CN111556948A - 用于散热器的电源模块以及装有该模块的散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种散热器(1)，包括电源模块(2)和加热体(3)，所述电源模块(2)包括印刷电路板(20)、多个电子开关(21)和用于连接至外部电路的一个或多个连接器(22)，所述印刷电路板(20)包括提供与加热体(3)电连接的第一区域(200)、提供与电子开关(21)电连接的第二区域(210)以及提供与一个或多个连接器(22)电连接的第三区域(220)，所述第一、第二和第三区域在横向于加热体(2)延伸的平面的方向上按该顺序并排设置。

Description

用于散热器的电源模块以及装有该模块的散热器
技术领域
本发明涉及用于散热器的电源模块以及包括这种电源模块的散热器。本发明尤其旨在用于空调单元，特别是用于机动车辆。
背景技术
用于机动车辆特别是电动或混合动力机动车辆的散热器通常包括加热体，其中安装有多个加热元件，加热元件从并入散热器内的电源模块被供应电流。这些加热元件能够加热穿过加热体之后送入机动车辆乘客舱的气流。
在已知设备中，电源模块通常包括印刷电路板，印刷电路板相对于加热体的延伸平面横向延伸，邻近于所述加热体的近侧边界。当将散热器并入位于车辆仪表板下方的壳体内时，加热体完全***为此目的而设置在壳体内的空间中，同时电源模块从壳体中伸出。
通常，印刷电路板连接到至加热体和/或至外部电路的一个或多个控制元件和/或连接器，其分布根据不同的构造而变化。如本申请的申请人所分析，这些构造必须满足各种约束。首先，它们的体积连同加热体的体积必须有限。它们还必须促进控制元件散发的热量的消散。此外，它们必须允许位于印刷电路板上的导电迹线的简单空间分布，从而在所使用的电子部件与所述印刷电路板之间提供电连接。
在这方面仍然需要改进。
发明内容
为此，根据第一方面，本发明提供了一种散热器，包括电源模块和加热体，所述电源模块包括印刷电路板、多个电子开关和至外部电路的一个或多个连接器，所述印刷电路板包括提供与加热体电连接的第一区域、提供与电子开关电连接的第二区域以及提供与一个或多个连接器电连接的第三区域，所述第一、第二和第三区域在横向于加热体的延伸平面的方向上按该顺序并排设置。
以这种方式，提供了一种电源模块，其中开关保持靠近加热体，这将有助于消散它们散发的热量，特别是通过使用放置在旨在穿过加热体的气流中的散热件来实现。
这种电源模块还可以通过沿相同方向并排放置其不同区域来限制体积。因此以这种方式获得了基本平面的构造。
“基本平面”是指电源模块在加热体的延伸平面中具有低厚度，并且其在横向于尤其是垂直于所述加热体的平面中延伸。换句话说，电源模块具有沿着加热体的延伸平面的纵向轴线X的小尺寸、在加热体的延伸平面中沿着横向于纵向轴线X的轴线Y与加热体基本相似的尺寸以及沿着横向于轴线X和Y的轴线Z适于并排的第一、第二和第三区域的尺寸的尺寸。
另外，将电源模块的元件分布到而且并排放置的不同区域中简化了印刷电路板的迹线的空间分布。
根据本发明的各种特征，这些特征可以一起或分开地考虑：
-所述第三区域在中间区域中延伸，以使印刷电路板具有T形构造；
-所述第三区域形成T的纵向分支，并且第一和第二区域形成T的横向分支；
-一个或多个连接器沿平行于T的横向边界的方向从T的纵向分支的侧向边缘延伸；
-一个或多个连接器不延伸超过所述电源模块的壳体的侧向边缘，所述壳体容纳所述印刷电路板；
-所述加热体包括加热元件；
-所述加热元件在其端部处包括通向第一区域的电极；
-所述散热器包括用于将电极连接到所述印刷电路板的连接器构件；
-所述连接器构件固定到所述第一区域；
-连接器构件包括框架和连接器元件；
-所述框架固定到所述第一区域；
-所述连接器元件与所述电极接触，该连接器元件连接到印刷电路板并包覆模制到所述框架中；
-所述构件被电绝缘板覆盖；
-电子开关在与所述框架的延伸方向平行的方向上对准；
-电子开关在第三区域的任一侧上延伸；
-所述散热器包括散热件，其平行于加热体的延伸平面延伸，以允许由所述电子开关散发的热量被穿过加热体的气流消散；
-第一连接器是低压连接器；
-另一第二连接器是高压连接器；
-第三区域包括组合在一起并连接至低压连接器的低压部件的区域；
-第三区域包括组合在一起并连接至高压连接器的高压部件的区域。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于如上所述的散热器的电源模块。
附图说明
通过下面参考附图提供的描述，本发明的其他主题、特征和优点将变得更加明显，其中：
-图1a从正面示意性地示出了根据本发明一实施例的散热器；
-图1b从上方示意性地示出了图1的散热器；
-图1c从侧面示意性地示出了图1的散热器；
-图2a从侧面示意性地示出了图1的散热器的电源模块，该模块被示出为没有其壳体的一部分，以便可以看到其所包含的一些部件；
-图2b和2c从侧面示意性地示出了图2a的模块，其还具有电绝缘板(图2b)和加热体(图2c)；
-图3a和3b示意性地示出了从正面(图3a)和从背面(图3b)观察的图1的散热器，仅示出了加热体和电源模块的某些元件。
具体实施方式
参考图1a至1c，本发明涉及一种散热器1，其包括电源模块2和用于气流F从中穿过的加热体3。
例如，它是所谓的高压散热器，即旨在被供应大于60V，特别是60至1000V，更特别是180至600V的电流，和/或允许发出高于2kW，尤其是2kW至10kW的功率。因此，在用于机动车辆的散热器的情况下，气流F可以通过穿过加热体3而被加热，从而增加车辆的乘员舱内的温度。
从图1a更清楚可见，所述加热体3在延伸平面中延伸，该延伸平面称为加热体的延伸平面，其包括纵向轴线X和横向轴线Y，所述横向轴线Y正交于轴线X。在这种情况下，所述加热体3具有在加热体的所述延伸平面中延伸的基本平行六面体构造。它旨在定位成横向于要加热的气流F。更具体地，所述气流F旨在垂直于所述加热体3定向，即垂直于图1a的平面。
所述加热体3包括加热元件(未示出)。加热元件例如是PTC(正温度系数)效应电阻器。所述一个或多个加热元件位于所述加热体3的一个或多个管或者壳体30的内部，以使所述一个或多个加热元件与外部电绝缘。
壳体30与加热元件一起形成加热单元。所述加热单元被选择性地供应电流。这被理解为是指，每个加热单元独立于其他单元被供应电流，因此可以流过的电流不同于流过其他加热单元的电流，特别是就其强度而言。在这种情况下涉及的电流值尤其是平均电流或有效电流的值。
所述加热元件并联电连接，特别是使用位于其端部的电极32(在图3a中可见)。优选地，所述加热元件沿着所述壳体30规则地分布。
加热体3还可以包括与加热元件热接触的散热件33，例如散热片。散热件33尤其位于所述壳体30之间。
所述加热体3包括容纳所述加热单元的框架4，其特别由塑料制成。所述框架4包括两个相对的侧向边缘5和6以及近侧边缘7和相对的远侧边缘8，所述近侧边缘7和所述远侧边缘8例如通过它们的端部连接至侧向边缘5和6。所述框架4优选地设置有在框架的两个侧向边缘5和6之间横向延伸的加强件。一个或多个壳体30从近侧边缘7纵向延伸至远侧边缘8。框架4固定至电源模块2，特别是固定至所述电源模块2的壳体10。
所述壳体10包括两个相对的侧向边缘11和12和与加热体3的近侧边缘7相对的近侧边缘16以及相对的远侧边缘15。电源模块2的所述近侧边缘16和所述远侧边缘15相对于加热体的延伸平面横向地尤其垂直地延伸。
从图1b更清楚可见，所述电源模块2的近侧边缘16和远侧边缘15间隔开距离d1。所述距离d1是电源模块2的最小尺寸，即所述距离d1对应于所述电源模块2的厚度。通过比较，距离d1基本等于分开加热体3的第一大面9和第二大面9'的距离d2，所述距离d2是加热体2的厚度。换句话说，参照图1a，电源模块2因此在加热体的延伸平面中具有较小的尺寸。
在图1c中，可以在称为电源模块的延伸平面的延伸平面中看到所述电源模块2。电源模块的所述延伸平面包括纵向轴线X和正交于轴线X和轴线Y的横向轴线Z。换句话说，电源模块的所述延伸平面横向于加热体的所述延伸平面延伸。
再次如图1c所示，电源模块2的相对的侧向边缘11和12分开距离d3，其对应于电源模块2的高度，而加热体3的侧向边缘5和6分开距离d4，所述距离d4对应于加热体3的高度。所述距离d3和d4优选相差小于20％，甚至更优选小于10％。换句话说，电源模块2的高度等于加热体3的高度。
参考图2a至2c，从正面示出了根据本发明的散热器1，其没有加热体2(图2a和2b)和有加热体2(图2c)。如图2c所示，散热器1对应于图1c的散热器，而没有电源模块2的壳体10的一部分(仅保留了所述壳体的盖)。
电源模块2的壳体10容纳印刷电路板20，其横向于特别是垂直于加热体的延伸平面延伸。印刷电路板20是指用于支承和相互电连接一组电子部件的板。为此，印刷电路板20包括用于连接所述电子部件的一组导电迹线。所述印刷电路板20在壳体10中占据适当的区域，即其整个区域包括在壳体10中，从而使其免受外部环境的影响。在这种情况下，它遵循轮廓。
根据本发明，所述印刷电路板20包括提供与加热体3电连接的第一区域200、提供与电子开关21电连接的第二区域210以及提供与至一个或多个外部电路的一个或多个连接器22电连接的第三区域220，所述第一、第二和第三区域在横向于特别是垂直于加热体2的延伸平面的方向上按该顺序并排设置。换句话说，第一区域200与第二区域210相邻，第二区域210与第三区域220相邻，而第一区域200与第三区域220不相邻。换句话说，第二区域210介于所述第一和第三区域之间。
通过并排布置所述第一、第二和第三区域，将印刷电路板20分隔开，即将所述印刷电路板20划分为多个区域，此外，这些区域是具有不同功能的区域。通过避免具有不同属性的迹线之间的重叠，这可以改善导电迹线在印刷电路板20上的分布。
此外，上述的所述第一、第二和第三区域在同一个平面中的定位因此允许电源模块2在加热体的延伸平面中具有基本平面构造并且使其体积受到限制，从而当将散热器1***为此目的而设置在仪表板下方的壳体中时，电源模块2延伸超出壳体仅距离d1(在图1b中可见)。
更精确地，由位于图2a至2c的右侧的虚线矩形界定的第一区域200面对加热体3定位。具体地，如从图2c更清楚可见，所述第一区域200被加热体3遮盖，使其面对所述加热体3的近侧边缘7。在这种构造中，位于加热元件的端部的电极32(图3a中可见)通向直接面对第一区域200的壳体10。
电源模块2有利地包括连接器构件201，其允许所述电极32连接到印刷电路板20。所述连接器构件201固定到所述第一区域200，即其整个在第一区域200内延伸并且固定到所述第一区域200。
有利地，所述连接器构件201包括框架203和连接器元件204。框架203固定到第一区域200并且垂直于印刷电路板20延伸。所述框架203(从图3b中的侧面可见)对应于所述连接器构件201的轮廓并且允许连接器元件204定位在印刷电路板20上。所述连接器元件204连接到印刷电路板20并且包覆模制到所述框架203中。“包覆模制”是指所述连接器元件204模制到框架203中，所述框架自身被模制。所述连接器元件204面向电极32定位，以便与在第一区域200处露出的电极32直接接触。
如图2b所示，连接器构件201有利地由电绝缘板205覆盖，使得所述板205在加热体3的延伸平面中面向第一区域200。
在由图2a至2c中的中心虚线矩形界定的第二区域210中，电子开关21在平行于所述框架203的延伸方向的方向上对准。换句话说，电子开关21沿着连接器构件201分布并平行于所述连接器构件201。
在本发明的意义上的电子开关21是功率电子部件，其允许基于控制信号独立地控制流过每个加热单元的电流。因此，它们是受控开关。优选地，电子开关21是绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。当供应给散热器的功率较高时，这种开关特别合适。上述示例是非限制性的，并且可以设想其他类型的电子开关用于向加热体3供应电流。
当给散热器1供电时，电子开关21加热且然后散发热量。因此必须消散该热量，以防止电源模块2过热。
借助于根据本发明的区域的布置，电源模块2配置为使得电子开关21保持靠近加热体3。具体地，如图2c所示，电子开关21有利地放置在加热体3的附近。这种构造特别是通过使用放置在旨在穿过加热体的气流F中的热导体来促进由所述电子开关21散发的热量的消散。
为此，散热器1包括平行于加热体3的延伸平面延伸的散热件25。散热件25与电子开关21直接接触，从而使其与所述电子开关21通过传导进行热交换，然后经由穿过加热体3的气流F消散由所述电子开关21散发的热量。因此，有利地，由电子开关21产生并通过散热件25在加热体3中消散的热量可有助于加热穿过加热体3的气流F。
如图2a至2c左侧的虚线矩形所示，第三区域220优选地在中间区域中延伸，以使印刷电路板20具有T形构造。更精确地，第一和第二区域200、210形成T的横向分支，而所述第三区域220形成T的纵向分支。另外，要理解的是，位于与所述第三区域220相邻的第二区域210中的电子开关21在所述第三区域220的任一侧上延伸，即所述开关21沿平行于T的横向分支的方向从T的纵向分支的侧向边缘延伸。
从图2a可以看出，第三区域220覆盖在T的纵向分支的侧向边缘17和18之间延伸的区域。
有利地，至电源模块的一个或多个外部电路的一个或多个连接器22沿平行于T的横向边界的方向从T的纵向分支的侧向边缘17、18延伸。换句话说，一个或多个连接器22在T的纵向分支的每一侧上平行于T的横向分支延伸。优选地，一个或多个连接器22不延伸超过所述电源模块2的壳体10的侧向边缘11、12。这尤其通过第三区域220的中间位置来促进，并且可以使电源模块2的高度d3受到限制。
有利地，所述连接器的第一连接器22a是低压连接器，并且所述连接器的第二连接器22b是高压连接器。为此，如图2a至2c所示，所述第三区域220包括组合在一起并连接至低压连接器22a的低压部件的区域221以及组合在一起并连接至高压连接器22b的高压部件的区域222。有利地，这使得可以根据部件的功能性来改善部件在所述第三区域220中的空间分布。
因此获得了优化的散热器1，其将电源模块2的功能组合到适当分布的不同区域中，使用在穿过加热体3并且几乎不延伸出位于车辆仪表板下方的壳体的气流中的由所述电源模块2的部件散发的热量。
本发明还涉及根据前述权利要求中任一项所述的用于散热器的电源模块2。

Claims (14)

1.一种散热器(1)，包括电源模块(2)和加热体(3)，所述电源模块(2)包括印刷电路板(20)、多个电子开关(21)和至外部电路的一个或多个连接器(22)，所述印刷电路板(20)包括提供与加热体(3)电连接的第一区域(200)、提供与电子开关(21)电连接的第二区域(210)以及提供与一个或多个连接器(22)电连接的第三区域(220)，所述第一、第二和第三区域在横向于加热体(2)的延伸平面的方向上按该顺序并排设置。
2.如权利要求1所述的散热器(1)，其中，所述第三区域(220)在中间区域中延伸，以使印刷电路板(20)具有T形构造，所述第三区域(220)形成T的纵向分支且第一和第二区域(200、210)形成T的横向分支。
3.如权利要求1或2所述的散热器(1)，其中，所述一个或多个连接器(22)沿平行于T的横向边界的方向从T的纵向分支的侧向边缘(17、18)延伸。
4.如权利要求3所述的散热器(1)，其中，所述一个或多个连接器(22)不延伸超过所述电源模块(2)的壳体(10)的侧向边缘(11、12)，所述壳体(10)容纳所述印刷电路板(20)。
5.如前述权利要求中任一项所述的散热器(1)，其中，所述加热体(3)包括加热元件，所述加热元件在其端部处包括通向第一区域(200)的电极(32)。
6.如权利要求5所述的散热器(1)，包括用于将电极(32)连接到所述印刷电路板(20)的连接器构件(201)，所述连接器构件(201)固定到所述第一区域(200)。
7.如权利要求6所述的散热器(1)，其中，所述连接器构件(201)包括框架(203)和连接器元件(204)，所述框架(203)固定到所述第一区域(200)，所述连接器元件(204)与所述电极(32)接触，该连接器元件连接到印刷电路板(20)并包覆模制到所述框架(203)中。
8.如权利要求6和7中任一项所述的散热器(1)，其中，所述构件(201)被电绝缘板(205)覆盖。
9.如前述权利要求中任一项所述的散热器(1)，其中，所述电子开关(21)在与所述框架(203)的延伸方向平行的方向上对准。
10.如前述权利要求中任一项所述的散热器(1)，其中，所述电子开关(21)在第三区域(220)的任一侧上延伸。
11.如前述权利要求中任一项所述的散热器(1)，包括散热件(25)，其平行于加热体(3)的延伸平面延伸，以允许由所述电子开关(21)散发的热量被穿过加热体(3)的气流消散。
12.如前述权利要求中任一项所述的散热器(1)，其中，第一连接器(22a)是低压连接器，而另一第二连接器(22b)是高压连接器。
13.如前述权利要求中任一项所述的散热器，其中，所述第三区域(220)包括组合在一起并连接至低压连接器的低压部件的区域(221)以及组合在一起并连接至高压连接器的高压部件的区域(222)。
14.一种用于如前述权利要求中任一项所述的散热器的电源模块(2)。
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