CN101944834B - 大功率模块电源及其散热结构以及大功率模块电源*** - Google Patents

大功率模块电源及其散热结构以及大功率模块电源*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率模块电源及其散热结构。该大功率模块电源包括壳体、电路板、电气输入连接器、电气输出连接器以及散热结构,所述壳体内设有收容空间,用于***述电路板;该电路板经设于该壳体上的电气输入连接器、电气输出连接器与外部设备相连接;所述散热结构包括一体成形于所述壳体内供冷却液流经的液冷通道,以及设于所述壳体上分别与所述液冷通道两端密封连接的进端口连接件、出端口连接件。本发明能够显著节省安装空间,便于加工和维护,且具有很好的散热效果。

Description

大功率模块电源及其散热结构以及大功率模块电源***
技术领域
本发明涉及电源领域,更具体地说,涉及一种大功率模块电源及其散热结构。 
背景技术
模块电源是一种把电源功能零部件化、可以直接贴装或通过接插件安装在印刷电路板上的电源功能组件,用以为各种电子设备中的各类负载供电,可以大大简化电子应用***的电源设计。由于模块电源具有效率高、体积小,使用方便灵活,性能稳定、可靠等优点,已成为各行各业,特别是高端电子产品不可或缺的电源供电方案。 
随着电子工业各应用领域的产品在技术和工艺上的不断进步,对电源性能指标也不断提出更高的要求。比如,模块电源必须提供更高的功率密度,以适应更为紧凑的安装空间。为满足这些苛刻的应用条件,模块电源除了应该具有很高的转换效率外,还必须具备良好的热传导和散热设计。特别是对于大功率模块电源(输出功率>1000W),散热设计显得尤为重要,只有良好的热传导和散热效果才能够保证其稳定、可靠地工作。 
现有的模块电源通常是用导热材料将其内部发热器件产生的热量传递到它的外壳,再通过外部安置的散热器,例如,具有某种形状的铝材质的散热板,来实现散热。有时还必须附加风扇,采取强制风冷的办法来进一步改善散热效果。然而,这种常规的散热措施不仅占用较大的安装空间,其散热效果并不一定能满足应用***的要求。 
对于大功率模块电源(输出功率>1000W),采用管道式载热流体冷却(即液冷)的散热方式是一种比较有效的散热方式。液冷散热需要在模块电源内部或外部布置载热流体管道,这种采用分立式管道的工艺结构难免会导致散热管 道和相应的端口部件挤占较多的安装空间,不但模块电源的体积变大,且管道的布局、整形、焊接、装配施工工艺要求很高,相应的维护工作也比较复杂,防漏难度也很大,这些问题在需要由多个大功率模块电源构成的供电***中更为突出。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种能够显著减小尺寸、节省安装空间、便于加工实施和维护且散热效率高的大功率模块电源及其散热结构。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种大功率模块电源,其包括壳体、电路板、电气输入连接器、电气输出连接器以及散热结构,所述壳体中设有收容空间,用于***述电路板;该电路板经设于该壳体上的电气输入连接器、电气输出连接器与外部设备相连接;所述散热结构包括一体成形于所述壳体内供冷却液流经的液冷通道,以及设于所述壳体上分别与所述液冷通道两端密封连接的进端口连接件、出端口连接件。 
所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内。 
所述电路板置于所述壳体底部内表面上,所述液冷通道设置于所述壳体底部内。 
所述液冷通道的走向布置与所述电路板上发热器件所产生的热源分布相对应。 
所述液冷通道各处的截面积分别与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应。 
所述进端口连接件和所述出端口连接件设于所述壳体的相同或不同侧面上。 
所述壳体上还设有用于将该模块电源定位于一外部冷却液循环***上的定位件。 
所述定位件为分别位于所述进端口连接件和所述出端口连接件两侧的定位销式定位柱。 
本发明还提供一种大功率模块电源的散热结构,其包括一体成形于该大功率模块电源壳体内的液冷通道以及设于所述壳体上的进端口连接件、出端口连接件,该进端口连接件和出端口连接件分别与所述液冷通道两端密封连接,冷却液从所述进端口连接件流入,经所述液冷通道,由所述出端口连接件流出。 
所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内;所述液冷通道的走向布置与设置于所述壳体中的电路板上发热器件所产生的热源分布相对应;所述液冷通道各处的截面积分别与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应;所述进端口连接件和所述出端口连接件设于所述壳体的相同或不同侧面上。 
本发明还提供一种大功率模块电源***,其包括多个大功率模块电源和机架。其中,各大功率模块电源的散热结构包括一体成形于该模块电源壳体内的液冷通道,以及设于该壳体上分别与所述液冷通道两端密封连接的进端口连接件、出端口连接件;所述机架包括外壳,该外壳内设有彼此分隔开的注入汇流腔体和流出汇流腔体,该外壳上设有一注入端口和一流出端口以及分别与多个大功率模块电源对应连接的多个配合结构;各配合结构包括第一通孔和第二通孔;所述注入汇流腔体与各所述第一通孔经管道连通,各第一通孔分别与对应大功率模块电源的散热结构的进端口连接件密封连接,所述流出汇流腔体和各所述第二通孔经管道连通,各第二通孔分别与对应大功率模块电源的散热结构的出端口连接件密封连接。 
所述注入端口和所述流出端口分别设置于所述机架相对两侧面上,所述多个配合结构平行设于与所述相对两侧面相邻的一侧面上,所述多个大功率模块电源与所述多个配合结构所在侧面垂直地与该多个配合结构配合连接。 
各模块电源壳体上设有定位件,各配合结构设有与相应定位件配合的定位结构。 
所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内;所述液冷通道的走向布置与设置于所述壳体中的电路板上发热器件所产生的热源分布相对应;所述液冷通道各处的截面积与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应。 
本发明的大功率模块电源通过将冷却液循环所需的液冷通道直接一体成形于该模块电源壳体内,极为有效地减小热传导的热阻,只需很小空间就能够有效地对电路板进行冷却,因此,可以显著减小散热结构所需要的安装空间并大大缩小模块电源的体积。由于所述液冷通道可通过铸造或机加工方式一体成形于壳体内,加工工艺实施方便,加工精度高,有效克服或避免了现有实施工艺需对管道进行整形、焊接装配等操作难点。此外,本发明采用一体成形于模块电源壳体内的液冷通道实现冷却液循环,防漏性能良好,且特别适用于复杂热源分布的大功率模块电源。此外,该液冷通道可根据电路板上发热器件所产生的热源分布状况进行走向设计,根据电路板上发热器件发热量不同,规划热平衡要求所需的各处截面积,能够大大提高散热效率,保证散热均匀。 
本发明还可将多个大功率模块电源组合成一个大功率电源应用***为大功率用电设备供电。按照上述结构,可方便地将各大功率模块电源散热结构中的液冷通道进行连接,经一共同管道与外部冷却液循环***实现冷却液循环冷却,具有散热结构简单、所需安装空间小、易于安装和维护的优点,并大大提高了散热效率。 
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。 
附图说明
图1是本发明第一实施例的剖面示意图。 
图2是沿图1中A-A向的剖面示意图。 
图3是本发明第一实施例局部剖视的正面示意图。 
图4是本发明第二实施例的结构示意图。 
具体实施方式
如图1-3所示,为本发明第一实施例的大功率模块电源(输出功率>1000W)。该大功率模块电源1包括壳体10、电路板20、电气输入连接器和电气输出连接器50以及散热结构。其中,壳体10中设有收容空间,用于收容电路板20;且该壳体10的底部12具有一定厚度,可用于布置液冷通道。电路板 20收容于壳体10收容空间内,置于壳体10的底部12内表面上,经设于壳体10侧面的电气输入连接器、电气输出连接器50与外部设备相连接,以达到对负载供配电的目的。散热结构包括形成于壳体10内的液冷通道31以及设于壳体10上的进端口连接件32、出端口连接件33。 
如图2、3所示,液冷通道31一体成形于壳体10底部12的内部,其可以通过铸造或机加工等方式成形,用于作为模块电源1内部冷却液循环所需管道。该液冷通道31两端与设于壳体10侧面的进端口连接件32和出端口连接件33密封连接,从而可经该两端口连接件32、33连接至设于模块电源1外部的冷却液循环***(图未示),以实现冷却液循环。具体而言,来自外部冷却液循环***的冷却液由进端口连接件32进入液冷通道31,流经液冷通道31后,由出端口连接件33流出,形成模块电源1内部冷却液循环,对放置于壳体10底部12上的电路板20进行冷却。 
为了更好地降低热传导的热阻,壳体10底部12内表面的几何形状可配合电路板上元器件安装面加工成凹凸状,以便更有效地与电路板20进行热交换,达到冷却电路板20的目的。液冷通道31的走向布置,即冷却液的循环走向设置可与电路板上发热器件所产生的热源分布相应,以便冷却液在流动路径上以很低的热传导热阻带走对应电路板上发热器件所产生的热量。当然,该液冷通道31也可针对整个电路板的热源分布设置成具有某种规则或更复杂的走向布局。例如连续的S形,以增加热交换面积而进一步改善散热效果。液冷通道31各处的截面积可以相同或者不同,以适应电路板20上发热器件发热量的不同所需的热平衡要求不同。在本实施例中,液冷通道31设于壳体10底部12内,除此之外,液冷通道31也可根据电路板20在壳体10内的安装部位不同,一体成形于壳体10其他部位内部,例如顶部、侧部、突起中部等的内部。 
进端口连接件32、出端口连接件33与液冷通道31密封连接(例如,可以通过添加密封圈实现密封连接)。在本实施例中,该进端口连接件32和出端口连接件33设于壳体10同一侧面。在其他实施例中,也可根据液冷通道31的不同布置,将进端口连接件32和出端口连接件33设于壳体10的不同侧面。 
该壳体10上还设有定位件,用于在将模块电源1连接至外部冷却液循环系 统时将该模块电源1定位。在本实施例中,该定位件为设于壳体10上进端口连接件32和出端口连接件33两侧的两个定位销式定位柱34,此时,外部冷却液循环***上可对应设置两定位孔,用于与定位销式定位柱34配合以将模块电源1定位于外部冷却液循环***。该定位销式定位柱34并不限于设置于进端口连接件32和出端口连接件33两侧,亦可设置于壳体10上其他位置处,例如进端口连接件32和出端口连接件33同一侧、壳体10其他面上等,当然,除此之外,定位件也可采用其他方式或者结构实现,例如突伸于壳体10上的挂耳或设于壳体10上的凹槽或孔等,只要可与外部冷却液循环***对应配合将模块电源1定位即可。 
该大功率模块电源工作时,来自外部冷却液循环***的冷却液从进端口连接件32进入液冷通道31,在液冷通路31中流动,带走电路板20工作时产生的热量,再从出端口连接件33流出,返回外部冷却液循环***,如此循环,达到散热目的。 
所述外部液冷流体循环***可采用各种传统的液冷流体循环***,在此不再赘述。
由此,本发明所述的大功率模块电源通过将冷却液循环所需的液冷通道直接一体成形于该模块电源壳体内,极为有效地减小热传导的热阻,只需很小空间就能够有效地对电路板进行冷却,因此,可以显著减小散热结构所需要的安装空间并大大缩小模块电源的体积。由于该液冷通道可通过铸造或机加工方式一体成形于壳体内,加工工艺实施方便,加工精度高,有效克服或避免了现有实施工艺需对管道进行整形、焊接装配等操作难点。此外,本发明采用一体成形于模块电源壳体内的液冷通道实现冷却液循环,防漏性能良好,且特别适用于复杂热源分布的大功率模块电源。此外,该液冷通道可根据电路板上发热器件所产生的热源分布状况进行走向设计,根据电路板上发热器件发热量不同,规划热平衡要求所需的各处截面积,能够大大提高散热效率,保证散热均匀。 
本发明第二实施例,如图4所示,为多个大功率模块电源1构成的大功率模块电源***。该大功率模块电源***包括多个大功率模块电源1(图中仅举例示出两个大功率模块电源1)和机架4。 
其中,多个大功率模块电源1均与本发明第一实施例中的大功率模块电源1相同,其壳体10一侧面设有进端口连接件32、出端口连接件33以及位于该进端口连接件32、出端口连接件33两侧的定位销式定位柱34。 
机架4则包括外壳40,该外壳40内设有彼此分隔开的注入汇流腔体41和流出汇流腔体42。该注入汇流腔体41和流出汇流腔体42分别通过设于外壳40相对两侧上的注入端口43和流出端口44,与外部冷却液循环***连通。该注入汇流腔体41和流出汇流腔体42可以通过铸造或机加工等方式成形。该外壳40的一侧面上对应多个大功率模块电源1的进端口连接件32、出端口连接件33和定位销式定位柱34,平行设有多个配合结构。在本实施例中,该多个配合结构平行设于与注入汇流腔体41和流出汇流腔体42所在相对两侧面相邻的一侧面上,当然,该注入汇流腔体41、流出汇流腔体42和配合结构也可根据使用或配合方便设于外壳40其他相同或不同侧面。 
各配合结构包括第一通孔45、第二通孔46和定位结构,其中,第一通孔45与注入汇流腔体41连通,第二通孔46与流出汇流腔体42连通,在本实施例中,定位结构为两个固定孔47,该两个固定孔47则并未穿透外壳40壁厚。各第一通孔45和各第二通孔46分别与对应大功率模块电源1散热结构的进端口连接件32、出端口连接件33配合,令该进端口连接件32和出端口连接件33可分别与对应第一通孔45和第二通孔46密封连接,从而与注入汇流腔体41、流出汇流腔体42分别连通。两个固定孔47则分别与相应大功率模块电源1的两定位销式定位柱34配合,令该两定位销式定位柱34可分别***对应固定孔47中,使相应大功率模块电源1定位于机架4上。 
对应各单一大功率模块电源1上定位件的设置方式和结构的不同,各配合结构上对应设置的定位结构也不同,例如,在本实施例中,各单一大功率模块电源1上定位件为定位销式定位柱34,则各配合结构上相应设置有固定孔47;若各单一大功率模块电源1上定位件为凹槽或孔,则各配合结构上相应可设置有定位柱,等等。 
组装该大功率模块电源***时,将多个大功率模块电源1与多个配合结构所在侧面垂直地与该多个配合结构对应配合连接,平行安装于机架4上,其中, 各大功率模块电源1的进端口连接件32、出端口连接件33以及定位销式定位柱34,分别对应***机架4每个配合结构的第一通孔45、第二通孔46以及固定孔47中并与其紧密配合。由此,工作时,来自外部冷却液循环***的冷却液可经外壳40上的注入端口注入机架4内的注入汇流腔体41中,再经与该注入汇流腔体41连通的第一通孔45和各大功率模块电源1的进端口连接件32进入各大功率模块电源1内的液冷通道31。冷却液在液冷通路31中流动,与电路板上的热源进行热交换,带走电路板工作时产生的热量,之后由出端口连接件33流出大功率模块电源1,并经第二通孔46进入机架4内的流出汇流腔体42中,再从与该流出汇流腔体42连通的流出端口44返回外部冷却液循环***。这样,就完成了大功率模块电源***的冷却液循环,从而实现对该大功率模块电源***中多个大功率模块电源的冷却。 
此外,该机架4还可于注入端口设置阀门,通过调节该阀门达到控制注入机架4的冷却液流量,从而统一控制整个大功率模块电源***的散热效果,实现散热最优化。 
由此,本发明所述由多个大功率模块电源组合成的大功率电源应用***可用于为大功率用电设备供电。按照上述构思,可方便地将各大功率模块电源散热结构中的液冷通道进行连接,经一共同管道与外部冷却液循环***实现冷却液循环冷却,具有散热结构简单、所需安装空间小、易于安装和维护的优点,并大大提高了散热效率。 

Claims (7)

1.一种大功率模块电源,包括壳体、电路板、电气输入连接器、电气输出连接器以及散热结构,所述壳体中设有收容空间,用于***述电路板;该电路板经设于该壳体上的电气输入连接器、电气输出连接器与外部设备相连接;其特征在于,所述散热结构包括一体成形于所述壳体内供冷却液流经的液冷通道,以及设于所述壳体上分别与所述液冷通道两端密封连接的进端口连接件、出端口连接件;所述液冷通道设置于所述壳体底部内;所述电路板置于所述壳体底部内表面上;该壳体底部内表面的几何形状配合所述电路板上的元器件安装面呈凹凸状,所述液冷通道的走向布置与所述电路板上发热器件所产生的热源分布相对应,该液冷通道各处的截面积分别与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应。
2.根据权利要求1所述的大功率模块电源,其特征在于,所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内。
3.根据权利要求1所述的大功率模块电源,其特征在于,所述进端口连接件和所述出端口连接件设于所述壳体的相同或不同侧面上;所述壳体上还设有用于将该模块电源定位于一外部冷却液循环***上的定位件,该定位件为分别位于所述进端口连接件和所述出端口连接件两侧的定位销式定位柱。
4.一种大功率模块电源的散热结构,其特征在于,包括一体成形于该大功率模块电源壳体内的液冷通道以及设于所述壳体上的进端口连接件、出端口连接件;所述液冷通道设置于所述壳体底部内;所述壳体底部内表面的几何形状配合设于该壳体中且位于该壳体底部内表面上的电路板上的元器件安装面,呈凹凸状;且该液冷通道的走向布置与所述电路板上发热器件所产生的热源分布相对应,该液冷通道各处的截面积分别与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应;所述进端口连接件和所述出端口连接件分别与所述液冷通道两端密封连接,冷却液从所述进端口连接件流入,经所述液冷通道,由所述出端口连接件流出。
5.根据权利要求4所述的散热结构,其特征在于,所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内;所述进端口连接件和所述出端口连接件设于所述壳体的相同或不同侧面上。
6.一种大功率模块电源***,其特征在于,包括多个大功率模块电源和机架,其中,各大功率模块电源的散热结构包括一体成形于该模块电源壳体内的液冷通道,以及设于该壳体上分别与所述液冷通道两端密封连接的进端口连接件、出端口连接件;所述液冷通道设置于所述壳体底部内;所述壳体底部内表面的几何形状配合设于该壳体中且位于该壳体底部内表面上的电路板上的元器件安装面,呈凹凸状;且该液冷通道的走向布置与所述电路板上发热器件所产生的热源分布相对应,该液冷通道各处的截面积分别与所述电路板上对应各处发热器件发热量大小相应;所述机架包括外壳,该外壳内设有彼此分隔开的注入汇流腔体和流出汇流腔体,该外壳上设有一注入端口和一流出端口以及分别与多个大功率模块电源对应连接的多个配合结构;各配合结构包括第一通孔和第二通孔;所述注入汇流腔体与各所述第一通孔经管道连通,各第一通孔分别与对应大功率模块电源的散热结构的进端口连接件密封连接,所述流出汇流腔体和各所述第二通孔经管道连通,各第二通孔分别与对应大功率模块电源的散热结构的出端口连接件密封连接。
7.根据权利要求6所述的大功率模块电源***,其特征在于,所述注入端口和所述流出端口分别设置于所述机架相对两侧面上,所述多个配合结构平行设于与所述相对两侧面相邻的一侧面上,所述多个大功率模块电源与所述多个配合结构所在侧面垂直地与该多个配合结构配合连接;各模块电源壳体上设有定位件,各配合结构设有与相应定位件配合的定位结构;所述液冷通道通过铸造或机加工一体成形于所述壳体内。
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