CN102004536A - 静音电源 - Google Patents

Abstract

本发明是一种静音电源，应用于任何领域。该静音电源属于一种零辐射、零噪音的开关电源，它是由二屏蔽罩、一电源板和一外壳组成；焊接在电源板上的初级开关管和次级整流二极管，分别被置于二等高、焊接在电源板的屏蔽罩内，并与屏蔽罩固定在一起；外壳和二屏蔽罩是由高导热率金属制成，二屏蔽罩紧贴外壳内壁且与之固定，外壳上装有一AC电源插座，开关管和整流二极管产生的热量都导向金属外壳，它们产生的谐波被屏蔽罩衰减成热量。由四屏蔽罩、二电源板和一外壳组成的静音电源，外壳上有双AC电源插座，称为冗余电源；多路冗余电源可组成一通信电源，多个通信电源可组成一电源柜。为了提高电源的可靠性，引入一高导热率金属水箱，内部盛有冷却液如水，固定在外壳的顶部，对静音电源和单冗余电源，水箱是封闭的，对通信电源和电源柜，水箱是敞口的，水箱可使开关管和整流二极管的温度接近环境温度，使散热效果优于负载相同的同类电源；为了提高电源的安全性，二屏蔽罩、外壳和水箱都经过表面处理而绝缘，多层绝缘使得电源非常安全。

Description

静音电源

技术领域

本发明是一种静音电源，是一种零辐射、零噪音的新型开关电源，应用于任何领域。

背景技术

随着微电子和信息产业的蓬勃发展，需要提供弱电电源的设备越来越多，直流稳压电源因其损耗太大、转换效率太低和带负载能力不足，而被开关电源逐级取代；开关电源是将市电220V@50Hz交流首先整流滤波为直流，然后通过PWM(脉宽调制)脉冲控制开关管快速开关，与开关管串联的变压器在次级输出低压交流，低压交流经整流滤波后可输出大电流，可带大负载；许多开关电源还带自启动功能。

开关管快速开关，产生频谱极宽的谐波，强烈的谐波是十分有害的，对周边设备产生严重的干扰；开关管也会产生大量的热，而且针对开关电源的大电流输出，次级整流二极管也产生大量的热，这些热都必须散发掉，否则会损坏或烧毁元器件；为了加快散热，有时不得不增加风扇吹走热量，有了风扇，就会有噪音，就会令人心烦。

发明内容

本发明是为克服开关电源的谐波强烈、风扇噪音烦人之缺点而提出的一套解决方案。

本发明的目的和优点，是提供一种无谐波干扰、散热优良、没有风扇的开关电源。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：开关管和次级整流二极管，作为开关电源的主要热源和谐波激发点，分别被封闭固定在焊接于电源板上的两分立屏蔽罩内，两屏蔽罩紧贴电源外壳并用有机螺丝与之固定，两屏蔽罩和外壳都是由高导热率金属制成且都经过表面处理而整体绝缘，两屏蔽罩将衰减开关管和整流二极管全部谐波成热量，并且将它们工作时产生的热量导向外壳，由外壳把热量散发掉；产生的热量，和传导、散发的热量会最终实现平衡，稳定在某一温度，称之为平衡温度；为了降低平衡温度，引入一表面绝缘、充满冷却液如水的高导热率金属水箱，置于外壳之上并与之相连。

附图说明

图1是现有PC开关电源图。

图2是本发明之PC静音电源示意图。

图3是本发明之PC静音电源屏蔽罩工装示意图。

图4是本发明之PC静音电源与水箱连接示意图。

图5是本发明之PC冗余电源示意图。

图6是本发明之PC冗余电源分解示意图。

图7是本发明之PC冗余电源与水箱连接示意图。

图8是本发明之另类PC机静音电源示意图。

图9是现有1U工控服务器开关电源示意图。

图10是本发明之工控服务器1U静音电源示意图。

图11是本发明之工控服务器1U静音电源分解示意图。

图12是本发明之工控服务器1U静音电源与水箱连接示意图。

图13是本发明之工控服务器1U冗余电源示意图。

图14是本发明之工控服务器1U冗余电源外壳分解示意图。

图15是本发明之工控服务器1U冗余电源与水箱连接示意图。

图16是现有Delta的HDS 1300Serial通信电源示意图

图17是本发明之通信电源示意图。

图18是本发明之模块电源示意图。

图19是本发明之模块电源外壳分解示意图。

图20是本发明之通信电源与水箱连接示意图。

图21是本发明之通信电源改良示意图。

图22是本发明之电源柜示意图。

说明如下：

1现有PC开关电源    2PC静音电源            3PC冗余电源

4电源板            5固定开关管的屏蔽罩    6固定次级整流二极管的屏蔽罩

7封闭焊盘          9壳盖                  10底壳

11水箱             12工型框架             13螺丝柱

14高导热率金属板   151U静音电源           161U冗余电源

171U电源壳框架     18AC电源座             19通信电源

20模块电源         21高导热率金属接口片   22机柜框架

23有机螺丝

具体实施方式

请参照图1现有PC开关电源图所示，实例为PC机、工作站和塔式服务器所用的开关电源。该PC开关电源是由一风扇、一电源板和一铁壳组成，铁壳是由一壳盖和一底壳组成，壳盖固定着风扇，风扇由电源板供电，电源板固定在底壳内，底壳壁上冲有散热孔而且固定着AC电源座18，AC电源座18下方是电源开关；电源开始工作，风扇随之转动，将电源板的热量吹走，同时发出噪音。

请参照图2、图3和图4，即本发明之PC静音电源、PC静音电源屏蔽罩工装和PC静音电源与水箱连接示意图所示，实例为PC机、工作站和塔式服务器所用的开关电源。

该PC静音电源与图1一样同属开关电源，它是由二屏蔽罩(5和6)、一电源板4和一外壳组成，弱电线从电源板4引出，线头上装着连接件；5、6和外壳都是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；5、6焊接在电源板4的二封闭焊盘7上，内部封闭、固定着焊接在4上的开关管和次级整流二极管，二者都在4的背面走线，5、6高度相同，罩顶和侧面预留有螺丝孔；外壳是由一壳盖9和一底壳组成，电源板4固定在底壳上，底壳上有散热孔，9顶面留有4个螺丝孔，与5、6的罩顶孔相对应；把4固定在底壳内，把9固定在底壳上，用有机螺丝23把5、9和6、9固定连接。它没有风扇，工作是没有噪音，节能静音，所以称之为静音电源；这样的设计，可把开关管的谐波在屏蔽罩5内全部衰减为热量，开关管假若损坏，屏蔽罩5绝缘不会带电，外壳绝缘不会带电，整体是安全的；这样的设计，可以将主发热件即开关管和次级整流二极管的热量全部导向高导热率金属外壳，扩大了散热面，优化了散热效率，降低了壳内温度，而且底壳壁上开着许多散热孔，也会散发热量，但平衡温度较高。

壳盖9的一边沿是中空的，在垂直的两个面上各有两预留孔，便于与水箱11连接，水箱11是由高导热率金属制成、经过表面处理而绝缘、内部充满冷却液如水的封闭水箱，边沿冲有两孔，孔径孔距和壳盖9的两预留孔相同，水箱11必须安装在PC静音电源的上方而且最好不要有阻挡，如图4；电源2内部主发热件产生的热量，经屏蔽罩5和6导向外壳，再导向水箱11，外壳和水箱11表面会散发一部分热量，11中的冷却液如水会吸收大部分热量而抑制温度骤升；产生的热量，与传导、散发和吸收的热量会实现动态平衡，稳定在某一温度，该温度称为平衡温度，它与气温、风速和湿度相关，气温越低、风速越快和湿度越大，它则越低，否则它越高；实验证明：静音电源2，图4比图2中的平衡温度要低，安全性二图相当；图2的散热效果、安全性与图1相当，前者还静音节能。

请参照图5、6、7，即本发明之PC冗余电源、PC冗余电源分解、PC冗余电源与水箱连接示意图所示，实例是PC机、工作站和塔式服务器所用的冗余电源。

该冗余电源3是由一外壳、四屏蔽罩(两对5、6)和二电源板4组成，一对5、6对应一电源板4，两组弱电线引出自二电源板4，外壳和四屏蔽罩都是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；外壳是由一U型壳盖9、一工型框架12和金属板14组成，框架12上安装着二AC电源插座18而且有许多散热孔，壳盖9和金属板14各有4个螺丝孔，与四屏蔽罩的8个预留孔相对；每对5、6高度相同，罩顶各有2个螺丝孔，分别被焊接在一电源板4的二封闭焊盘上，5、6作为散热器与焊接在电源板4的开关管和次级整流二极管固定在一起，开关管和次级整流二极管从电源板4背面走线；二电源板4分别固定在工字型框架中间板之上下两面，每面铆接有四个螺丝柱13，即电源板固定在螺丝柱13上；合上壳盖9和金属板14，屏蔽罩分别紧贴9和14，用有机螺丝把5、6和9固定，把5、6和14固定，使开关管和次级整流二极管产生的热量导向金属外壳。水箱11是由高导热率金属制成，经过表面处理而绝缘，内部充满冷却液如水，下边沿冲有两孔，用螺丝把11和3固定，11位于3上，使热量由外壳再导向水箱11，图7与图4的散热原理相同。实验证明：冗余电源3，图7的散热效果优于图5，图5的散热效果与图1相当，图7、图5的安全性与图1相当。

请参照图8本发明之另类PC机静音电源示意图，实例是PC机、工作站和塔式服务器所用的开关电源。该电源是由一电源板4、二屏蔽罩(5和6)和一外壳组成，5、6和外壳是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；5、6焊接在4上，并作为焊接在4上的开关管和次级整流二极管的散热器与它们固定在一起；外壳是由一金属板14和一底壳10组成，4固定在10内，10上装着一AC电源插座18而且有许多散热孔，14与5、6通过有机螺丝固定连接；这样的设计，屏蔽掉了开关谐波，又可以充分散热，该电源的散热效果优于图1、2。

请参照图9现有工控服务器1U开关电源示意图，实例为1U工控服务器和刀片服务器的1U电源。该1U电源是由一电源板、一风扇和铁壳组成，铁壳是由一壳盖和一底壳组成，电源板、风扇固定在底壳内；它工作时会发出响亮的噪音，再加上4个1U工控服务器机箱4028强力风扇噪音，很令人崩溃。

请参照图10、11、12，即本发明之工控服务器1U静音电源、工控服务器1U静音电源分解、工控服务器1U静音电源与水箱连接示意图所示，实例为1U开关电源。

该1U静音电源15是由一电源板4、二屏蔽罩(5和6)和一外壳组成，外壳是由一壳盖9和一底壳10组成，5、6、9、10是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；4固定在10内，18安装在10的壁上，10的壁上还有散热孔；5和6，高度相同，罩顶各有2个螺丝孔，它们焊接在4的封闭焊盘上且紧贴9的内壁，5、6顶的螺丝孔与9的一一对应，用有机螺丝23把5、9和6、9固定；这样，开关管和次级整流二极管产生的热量，一部分通过10的散热孔散发掉，大部分被导向9和10并散发掉，平衡温度略高。为了降低平衡温度，引入高导热率金属水箱11，11是内部充满冷却液如水、经过表面处理而绝缘的封闭水箱，用螺丝固定在壳盖9的边棱上，11的引入可大大降低15的平衡温度，15的平衡温度要远低于图9的；实验证明：1U静音电源15，散热效果图12优于图10，而且它的散热效果和静音节能优于图9的1U开关电源，安全性图10、12与之相当。

请参照图13、14、15，即本发明之工控服务器1U冗余电源、1U冗余电源外壳分解、工控服务器1U冗余电源与水箱连接示意图，实例为1U工控服务器和刀片服务器的1U冗余开关电源。

该1U冗余电源16是由一外壳、四屏蔽罩(两对5和6)和二电源板组成，一电源板焊接一对5、6，外壳是由一壳盖9和一1U电源壳框架17组成，17的左右板都分布着散热孔，两AC电源座18安装在17的右板上，9、17、5、6都是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；17的底板上铆接着螺丝柱13，用于固定两电源板，两电源板的布局与图11的一样，两对5、6紧贴9的内壁用有机螺丝把它们固定在一起；这样，二电源板开关管和次级整流二极管产生的热量，大部分导向外壳，由外壳把热量散发掉，屏蔽罩和外壳都绝缘，安全可靠。为了降低图13冗余电源16的平衡温度，如图15引入一高导热率金属水箱11，用螺丝固定在16的壳盖9上，11是内部充满冷却液如水、经过表面处理而绝缘的封闭水箱，可以降低16的平衡温度，提高16的稳定性。

请参照图16现有Delta HDS 1300 Serial通信电源图，实例为通信电源。该电源是由一口型铁壳和六个模块电源组成，铁壳两侧各有一固定挡板，挡板上各开有两螺丝孔，每个模块电源包含两散热风扇，六个模块电源包含12个风扇，工作时12个风扇的噪音很响亮，很吵人，但它输出直流电流很大，带负载能力很强。

请参照图17是本发明之通信电源示意图，实例为通信电源。该通信电源19是由一口型外壳和六模块电源20组成，外壳是由高导热率金属制成，经过表面处理后而整体绝缘，壳前面是一敞口，可容纳六个模块电源20，壳后面是一可拆卸的开有六个孔的挡板，方便20出线，挡板内侧是一电源插座，插座上有12个插口，对应6个模块电源20的12个AC电源插座；外壳两侧各有一固定挡板，挡板上各开有两螺丝孔，外壳左右侧板的后上角各有一螺丝孔；每个模块电源20前后都有上下两散热窗，前面都有拉环，都可以抽出来，AC电源插座位于20后侧。

请参照图18、19，即本发明之模块电源示意图、模块电源外壳分解示意图所示，实例为通信电源。该模块电源20类似图5冗余电源3，是由一外壳、四屏蔽罩(两对5和6)和二电源板组成，外壳和四屏蔽罩是由高导热率金属制成，经过表面处理后而整体绝缘，一电源板焊接一对5、6；外壳是由一壳盖9和一底壳10组成，壳盖9的上下面中心线分别冲有4个预留孔，与两对5、6顶部的8个螺丝孔相对应，底壳10的中间板两面都铆接有4个螺丝柱，用于固定二电源板，焊接在电源板上的开关管和次级整流二极管分别与屏蔽罩固定，四屏蔽罩的高度相等，分别与壳盖9的内壁紧密接触且螺丝孔相对，用有机螺丝将它们固定。这样，开关管和次级整流二极管产生的热量，由前后散热窗散发掉一部分，由屏蔽罩传导给外壳，由外壳散发掉大部分热量，平衡温度略高，可以满足散热要求；而且外壳和屏蔽罩都整体绝缘，安全可靠。

请参照图20本发明之通信电源与水箱连接示意图所示，实例为通信电源。为了获得更低的平衡温度和更高的可靠性，引入水箱11，它是由高导热率金属制成、经过表面处理而整体绝缘的敞口水箱，内部盛有3/4容积的冷却液如水，箱底有分布在前、左、右的下边沿，靠前的下边沿有12个螺丝孔，左、右的下边沿各有1个螺丝孔；6个模块电源20有12个预留孔，与11下边沿的12个螺丝孔一一对应，19外壳侧板各预留有一螺丝孔，与11左、右下边沿的孔对应，把11放在19上，对好所有孔位，用螺丝把11与19、20固定在一起；这样，每个模块电源20产生的热量，除去散热窗散发掉的，大部分热量会导向19的口型外壳，再导向水箱11，11中的冷却液如水吸收热量而升温，19和11的表面会散发热量，冷却液如水会加快蒸发而吸收大量的热，从而拉低冷却液如水的温度，最后会稳定在某一温度，该温度称为平衡温度，它接近室温，能够满足电源19的散热要求，19的散热效果和可靠性优于图16的Delta HDS 1300 Serial通信电源，安全性与之相当。

若通信电源19依然无法满足大电流负载的要求，还有一设计：其辐射为零，平衡温度接近室温，拥有更高的安全性和可靠性。

请参照图21、22，即本发明之通信电源改良、电源柜示意图所示，实例为电源柜。对图17的通信电源19进行一些改良，即在外壳上下边各开12个螺丝孔，在每个模块电源20下边多开两螺丝孔，用螺丝把二高导热率金属接口片21、模块电源20和外壳边沿固定在一起，21的背面要涂上导热硅脂，如图21；图21中，上图是没加接口片21的通信电源19，下图是加装接口片21的通信电源19。电源柜是专门为十个通信电源19而设计的，它是由一机柜框架22和一敞口水箱11组成，二者是由高导热率金属制成，二者都经过表面处理而整体绝缘，顶部是一敞口水箱11，内部盛着3/4容积的冷却液如水，下部是为通信电源19量身定做的10个匣子，每装一个19，要用螺丝把它固定在机柜框架22的骨架上，螺丝最好选用标准件用扳手拧紧，使19与22紧密相连，如图22；22的背面是一块可拆卸的金属板，板上有10个线孔，方便19引出弱电线，紧靠金属板的是10排插座，每排插座有12个插口，对应一台19；电源柜22的设计，可以保证各通信电源19产生的热量，绝大部分都能传导向机柜框架22，由22再传导向顶部水箱11，11中冷却液如水吸收大量的热量而温度升高，促使冷却液如水加快蒸发，蒸发会带走大部分的热量，22和11的表面会散发一部分热量，又使得冷却液如水的温度降低；最后，产生的热量，和传导、吸收、蒸发、散发的热量会实现平衡，稳定在某一温度，该温度成为平衡温度，它就是构成19之每个模块电源开关管、次级整流二极管和屏蔽罩的温度，也是每个19的壳体温度，也是电源柜的整体温度，它与环境因素如气温、风速相关，气温越低、风速越快，它则越低，反之它则越高，它很接近室温，所以，该电源柜能够满足所有通信电源19的散热要求，又没有噪音，又没有耗电，又没有辐射，而且室内环境不一定需要空调，能保证空气通畅即可。

在实际应用中，通信电源可能包含不止6个模块电源，电源柜可能容纳不止10个通信电源，可以根据需要灵活组合，但单个通信电源和电源柜的顶部水箱，能够降低整机的平衡温度，使之与环境温度相差在10℃以内，节能静音。

文中提到的高导热率金属，是指导热率较高的铝和铝合金、铜及其合金、钛及其合金，还指铝、铜、钛的合成材料；成本是依次升高，一般选用铝和铝合金的性价比最高；自然界还有比如金刚石一类的非金属材料，是热的良导体而电的不良导体，也可以替代高导热率金属；还有一些合成材料比如金刚石-铜、金刚石-铝，导热率较高，也满足要求，但代价太高。

Claims (10)

1.一种静音电源，应用于任何领域；该静音电源属于零辐射、零噪音的开关电源，其特征在于它包含：

一电源板，

一外壳，

二屏蔽罩；

电源板上焊接的初级开关管和次级整流二极管，被封闭在两屏蔽罩内并与它们固定，两屏蔽罩与外壳用螺丝固定在一起。

2.根据权利要求1所述的电源板，其特征在于它预留有焊接二屏蔽罩的二封闭焊盘，它预留有与外壳固定的孔。

3.根据权利要求1所述的外壳和屏蔽罩，其特征在于它们都是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘。

4.根据权利要求1所述的屏蔽罩，其特征还在于它们高度相同，侧面和顶面都有螺丝孔，都焊接在封闭焊盘上，都紧贴外壳内壁。

5.根据权利要求1所述的外壳，其特征还在于它通常是由一底壳和一壳盖组成，最简约的是由一底壳和一金属板组成，底壳上有固定电源板的螺丝孔和一AC电源插座，壳盖和金属板上都预留有与屏蔽罩固定的螺丝孔。

6.根据权利要求1所述的静音电源，其特征还在于它可以包含一封闭水箱；该水箱与静音电源外壳的材质相同，内部充满冷却液如水，经过表面处理而整体绝缘，紧贴电源外壳并固定在其上。

7.根据权利要求1所述的静音电源，其特征还在于当它还包含一相同电源板和二屏蔽罩、底壳上装有二AC电源插座时，被称为冗余电源；冗余电源可以作为电源模块，构成拥有多路负载的通信电源，比如六路冗余电源构成一通信电源。

8.根据权利要求7所述的通信电源，其特征在于它包含一口型外壳和多电源模块，口型外壳与静音电源外壳的材质相同，经过表面处理而整体绝缘，前面是容纳多电源模块的敞口，后面是AC电源排插和可拆卸的挡板；它还可以包含一敞口水箱，该水箱与静音电源外壳的材质相同，经过表面处理而整体绝缘，内部盛有冷却液如水，紧贴口型外壳顶面并固定于其上。

9.根据权利要求7所述通信电源，其特征还在于它可以作为电源单元，构成一电源柜；该电源柜是由一框架和一敞口水箱组成，二者与静音电源外壳的材质相同，二者都经过表面处理而绝缘；框架可以容纳电源单元，电源单元固定在框架上；敞口水箱固定在框架上，内部盛有冷却液如水。

10.根据权利要求3所述的高导热率金属，其特征在于它是指导热率接近和高于纯铝的金属、合金及其合成材料，比如铝及其合金，铜及其合金、钛及其合金、金刚石-铜、金刚石-铝。

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