一种SVG热管散热器动态特性的测试平台及其应用方法与流程

本发明涉及svg热管散热器测试技术，具体涉及一种svg热管散热器动态特性的测试平台及其应用方法，用于快速确定被测试热管散热器的动态特性优劣。

背景技术：

目前大容量的svg采用水冷型散热方式，而水冷系统对于svg的正常运行来说具有安全隐患。故强迫风冷是较为理想的大容量svg的冷却方式。在强迫风冷系统中，热管散热器是其散热系统中的核心部分。该方式散热效率高，可靠性好，对svg正常的运行较为安全。而对于大功率svg来说，突然的故障或者负载的突变极易导致其功率模块的发热量瞬间上升，能否及时地把svg中急剧上升的热量发散出去，对于热管散热器来说，对其动态性能提出了要求。因此热管散热器的动态性能对于对大容量svg热管散热器来说是重要的指标。但是，目前的热管散热器的性能测试平台中，大多数都是关注热管散热器的稳态性能，对于热管散热器的动态性能并未重点关注。

国内、外少数高校和科研单位对对热管动态性能的测试平台进行了部分研究，目前以风道、风洞、可调风机和测量模块组成了热管性能的测试平台为主，但该试验平台存在以下缺陷：1）因为当下主流的衡量热管性能的两个指标是热管在稳定受热时各管的温度差异和热管在稳定受热后的温升，所以上述测试平台均是针对测试热管散热器的静态性能，无法测试热管散热器面对突然升高的热量时的响应速度；2）模拟突然故障时，若是用手动连续调节热源发热量，难以实现发热量突变，从而无法模拟突然故障情况；3）在实际应用中，svg面对负载突变或突然故障时，为了保护该器件，风机需要调整进风量，因此在测试时需要一个系统来联动控制进风量和发热量，并能把进风量和发热量显示出来，而目前的测试平台尚未加入类似控制装置。因此，针对大容量svg热管散热器的工作特点，需要一个精确模拟负载突变的、自动化的，可交互并且操作简单的衡量热管散热器测试设备及方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种svg热管散热器动态特性的测试平台及其应用方法，svg热管散热器动态特性的测试平台能够快速精确模拟突然故障货负载突变的工况，并在控制单元实时获取试验平台内的温度和风量参数；测试平台的应用方法能够模拟svg热管散热器的负载突变，自动获取svg热管散热器动态特性的各种曲线，包括单受控热源升温试验的第一试验温度t1的时间变化曲线，单受控风机加速试验的第一转速v1的时间变化曲线，受控热源、受控风机联动试验的试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线，能够鉴别svg热管散热器的优劣。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种svg热管散热器动态特性的测试平台，包括温控风道、风洞、控制单元和可控稳压源，所述温控风道、风洞相互密封连接，所述温控风道内设有第一测温模块和第二测温模块，且所述温控风道上位于放置待测热管散热器的区域处设有受控热源，所述待测热管散热器位于温控风道内且布置于第一测温模块和第二测温模块之间，所述风洞的进风口设有可控风机，所述风洞内设有整流板以及风量计量模块，所述第一测温模块、第二测温模块以及风量计量模块的输出端分别和控制单元的输入端相连，所述受控热源的控制端通过可控稳压源和控制单元的控制输出端相连，所述可控风机的控制端和控制单元的控制输出端相连。

优选地，所述温控风道上位于放置待测热管散热器的区域处为由三面金属板形成的剖面为口字形一侧带开口的结构，且一侧的开口处设有用于放置待测热管散热器的基板，所述受控热源的加热部件布置于基板的外侧。

优选地，所述受控热源和基板之间设有导热硅脂。

优选地，所述风量计量模块布置于整流板之间。

优选地，所述控制单元包括上位机、下位机、变频器和dc/dc控制器，所述下位机分别与上位机、变频器、dc/dc控制器相连，且所述变频器的输出端和可控风机的控制端相连，所述dc/dc控制器的输出端与可控稳压源的控制端相连。

优选地，所述控制单元还包括环境温度传感器，所述环境温度传感器的输出端与下位机相连。

另一方面，本发明还提供一种本发明前述svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法，实施步骤包括：

1）控制单元预先控制可控稳压源输出初始电压u0至受控热源，使得受控热源在初始电压u0对应的输出功率对被测试的svg热管散热器进行加热，控制单元通过第二测温模块检测对被测试的svg热管散热器的加热温度且在温度稳定后记录初始温度t0；在需要进行突变试验时跳转执行步骤2）；

2）控制单元通过pi调节器增加可控稳压源的输出电压直至可控稳压源的输出电压达到预设的突变试验电压u1，记录第二测温模块在试验过程的第一试验温度t1，生成第一试验温度t1的时间变化曲线并输出且跳转执行步骤3）；

3）控制单元检测可控风机的转速，得到可控风机的初始转速为v0，保持可控稳压源的输出电压为突变试验电压u1不变，控制单元通过pi调节器增加可控风机的转速直至第二测温模块输出的温度等于初始温度t0，记录可控风机在试验过程的第一转速v1，生成第一转速v1的时间变化曲线并输出；

4）控制单元以第二测温模块输出的温度等于初始温度t0为目标，通过pi调节器增加可控风机的转速、且同时通过pi调节器降低可控稳压源的输出电压直至可控风机的转速恢复至初始转速v0、且可控稳压源的输出电压下降至初始电压u0，记录可控稳压源在试验过程中的试验实测电压u2以及可控风机在试验过程的第二转速v2，生成试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线并输出。

本发明svg热管散热器动态特性的测试平台具有下述优点：本发明包括温控风道、风洞、控制单元和可控稳压源，温控风道、风洞相互密封连接，温控风道内设有第一测温模块和第二测温模块，且温控风道上位于放置待测热管散热器的区域处设有受控热源，待测热管散热器位于温控风道内且布置于第一测温模块和第二测温模块之间，风洞的进风口设有可控风机，风洞内设有整流板以及风量计量模块，第一测温模块、第二测温模块以及风量计量模块的输出端分别和控制单元的输入端相连，受控热源的控制端通过可控稳压源和控制单元的控制输出端相连，可控风机的控制端和控制单元的控制输出端相连，通过上述结构能够快速精确模拟突然故障货负载突变的工况，并在控制单元实时获取试验平台内的温度和风量参数以快速确定被测试热管散热器的动态特性优劣，具有结构简单、功能全面、可靠性高的优点。

本发明svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法具有下述优点：本发明svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法能够模拟svg热管散热器的负载突变，自动获取svg热管散热器动态特性的各种曲线，包括单受控热源升温试验的第一试验温度t1的时间变化曲线，单受控风机加速试验的第一转速v1的时间变化曲线，受控热源、受控风机联动试验的试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线，具有功能全面、可靠性高的优点，而且通过pi调节器调节可控风机的转速、且通过pi调节器调节可控稳压源的输出电压，从而确保可控风机、可控稳压源的超调量，能够对可控风机、可控稳压源起到良好的保护效果，确保可控风机、可控稳压源具有较长的使用寿命；通过本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法得到的单受控热源升温试验的第一试验温度t1的时间变化曲线，单受控风机加速试验的第一转速v1的时间变化曲线，受控热源、受控风机联动试验的试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线，能够快速有效地衡量在负载突变情况下待测热管散热器的动态性能优劣。

附图说明

图1为本发明实施例的框架结构示意图。

图2为本发明实施例的受控热源安装结构示意图。

图3为本发明实施例得到的曲线示意图。

图例说明：1、温控风道；11、第一测温模块；12、第二测温模块；13、受控热源；14、基板；2、风洞；20、可控风机；21、整流板；22、风量计量模块；3、控制单元；31、上位机；32、下位机；33、变频器；34、dc/dc控制器；35、环境温度传感器；4、可控稳压源。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的svg热管散热器动态特性的测试平台包括温控风道1、风洞2、控制单元3和可控稳压源4，温控风道1、风洞2相互密封连接，温控风道1内设有第一测温模块11和第二测温模块12，且温控风道1上位于放置待测热管散热器的区域处设有受控热源13，待测热管散热器位于温控风道1内且布置于第一测温模块11和第二测温模块12之间，风洞2的进风口设有可控风机20，风洞2内设有整流板21以及风量计量模块22，第一测温模块11、第二测温模块12以及风量计量模块22的输出端分别和控制单元3的输入端相连，受控热源13的控制端通过可控稳压源4和控制单元3的控制输出端相连，可控风机20的控制端和控制单元3的控制输出端相连。本实施例的svg热管散热器动态特性的测试平台能够实现受控热源13输出热量的阶跃变化，受控热源13的最大功率不低于6kw。本实施例的svg热管散热器动态特性的测试平台还能够根据所风量计量模块22测量得到的风量、温度闭环联动控制可控风机20的转速，可控风机20的转速可由实验人员通过上位机31调整。

如图2所示，温控风道1上位于放置待测热管散热器的区域处为由三面金属板形成的剖面为口字形一侧带开口的结构，且一侧的开口处设有用于放置待测热管散热器的基板14，受控热源13的加热部件布置于基板14的外侧。待测热管散热器放置于温控风道1中的放置待测热管散热器的区域，其基板14与受控热源13的发热部位贴合，为使发热部位的热量良好地传递到基板14上。本实施例中，受控热源13和基板14之间设有导热硅脂，为使发热部位的热量进一步地良好地传递到基板14上。

如图1所示，风量计量模块22布置于整流板21之间。本实施例中，整流板21有两组，两组之间相互平行地放置在风洞2中，风量计量模块22布置于两组整流板21之间。

如图1所示，控制单元3包括上位机31、下位机32、变频器33和dc/dc控制器34，下位机32分别与上位机31、变频器33、dc/dc控制器34相连，且变频器33的输出端和可控风机20的控制端相连，dc/dc控制器34的输出端与可控稳压源4的控制端相连。本实施例中，上位机31为基于windows系统的用户界面，与下位机32进行通讯。下位机32由单片机为主体，分别连接变频器33和dc/dc控制器34。第一测温模块11和第二测温模块12为热电偶，第一测温模块11和第二测温模块12测得的温度将反馈至控制单元3中的下位机32中，可控风机20的转速由变频器33控制，变频器33的输出频率由下位机32控制，风量测量模块22所测得的数据将反馈给下位机32。本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台具有两种模式：（1）联动调节模式；（2）独立调节模式，试验人员可在上位机31的界面中选择这两种模式单种或联合执行。

如图1所示，控制单元3还包括环境温度传感器35，环境温度传感器35的输出端与下位机32相连，用于检测环境温度并通过上位机31显示输出作为实验参考。

本实施例中，可控稳压源4由斩波电路结构构成，输出电压为0~500v，输出电流为0~120a，其占空比由dc/dc控制器34控制。

作为联动调节模式、独立调节模式两种模式单种或联合执行的实例，本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法的实施步骤包括：

1）控制单元3预先控制可控稳压源4输出初始电压u0至受控热源13，使得受控热源13在初始电压u0对应的输出功率对被测试的svg热管散热器进行加热，控制单元3通过第二测温模块12检测对被测试的svg热管散热器的加热温度且在温度稳定后记录初始温度t0；在需要进行突变试验时跳转执行步骤2）；

2）控制单元3通过pi调节器增加可控稳压源4的输出电压直至可控稳压源4的输出电压达到预设的突变试验电压u1，记录第二测温模块12在试验过程的第一试验温度t1，生成第一试验温度t1的时间变化曲线并输出且跳转执行步骤3）；

3）控制单元3检测可控风机20的转速，得到可控风机20的初始转速为v0，保持可控稳压源4的输出电压为突变试验电压u1不变，控制单元3通过pi调节器增加可控风机20的转速直至第二测温模块12输出的温度等于初始温度t0，记录可控风机20在试验过程的第一转速v1，生成第一转速v1的时间变化曲线并输出；

4）控制单元3以第二测温模块12输出的温度等于初始温度t0为目标，通过pi调节器增加可控风机20的转速、且同时通过pi调节器降低可控稳压源4的输出电压直至可控风机20的转速恢复至初始转速v0、且可控稳压源4的输出电压下降至初始电压u0，记录可控稳压源4在试验过程中的试验实测电压u2以及可控风机20在试验过程的第二转速v2，生成试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线并输出。

本实施例得到的曲线如图3所示，其中x轴均为时间t，y轴的t为第二测温模块12检测到的温度，u为可控稳压源4输出的电压，v为可控风机20的转速。参见图3可知，本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法步骤2）～4）的实验步骤设计延续性好，能够有效提高试验的效率，节约试验的能耗。

本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法能够模拟svg热管散热器的负载突变，自动获取svg热管散热器动态特性的各种曲线，包括单受控热源升温试验的第一试验温度t1的时间变化曲线，单受控风机加速试验的第一转速v1的时间变化曲线，受控热源、受控风机联动试验的试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线，同样具有功能全面、可靠性高的优点，而且通过pi调节器调节可控风机20的转速、且通过pi调节器调节可控稳压源4的输出电压，从而确保可控风机20、可控稳压源4的超调量，能够对可控风机20、可控稳压源4起到良好的保护效果，确保可控风机20、可控稳压源4具有较长的使用寿命。通过本实施例svg热管散热器动态特性的测试平台的应用方法得到的单受控热源升温试验的第一试验温度t1的时间变化曲线，单受控风机加速试验的第一转速v1的时间变化曲线，受控热源、受控风机联动试验的试验实测电压u2以及第二转速v2两者的时间变化曲线，能够快速有效地衡量在负载突变情况下待测热管散热器的动态性能优劣。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。