[发明专利]用于与温度相关的电气装置的增强对流冷却的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于与温度相关的功率装置的增强对流冷却的系统和方法。冷却系统包括主动冷却装置和控制器，该控制器生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以选择性地起动该装置。控制器从关于冷却装置功率消耗和功率设备的所测量的运行参数的传感器接收输入——包括该装置是功率产生装置的情况下的功率装置输出功率或该装置是功率消耗装置的情况下的功率装置输入功率。控制器基于冷却装置功率消耗和所测量的功率装置输入或输出功率而生成驱动信号并将该驱动信号传输至冷却装置，以便使主动冷却装置选择性地对产热功率装置进行冷却。能够通过对冷却装置所提供的对流冷却量进行控制而使净系统功率输出或总系统功率输入最大化/最小化。

背景技术

本发明的实施例通常涉及与温度相关的功率产生和功率消耗装置，更具体地，涉及用于给这样的装置提供受控制的冷却以使功率输出最大化或使这样的装置所导致的功率消耗最小化的系统和方法。

众所周知，某些与温度相关的功率产生和功率消耗电气装置的有效的冷却是关于这样的装置的操作和性能的基本构成要素，因为有效的冷却能够延长这样的装置的寿命并能够导致这样的装置的性能效率增加。例如，关于这样的与温度相关的电气装置的操作，装置的适当的冷却能够使功率产生装置的功率输出最大化或使功率消耗装置的功率消耗最小化。

能够通过适当的温度控制而使性能最大化的与温度相关的功率产生装置的一个示例是太阳能光伏(PV)面板。PV面板是将光子形式的能量转换成电子形式的电的基于半导体的能量转换装置。已知，太阳能PV面板的性能随着升高的温度而降低，并且，太阳能PV面板的效率是面板温度的线性函数——即，转换成DC电的被PV面板吸收的太阳辐射的量与温度相关，转换成DC电的小部分辐射是PV面板的效率。PV面板的与温度相关的效率可能成问题——因为典型的太阳能PV面板处于对将入射太阳辐射转换成电的10-20％的效率量级，未转换成电的被太阳能PV面板吸收的剩余的能量作用于对装置加热。因而，必须从PV面板排除该能量，以便维持期望的效率，因为否则该能量将残存于设备中，从而导致温度的升高。

能够通过适当的温度控制来使性能最大化的与温度相关的功率消耗装置的一个示例是在电信设备中所采用的集成电路(IC)或处理装置。在这样的装置中，认识到，装置的散热和温度控制与功率消耗以及装置的可靠性高度相关。作为一个示例，已知基于CMOS的FPGA(一般地用于电信设备中)中的泄漏电流随着温度而增大，因为在泄漏功率与温度之间存在正反馈环。

在解决与温度相关的功率产生和功率消耗装置中的温度控制的问题时，能够采用冷却系统来给利用被动冷却或主动冷却的装置提供冷却。利用被动冷却方式的现有技术的冷却系统先前使用附接至装置的自然对流冷却式热沉(例如，PV面板的背面的热沉)。然而，虽然这样的被动对流冷却可以提供对装置的运行温度的某些控制，但这些被动冷却系统关于它们能够提供的冷却的水平而受限制，因而还固有地限制与温度相关的功率产生和/或功率消耗装置的性能。先前使用利用主动冷却方式的现有技术的冷却系统，例如，诸如提供强制空气对流的风扇或使诸如水或水基流体的液体循环以从电气装置排热的主动液体冷却装置的机构。然而，现有的主动冷却方式可能成本高，倾向于(由于可能出故障/磨损的旋转部件、轴承或润滑脂而导致)故障或本身消耗相当大量的功率——以致于使主动冷却装置的好处最小化。

因此，存在对用于给与温度相关的功率产生和功率消耗装置提供冷却的经简化的系统和方法的需要，该系统和方法提供受控制的冷却，以使功率输出最大化或使这样的设备所导致的功率消耗最小化。还将对这样的系统和方法期望以有效的方式提供这样的冷却，该冷却系统消耗少量功率并防故障，以便提供便宜且可靠的冷却。

发明内容