CN113740757A - 一种金属全密封电源模块浸没式老炼***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电源模块老炼领域的一种金属全密封电源模块浸没式老炼***及方法，包括储存有氟化液的老炼箱体、恒温箱体、高温罐体以及低温罐体，多个电源模块设置在老炼箱体中并分为多组，每组的输入端分别与共同连接一个程控电源，输出端分别与程控电子负载连接；高温罐体、低温罐体通过管道连接到电源模块处，并在管道上安装有电动阀门；电源模块的壳温以及恒温箱体、老炼箱体内的氟化液分别通过温度传感器检测。本发明提高了老炼***的热容量，实现大批量电源模块的老炼，提升老炼效率，还可减小不同电源模块个体之间的温度差异，实现较好的温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及电源模块老炼领域，具体是一种金属全密封电源模块浸没式老炼***及方法。
背景技术
金属全密封外壳电源模块广泛应用于航天、航天、船舶、兵器等高可靠领域，电源模块作为整机***供电单元的核心器件，其质量与可靠性直接整机***的安全运行。为保证元器件质量与可靠性，必须进行可靠性筛选考核。老炼试验常用来剔除早期失效产品，在一定的环境温度下给元器件长时间连续施加电应力，通过电-热应力的综合作用来加速元器件内部的物理、化学反应过程，使其尽早进入“浴盆曲线”的偶然失效期，及早暴露元器件内部潜在缺陷，从而剔除早期失效品。
电源模块老炼试验的关键难点是如何实现产品壳温的控制，防止产品过温烧毁。随着电源模块功率密度逐步提升，模块的散热问题日益凸显。现有风冷、液冷、压缩机制冷等散热方式的箱体热容量有限。有限的热容量会带来两个问题，一是降低箱体内电源模块的老炼数量，这样势必会占用更多的试验场地与试验资源；二是产品自身热量存在不能及时传导出去的问题，增加良品损坏风险；三是无法实现电源模块壳体温度的精确控制。
浸没式液冷技术在数据中心、超级计算等高能耗领域的散热处理中得到逐步应用，在相关领域的浸没式液冷散热中，仅需考虑如何将高耗能部件的热量带走，相对于氟化液的热容量来说，整体的能量密度并不高，因此其氟化液的沸点不高，也不需要对氟化液的温度进行精确控制。在电源模块的浸没式老炼中，一是大批量的电源模块同时老炼需要处理的热量巨大，二是老炼试验对电源模块壳体温度控制提出了要求，一般为125℃±3℃。在处理大量散热热量的同时，如何控制氟化液的温度以及精确控制电源模块的壳体温度都是必须要考虑的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属全密封电源模块浸没式老炼***及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种金属全密封电源模块浸没式老炼方法，包括以下步骤：
S100：提供老炼箱体、恒温箱体、高温罐体及低温罐体，n个电源模块设置在老炼箱体中，其输入端共同与程控电源连接，其输出端分别与程控电子负载连接，使电源模块处于工作状态，老炼箱体与恒温箱体内部的氟化液循环交换；
S200：获取n个电源模块的壳温，预设目标温度，设置目标温度区间[Ta,Tb]，统计壳温小于Ta、处于目标温度区间以及大于Tb的占比D1、D2、D3，并判断占比D1、D2、D3的大小；
S300：若D2＝D3＝0，则根据电源模块的壳温与Ta的差值大小控制恒温箱体内的氟化液温度以及恒温箱体与老炼箱体的氟化液交换速度；
若D1＞D2＞0，则恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，将高温罐体内的氟化液引流到D1对应的电源模块处进行温度补偿；
若D2＞D3＞0，则恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，切断D3对应的电源模块对应的程控电子负载，并将低温罐体内的氟化液引流到D3对应的电源模块；
若D3＞D2＞0，则恒温箱体降低内部的氟化液温度，并加快与老炼箱体中的氟化液的交换速度；
S400：重复执行S200、S300，直至所有电源模块的壳温稳定保持在目标温度区间。
在一些实施例中，当D2＝D3＝0时，S300包括：
S310：预设温度阈值，判断各电源模块的壳温与Ta的差值是否大于温度阈值，统计差值大于、不大于温度阈值的占比D4、D5，并判断占比D4、D5的大小；
S320：若D4＞D5，则恒温箱体持续加热内部的氟化液温度到预设值，并加快与老炼箱体内部的氟化液的交换速度；若D4≤D5，则恒温箱体间断性加热内部的氟化液温度。
一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，包括储存有氟化液的老炼箱体、恒温箱体、高温罐体以及低温罐体，老炼箱体、恒温箱体之间通过循环泵实现氟化液的交换；多个电源模块设置在老炼箱体中并分为多组，每组的输入端分别与共同连接一个程控电源，输出端分别与程控电子负载连接；高温罐体、低温罐体通过管道连接到电源模块处，并在所述管道上安装有电动阀门；电源模块的壳温以及恒温箱体、老炼箱体内的氟化液分别通过温度传感器检测，所述恒温箱体内还设有温度控制器，温度传感器、温度控制器、电动阀门以及循环泵均与主控计算机连接。
在一些实施例中，所述老炼箱体内设有老炼工装固定架，老炼工装夹具可拆卸固定在老炼工装固定架上，老炼工装夹具具有多个用于对应安装电源模块的老炼工位。
在一些实施例中，所述程控电源及程控电子负载设置在所述恒温箱体之外。
在一些实施例中，所述老炼箱体的外侧设置有保温隔热层。
有益效果：将电源模块置于氟化液中进行老炼，利用氟化液吸收电源模块老炼过程中的产生的热量，通过对氟化液温度的控制实现对电源模块老炼壳温的控制。相较于传统的风冷散热老炼、压缩机制冷散热老炼等方式，本发明一方面提高了老炼***的热容量，可承受更多电源模块老炼时的耗散功率，实现大批量电源模块的老炼，提升老炼效率；另一方面，可减小不同电源模块个体之间的温度差异，实现较好的温度均匀性。
附图说明
图1是本发明的浸没式老炼***框图；
图2是本发明的电源模块加电工作示意图；
图3为本发明的老炼实施步骤图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
参见图1-2，一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，包括主控计算机、老炼箱体、恒温箱体、低温罐体、高温罐体、电源模块、功率回路、数据采集与安全保护电路、温度控制器。
主控计算机是该***核心控制单元，通过GPIB、LAN、USB、RS-232、RS-485等通信方式与其它各部分相连。老炼箱体中配备有一定数量的老炼工装固定架，老炼试验时在老炼工装固定架上安装老炼工装夹具，老炼工装夹具具有至少一个对应电源模块的老炼工位，老炼工位上设有与程控电源、电子负载对应的功率线路，并设有数据采集、安全保护等电路。
参见图2，电源模块至少设有一个，对应安装在老炼工位上。每个电源模块上都具有至少一路输入及至少一路输出，其中输入端共同与程控电源连接，输出端分别与电子负载连接。电源模块分为多组，程控电源设有至少一个，每个程控电源对应用于对一组电源模块供电，电子负载用于为电源模块输出端提供负载。程控电源、电源模块、电子负载、老炼夹具上的功率线路共同构成功率回路。
***设置有数据采集与安全保护电路，数据采集电路用于采集电源模块的输入、输出电压、电流信息以及温度传感器数据；电源模块还通过安全保护电路进行过压、过流、超温保护。数据采集电路、安全保护电路均与主控计算机相连，受主控计算机控制。
老炼箱体与恒温箱体中都储存有氟化液，通过循环泵与管道连接实现氟化液之间的交换。老炼时电源模块设置在老炼箱体中，老炼箱体为电源模块提供氟化液老炼环境。氟化液为绝缘阻燃液体，具有良好的介电特性，热传导性好，沸点温度可选，因此极适合作为电源模块的散热介质。为了维持更好的温度控制效果，老炼箱体的外侧设置有保温隔热层。
恒温箱体中设置有温度控制器，温度控制器可对恒温箱体、低温罐体、高温罐体内的氟化液温度进行控制。低温罐体与高温罐体内的氟化液用于老炼箱体局部区域的温度调节，具体地，低温罐体与高温罐体通过管道连接到电源模块处，管道上安装电动阀门。恒温箱体与老炼箱体均通过温度传感器检测氟化液温度，还通过温度传感器监测电源模块的壳温，温度传感器、温度控制器、循环泵、电动阀门均与主控计算机相连，受主控计算机控制，主控计算机通过温度数据分析对温度控制器与循环泵的转速进行控制来调节氟化液的温度，进而实现电源模块壳温的控制。
实施例，以某型电源模块老炼为例，单个模块耗散功率设为30W，电源模块壳温的目标温度T0设定为125℃±3℃，则目标温度区间[Ta,Tb]中，Ta＝122℃，Tb＝128℃，选择氟化液沸点在150℃左右。如图3所示，电源模块的老炼方法如下：
S100：老炼试验开始前，将n个电源模块放置在对应的老炼工位上，再将老炼工装夹具放置于老炼箱体内的老炼工装固定架上；将程控电源、程控电子负载设置在恒温箱体外，使电源模块、老炼工装、电源模块、程控电源、电子负载、温度传感器之间具备可靠的电连接。开启程控电源和程控电子负载，使电源模块处于正常工作状态。
S200：获取各电源模块的壳温T1～Tn，分别比较壳温T1～Tn是否在目标温度区间内，统计壳温小于Ta、处于目标温度区间以及大于Tb的占比D1、D2、D3，并判断占比D1、D2、D3的大小。
S300：在初始工作状态中，因为氟化液的比热容高，在氟化液环境下老炼，仅仅依靠电源模块工作时的耗散功率，壳体温度上升过程将异常缓慢。因此可以测得全部电源模块的壳温均小于目标温度T0，处于目标温度区间之外，也即D2＝D3＝0，此时根据电源模块的壳温与Ta的差值大小控制恒温箱体内的氟化液温度以及恒温箱体与老炼箱体的氟化液交换速度。
具体地，此情况下，S300包括以下处理方法：
S310：预设温度阈值，该温度阈值需与目标温度125℃相近，本实施例中可选为12℃，然后判断各电源模块的壳温与Ta的差值是否大于温度阈值。也就是说，如果壳温在区间[110,122]的范围内，则壳温与Ta的差值小于温度阈值，如果低于110℃，则与目标温度Ta的差值大于温度阈值。统计差值大于、不大于温度阈值的占比D4、D5，并判断占比D4、D5的大小。
S320：若D4＞D5，表明大部分电源模块的壳温依然较低，为了加快老炼进程，有必要对氟化液进行加热。预设恒温箱体氟化液温度为60℃，温度控制器对恒温箱体内的氟化液进行加热，使其加热到60℃，并开启循环泵加强恒温箱体与老炼箱体之间的氟化液流动，通过氟化液的快速流动，带动老炼箱体内氟化液的温度上升，进而提高电源模块的壳温。
电源模块的高功率密度带来的快速温升、氟化液温度的快速上升共同作用导致电源模块的壳体温度快速上升。重复执行S200、S300，此时若测得D2＝D3＝0，但D4≤D5，表明大部分的电源模块的壳温已经快速接近目标温度，为了防止壳温超过目标温度导致电源模块过热，温度控制器进入断续加热工作模式，间断性地加热恒温箱体内部的氟化液温度。由于电源模块仍在工作，较大的耗散功率使得电源模块壳温依然会上升。
重复执行S200，当壳温相对稳定时，工控机依据电源模块总体的壳温情况来判定是否对氟化液温度进行调节，重新执行S300，存在以下几种情形：
若D2＝D3＝0，若如上所述执行S310-S320，不再赘述。
若D1＞D2＞0，表明壳温低于目标温度的电源模块占多数，此时少数的电源模块的壳温达到了目标温度并保持稳定，由于电源模块处于同一恒温箱体中，壳温之间的差距不会相差过大，因此电源模块的壳温超过目标温度区间的占比D3＝0。此时恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，维持壳温稳定在目标温度区间内的电源模块的正常工作，主控计算机再打开高温罐体与对应电源模块之间的管道上的电动阀门，将高温罐体内的氟化液引流到D1对应的电源模块处进行温度补偿。
若D2＞D3＞0，表明恒温箱体内大部分电源模块的壳温能够稳定保持在目标温度区间，但存在部分电源模块的壳温超过目标温度区间，D1＝0。此时恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，一方面切断D3对应的电源模块对应的程控电子负载，以降低功耗，使壳温下降，另一方面主控计算机再打开低温罐体与对应电源模块之间的管道上的电动阀门，并将低温罐体内的氟化液引流到D3对应的电源模块进行降温，当壳温恢复到目标温度区间之后再重新加载程控电子负载。
若D3＞D2＞0，则表明大部分电源模块的壳温超过目标温度空间，需要通过低温罐体内的氟化液进行温度补偿，此时恒温箱体降低内部的氟化液温度，并加快与老炼箱体中的氟化液的交换速度，进而降低老炼箱体中氟化液的温度，对电源模块进行降温。
S400：重复执行S200-S300，直至所有电源模块的壳温均稳定保持在目标温度区间。
采用上述老炼***及老炼方法，本发明提高了老炼***的热容量，可承受更多电源模块老炼时的耗散功率，实现大批量电源模块的老炼，提升了老炼效率，另一方面，采用高温罐体、低温罐体针对局部的电源模块的壳温进行温度控制，可减小不同电源模块个体之间的温度差异，实现精确的温度控制。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种金属全密封电源模块浸没式老炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：提供老炼箱体、恒温箱体、高温罐体及低温罐体，n个电源模块设置在老炼箱体中，其输入端共同与程控电源连接，其输出端分别与程控电子负载连接，使电源模块处于工作状态，老炼箱体与恒温箱体内部的氟化液循环交换；
S200：获取n个电源模块的壳温，预设目标温度，设置目标温度区间[Ta,Tb]，统计壳温小于Ta、处于目标温度区间以及大于Tb的占比D1、D2、D3，并判断占比D1、D2、D3的大小；
S300：若D2＝D3＝0，则根据电源模块的壳温与Ta的差值大小控制恒温箱体内的氟化液温度以及恒温箱体与老炼箱体的氟化液交换速度；
若D1＞D2＞0，则恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，将高温罐体内的氟化液引流到D1对应的电源模块处进行温度补偿；
若D2＞D3＞0，则恒温箱体保持内部氟化液的当前温度不变，切断D3对应的电源模块对应的程控电子负载，并将低温罐体内的氟化液引流到D3对应的电源模块；
若D3＞D2＞0，则恒温箱体降低内部的氟化液温度，并加快与老炼箱体中的氟化液的交换速度；
S400：重复执行S200、S300，直至所有电源模块的壳温稳定保持在目标温度区间。
2.根据权利要求1所述的一种金属全密封电源模块浸没式老炼方法，其特征在于，当D2＝D3＝0时，S300包括：
S310：预设温度阈值，判断各电源模块的壳温与Ta的差值是否大于温度阈值，统计差值大于、不大于温度阈值的占比D4、D5，并判断占比D4、D5的大小；
S320：若D4＞D5，则恒温箱体持续加热内部的氟化液温度到预设值，并加快与老炼箱体内部的氟化液的交换速度；若D4≤D5，则恒温箱体间断性加热内部的氟化液温度。
3.一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，其特征在于，包括储存有氟化液的老炼箱体、恒温箱体、高温罐体以及低温罐体，老炼箱体、恒温箱体之间通过循环泵实现氟化液的交换；多个电源模块设置在老炼箱体中并分为多组，每组的输入端分别与共同连接一个程控电源，输出端分别与程控电子负载连接；高温罐体、低温罐体通过管道连接到电源模块处，并在所述管道上安装有电动阀门；电源模块的壳温以及恒温箱体、老炼箱体内的氟化液分别通过温度传感器检测，所述恒温箱体内还设有温度控制器，温度传感器、温度控制器、电动阀门以及循环泵均与主控计算机连接。
4.根据权利要求3所述的一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，其特征在于，所述老炼箱体内设有老炼工装固定架，老炼工装夹具可拆卸固定在老炼工装固定架上，老炼工装夹具具有多个用于对应安装电源模块的老炼工位。
5.根据权利要求3所述的一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，其特征在于，所述程控电源及程控电子负载设置在所述恒温箱体之外。
6.根据权利要求3所述的一种金属全密封电源模块浸没式老炼***，其特征在于，所述老炼箱体的外侧设置有保温隔热层。
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