時(shí)確定所述熱量產(chǎn)生裝置(2)的冷卻速度(17、18)的控制裝置(7)，其中所述控制裝置
(7)分別與所述電動(dòng)馬達(dá)(6)和所述傳感器裝置(9)通過(guò)電纜電連接。
[0013]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，所述控制裝置是基于所述熱量產(chǎn)生裝置(2)的溫度、溫度的改變速度和溫度的改變速度的方向中的至少一個(gè)或它們的任意組合確定所述冷卻速度(17、18)的裝置。
[0014]目前提出的冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的。相應(yīng)地，在本實(shí)用新型的公開(kāi)內(nèi)容中還提供了一種該冷卻系統(tǒng)所使用的冷卻方法，即執(zhí)行冷卻熱量產(chǎn)生裝置的方法。
[0015]基于所述熱量產(chǎn)生裝置的溫度改變速度，至少部分地和/或至少有時(shí)確定所述熱量產(chǎn)生裝置的冷卻速度。熱量產(chǎn)生裝置(其中所述表達(dá)也設(shè)想了多個(gè)熱量產(chǎn)生裝置)可以實(shí)質(zhì)上是有目的地和/或作為副作用產(chǎn)生熱量的任一裝置。(意欲的)熱量的產(chǎn)生可以通過(guò)電加熱器、爐子等等執(zhí)行。作為副作用的熱量的產(chǎn)生(即廢熱的產(chǎn)生)可以用以下產(chǎn)生，即用機(jī)械軸承(由于摩擦)、用制動(dòng)器(也由于摩擦)、用電阻器、用線圈、用功率開(kāi)關(guān)器件(例如晶體管、閘流管、DIACs、TRIACs、IGBTs、集成電路等等)。如果熱量產(chǎn)生裝置(的部分)對(duì)升高的溫度非常敏感，和/或如果各自的裝置與溫度敏感裝置布置到一起(例如如果部件彼此連接，布置在共同的殼體中等等)，則該方法是特別有利的。通常不得不將排出熱能的速度認(rèn)為是冷卻速度。特別地，這可以理解為熱通量(所述熱通量可以通過(guò)對(duì)流熱傳遞、導(dǎo)熱性和/熱輻射提供)。作為示例，通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉空氣導(dǎo)管、改變空氣風(fēng)扇的速度、改變流體泵的速度、抽吸流體通過(guò)冷卻系統(tǒng)等等，可以改變冷卻速度。當(dāng)然，可能的是熱量產(chǎn)生裝置的實(shí)際溫度和/或環(huán)境溫度(和/或其他的參數(shù))也對(duì)冷卻速度產(chǎn)生影響。溫度改變的速度所基于的溫度，可以基于熱量產(chǎn)生裝置的溫度的實(shí)際物理測(cè)量(例如，通過(guò)使用放置在熱量產(chǎn)生裝置上或熱量產(chǎn)生裝置附近的溫度測(cè)量裝置)，或例如模型化所述系統(tǒng)中的溫度改變并且因此基于其他的參數(shù)(諸如通過(guò)一個(gè)或更多裝置的電流、時(shí)間、一個(gè)或更多功率測(cè)量、環(huán)境溫度、冷卻速度等等)計(jì)算熱量產(chǎn)生裝置的溫度?？蛇x擇地或另外地，可以熱學(xué)地模型化熱量產(chǎn)生裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而根據(jù)在一點(diǎn)的溫度測(cè)量，可以計(jì)算關(guān)鍵界面的溫度改變速度。通常每單位時(shí)間熱量產(chǎn)生裝置的溫度改變的是指溫度改變的速度。為避免冷卻系統(tǒng)的波動(dòng)和/或不必要的循環(huán)，可以控制(測(cè)量的)溫度改變速度的反饋(例如通過(guò)提供在特定時(shí)間常數(shù)上的一些平均值)。然而，關(guān)于如何執(zhí)行所述控制的精確的方式根據(jù)需要是可選擇的，并且可以從現(xiàn)有技術(shù)中選擇?？梢砸愿鞣N方式選擇冷卻速度對(duì)于溫度的改變速度的依賴性。將在以下做出一些優(yōu)選的建議。此外，冷卻速度和溫度的改變速度之間的聯(lián)系也可能受到額外參數(shù)的影響，所述情況也將在下面得到進(jìn)一步解釋。如何實(shí)現(xiàn)冷卻速度和溫度的改變速度之間的聯(lián)系的方法也可以以實(shí)質(zhì)上任何方式進(jìn)行。特別地，電子電路可以用于其(包括模擬電路)。然而通常，如果數(shù)字計(jì)算單元被用于這個(gè)目的，則是優(yōu)選的。這不僅可以是計(jì)算機(jī)裝置，而且優(yōu)選地還是單板電子控制器。電子控制器可以根據(jù)希望僅用于所述冷卻方法，或可以接管額外的任務(wù)。目前所提出的方法的特殊的優(yōu)點(diǎn)是直接影響冷卻速度，并因此以期望的方式直接影響控制熱量產(chǎn)生裝置的溫度改變速度的可能性。特別地，可以使用用于