CN102159056A - 散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器 - Google Patents
散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，该控制器的外壳集成了散热器结构和焊杯结构，提高了散热效果，且实现了良好的密封性和抗电磁干扰特性，内部功率控制器组件通过双面的陶瓷覆铜板与发热部件(10)充分连接，形成良好的散热通路；可伐套与输出引出杆之间的连接，保证了控制器的密封性能，且焊杯状的可伐套降低了底板与输出引出杆的密封装配难度，还保证了输出引出杆与长、短导流条实现最小接触电阻的安全连接，水平导流条连接输出电路，该设计可以最大限度节省内部空间，最大限度减小输出电路上压降；电路板上是控制电路，位于结构中央层；该控制器的整体设计，保证了良好的散热、密封，并以小体积实现了高功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率直流固态功率控制器，特别是一种散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器。
背景技术
目前，在有密封指标要求的电子设备中，当由发热器件产生的热充满密封的腔体内时，腔体内形成高温，产生使内部的其它电子元件的性能降低，或破损等问题，影响设备的正常使用。特别是对于功率较大的设备，这个散热的问题更加重要。
因此，目前为了散热，多采用的方法是在设备使用时，外部安装具有多个散热片的散热器，通过散热器扩大散热面积，提高发热元件的散热效果。但是，额外安装的散热器往往体积大，占用很大空间，使设备使用起来很麻烦。且散热器适用于多路输出的功率控制器，单路输出的功率控制器的优势即是体积小，功率密度高，额外安装大体积的散热器配合使用显然并不合理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，该控制器的结构设计提高了散热效果，实现了良好的密封性和抗电磁干扰特性，并以小体积实现了高功率密度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，由外壳、底板组件和置于外壳与底板组件组成的空腔内部的功率控制器组件组成，其中外壳的侧壁设置有散热筋，底板组件包括底板和设置在底板上的控制引出杆和可伐套，内部的功率控制器组件包括陶瓷覆铜板、发热元件、水平导流条、长导流条、短导流条、电路板和输出引出杆，其中发热元件焊接在陶瓷覆铜板上，水平导流条水平放置在发热元件上，并与发热部件形成电气连接，水平导流条为一端向上折弯的平面结构；长导流条为两端折弯的平面结构，且一端折弯焊接在陶瓷覆铜板上，另一端折弯与输出引出杆连接；短导流条包括两个分支，分别为分流支路与非采集支路，两个支路两端则合二为一，其中短导流条的分流支路一端与水平导流条向上折弯的一端连接，且短导流条也与输出引出杆连接；输出引出杆穿过设置在底板上的可伐套，伸出外壳与底板组件组成的空腔；此外电路板分别与发热部件、水平导流条、长导流条和短导流条之间形成电气连接。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，可伐套内部为空腔结构，且空腔由上大下小的杯形空腔与阶梯孔依次相接组成，其中杯形空腔用于焊接时注入焊接液，阶梯孔中的小孔用于容纳输出引出杆的细杆部分，阶梯孔中的大孔用于容纳输出引出杆的粗杆部分，从而避免焊接液流入外壳与底板组件组成的空腔内部。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，水平导流条的平面结构为H形。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，陶瓷覆铜板的上下两个表面均为覆铜层，上下两个表面之间为陶瓷绝缘层。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，可伐套和控制引出杆通过玻璃烧结与底板形成底板组件，玻璃烧结形成的玻璃绝缘子保证了空腔内部的功率控制器组件的电气通路与外壳的绝缘。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，电路板与水平导流条均通过发热部件的管脚与发热部件形成电气连接，且电路板水平设置在发热部件的上部，与水平导流条向上折弯的一端在同一平面，且与长导流条和短导流条之间形成连接。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，底板组件与外壳之间通过在底板四周挂锡实现直流固态功率控制器的密封。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，可伐套与输出引出杆之间，发热元件及各导流条与陶瓷覆铜板之间，发热元件与水平导流条之间，各导流条之间，各导流条与输出引出杆之间均采用锡焊的连接形式。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，外壳侧壁设置的散热筋为三角形散热筋。
在上述散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器中，外壳的材料为铝。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明功率控制器外壳采用的铝的材料轻、且热传导率高，散热效果和重量要求可以同时满足，并且铝合金材料易于铸造，降低了外壳的工艺加工难度；
(2)本发明功率控制器的外壳带散热筋，增强了散热能力，实现设备自身散热和提高功率密度，实现单路输出大功率直流功率控制器的高效率使用；
(3)本发明功率控制器的陶瓷覆铜板结构同时实现电气的连接和散热通道的连接，在安装过程中，通过夹具固定，把双面的陶瓷覆铜板、各元器件、外壳和长导流条同步锡焊，保证了焊接的一致性和焊接成品的低导通电阻；
(4)本发明功率控制器中陶瓷覆铜板一面的覆铜层的形状、尺寸和器件尺寸的匹配设计可以有效抑制器件锡焊时焊料浸润流动过程造成的位置改变；另一面采用尽可能大的覆铜层的面积可以最大限度增加与散热外壳的连接，提高散热效果。中间的陶瓷绝缘层，保证了电路与外壳的绝缘；
(5)本发明功率控制器的长导流条通过陶瓷覆铜板的一面与电路元器件的一个极性相连，水平导流条、短导流条与元器件的另一个极性相连，形成输出部分的电路，水平导流条的设计实现了多元器件的连接，且水平导流条挂锡焊接保证了接触牢固，最大限度节省了内部空间，导流条的设计最大限度减少其接触电阻产生的导通压降，减少了控制器内部的无用功耗，降低了系统工作时产生的多余热量；
(6)本发明功率控制器中可伐套的设计结构是缩短的焊杯状，可伐套缩短的焊杯状结构保证导流条与输出引出杆连接阻抗小，且焊接工艺简单，可伐套通过玻璃烧结的形式与底板形成一体，可伐套与底板之间的玻璃绝缘子保证了绝缘和密封性能，可伐套与输出引出杆采用锡封的连接方式，焊杯状结构含内阶梯孔的设计使灌锡连接时，锡可以很容易的注入，但因为有阶梯台的阻挡，避免了多余的锡流到腔体内部；
(7)本发明功率控制器底板和一体化的外壳同样采用锡封的连接方式，实现了产品的密封性能，且外观美观。
附图说明
图1为本发明功率控制器的外观结构图；
图2为本发明功率控制器内部功率控制器组件结构示意图；
图3为本发明功率控制器去掉电路板的内部功率控制器组件结构示意图；
图4为本发明功率控制器的水平导流条和长导流条安装图；
图5是本发明功率控制器的底板组件结构示意图；
图6为本发明功率控制器的可伐套结构示意图；
图7为本发明功率控制器外壳结构示意图；
图8为本发明水平导流条结构示意图；
图9为本发明短导流条结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明功率控制器的外观结构图，由图可知功率控制器由外壳1、底板组件和置于外壳1与底板组件组成的空腔内部的功率控制器组件组成，其中外壳1集成了散热器结构，提高了散热效果，且实现了良好的密封性和抗电磁干扰特性，外壳1的四个侧壁上均设置有三角形散热筋12，如图7所示为本发明功率控制器外壳结构示意图。可伐套2和控制引出杆5通过玻璃烧结与底板4形成底板组件，如图5所示为本发明功率控制器的底板组件结构示意图，可伐套2与底板4之间的玻璃绝缘子19以及控制引出杆5与底板4之间的玻璃绝缘子19保证了电气通路与外壳1的绝缘。底板组与外壳1之间通过在底板4四周挂锡实现控制器的密封性能。
图1中可以看到两根较粗的铜质的输出引出杆3，输出引出杆3的直径根据内部的功率控制器输出的负载电流大小设定，紫铜的材料保证了低的导通电阻。输出引出杆的四周是可伐套2，可伐套2实现了输出引出杆3与底板4、输出引出杆3与控制器内部的功率控制器组件的电气连接。四根细的柱状引出杆是控制引出杆5，外接供电输入和控制信号输入都通过控制引出杆5引入到功率控制器内部。
如图2所示为本发明功率控制器内部功率控制器组件结构示意图，如图3所示为本发明功率控制器去掉电路板的内部功率控制器组件结构示意图，由图可知内部的功率控制器组件包括陶瓷覆铜板11、发热元件10、水平导流条8、长导流条6、短导流条7、电路板9和输出引出杆3，其中陶瓷覆铜板11的上下两个表面均为覆铜层，上下两个表面之间为陶瓷绝缘层，陶瓷覆铜板一面的覆铜层的形状、尺寸和器件尺寸的匹配设计可以有效抑制器件锡焊时焊料浸润流动过程造成的位置改变；另一面采用尽可能大的覆铜层的面积可以最大限度增加与散热外壳的连接，提高散热效果。中间的陶瓷绝缘层，保证了电路与外壳的绝缘。
发热元件10焊接在陶瓷覆铜板11上，水平导流条8水平放置在发热元件10上，并与发热部件10通过发热部件10的管脚20形成电气连接，水平导流条8为H形的平面结构，且一端15向上折弯，如图8所示为本发明水平导流条结构示意图，图4所示为本发明功率控制器的水平导流条和长导流条安装图，水平导流条8连接输出电路，可以最大限度节省内部空间，最大限度减小输出电路上压降。
长导流条6为两端折弯的平面结构，且一端折弯焊接在陶瓷覆铜板11上，另一端折弯与一个输出引出杆3连接，如图4所示。
如图9所示为本发明短导流条结构示意图，短导流条7包括两个分支，分别为分流支路13与非采集支路14，两个支路两端则合二为一，如图3所示，短导流条7的分流支路13一端与水平导流条8向上折弯的一端15连接，且短导流条7与另一个输出引出杆3连接。
两个输出引出杆3穿过设置在底板4上的可伐套2，伸出外壳1与底板组件组成的空腔。
如图6所示为本发明功率控制器的可伐套结构示意图，可伐套2内部的空腔分为两段，上面一段是一个类似杯子的上大下小的倒锥形空腔16，下面一段是一个阶梯孔，包括小孔17和大孔18，其中倒锥形空腔16用于焊接时注入锡液，阶梯孔中的小孔17用于容纳输出引出杆3的细杆部分，阶梯孔中的大孔18用于容纳输出引出杆3底端的粗杆部分，可伐套2的设计结构是缩短的焊杯状，焊杯状的可伐套2降低了底板4与输出引出杆3的密封装配难度，且可伐套缩短的焊杯状结构保证导流条与输出引出杆3连接阻抗小，保证了输出引出杆3与长、短导流条实现最小接触电阻的安全连接，并且焊接工艺简单。此外可伐套2通过玻璃烧结的形式与底板4形成一体，可伐套2与底板4之间的玻璃绝缘子19保证了绝缘和密封性能，可伐套2与输出引出杆3采用锡封的连接方式，焊杯状结构含内阶梯孔的设计使灌锡连接时，锡可以很容易的注入，但因为有阶梯台的阻挡，避免了多余的锡流到腔体内部。
如图2所示为本发明功率控制器内部功率控制器组件结构示意图，电路板9为控制电路，位于内部功率控制器组件的中央层。电路板9通过发热部件10的管脚20与发热部件10形成电气连接，且电路板9水平设置在发热部件10的上部，与水平导流条8向上折弯的一端在同一平面，且与长导流条6和短导流条7之间形成电气连接。
此外本发明可伐套2与输出引出杆3之间，发热元件10及各导流条与陶瓷覆铜板11之间，发热元件10与水平导流条8之间，各导流条之间，各导流条与输出引出杆3之间均采用锡焊的连接形式，使得整个继电器的导通电阻降至mΩ以下。
本发明功率控制器的工作过程为：外界把控制信号从控制引出杆5输入，传送到与控制引出杆5相连的电路板9上，电路板9对输入信号处理后，控制输出信号。输出信号流经的回路是：输出引出杆3到长导流条6到陶瓷覆铜板11到发热部件10到水平导流条8到短导流条7到另一个输出引出杆3。
以上所述，仅为本发明的一个实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
Claims (10)
1.散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于由外壳(1)、底板组件和置于外壳(1)与底板组件组成的空腔内部的功率控制器组件组成，其中外壳(1)的侧壁设置有散热筋(12)，底板组件包括底板(4)和设置在底板(4)上的控制引出杆(5)和可伐套(2)，内部的功率控制器组件包括陶瓷覆铜板(11)、发热元件(10)、水平导流条(8)、长导流条(6)、短导流条(7)、电路板(9)和输出引出杆(3)，其中发热元件(10)焊接在陶瓷覆铜板(11)上，水平导流条(8)水平放置在发热元件(10)上，并与发热部件(10)形成电气连接，水平导流条(8)为一端向上折弯的平面结构；长导流条(6)为两端折弯的平面结构，且一端折弯焊接在陶瓷覆铜板(11)上，另一端折弯与输出引出杆(3)连接；短导流条(7)包括两个分支，分别为分流支路(13)与非采集支路(14)，两个支路两端则合二为一，其中短导流条(7)的分流支路(13)一端与水平导流条(8)向上折弯的一端连接，且短导流条(7)也与输出引出杆(3)连接；输出引出杆(3)穿过设置在底板(4)上的可伐套(2)，伸出外壳(1)与底板组件组成的空腔；此外电路板(9)分别与发热部件(10)、水平导流条(8)、长导流条(6)和短导流条(7)之间形成电气连接。
2.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述可伐套(2)内部为空腔结构，且所述空腔由上大下小的杯形空腔(16)与阶梯孔依次相接组成，其中杯形空腔(16)用于焊接时注入焊接液，阶梯孔中的小孔(17)用于容纳输出引出杆(3)的细杆部分，阶梯孔中的大孔(18)用于容纳输出引出杆(3)的粗杆部分，从而避免焊接液流入外壳(1)与底板组件组成的空腔内部。
3.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述水平导流条(8)的平面结构为H形。
4.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述陶瓷覆铜板(11)的上下两个表面均为覆铜层，上下两个表面之间为陶瓷绝缘层。
5.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述可伐套(2)和控制引出杆(5)通过玻璃烧结与底板(4)形成底板组件，玻璃烧结形成的玻璃绝缘子(19)保证了空腔内部的功率控制器组件的电气通路与外壳(1)的绝缘。
6.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述电路板(9)与水平导流条(8)均通过发热部件(10)的管脚(20)与发热部件(10)形成电气连接，且电路板(9)水平设置在发热部件(10)的上部，与水平导流条(8)向上折弯的一端在同一平面，且与长导流条(6)和短导流条(7)之间形成连接。
7.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述底板组件与外壳(1)之间通过在底板(4)四周挂锡实现直流固态功率控制器的密封。
8.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述可伐套(2)与输出引出杆(3)之间，发热元件(10)及各导流条与陶瓷覆铜板(11)之间，发热元件(10)与水平导流条(8)之间，各导流条之间，各导流条与输出引出杆(3)之间均采用锡焊的连接形式。
9.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述外壳(1)侧壁设置的散热筋(12)为三角形散热筋。
10.根据权利要求1所述的散热一体化结构的大功率直流固态功率控制器，其特征在于：所述外壳(1)的材料为铝。
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