CN103296863B - 电源转换装置 - Google Patents

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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Abstract

本发明提供了一种电源转换装置。该电源转换装置包含一冷板底座、一印刷配线板组件、一封装壳板组件。冷板底座固定印刷配线板组件，并对印刷配线板组件所放出的热量进行散热；封装壳板组件配设有一上壳板、一下壳板与至少一组两侧壳板，以不同方位分别安装在冷板底座上，其中封装壳板组件组装后之总成围住冷板底座及印刷配线板组件。相比于现有技术，本发明可提升散热效率，减少组件占用的面积，并且可增加功率密度。

Description

电源转换装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种电源转换装置及其组装方法。
背景技术
近年来由于工商发达、社会进步，相对提供之产品亦主要针对便利、确实、经济实惠为主旨，因此，当前开发之产品亦比以往更加进步，而得以贡献社会。
图1所示为传统的直流转换器100的立体图。如图1所示，直流转换器100包含冷板底座110与印刷配线板组件120，印刷配线板组件120包括印刷配线板121及其第一面上的电子组件，例如：晶体管131、变压器132、扼流圈133等等。于此架构中，印刷配线板121的背面朝向冷板底座110，而其第一面却背向冷板底座110，于是电子组件131～132与冷板底座110之间隔着印刷配线板121，导致散热效率不佳。
另外，电子组件都是平躺在印刷配线板121上，因此需要占用较大的第一面面积来配置电子组件，如此造成直流转换器100的体积变大，有违现行电子装置轻薄短小的趋势。
由此可见，上述现有的硬件配置，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能有效提升散热效率，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
发明内容
本发明的目的之一是在于，提供一种电源转换装置及其组装方法，其可适用于直流转换器，或广泛的应用在相关的技术环节(如车用电源)，藉此架构得以有效提升散热效率。
依据本发明一实施例，提供了一种电源转换装置，包含一冷板底座、一印刷配线板组件、一封装壳板组件。冷板底座固定印刷配线板组件，并对印刷配线板组件所放出的热量进行散热；封装壳板组件配设有一上壳板、一下壳板与至少一组两侧壳板，以不同方位分别安装在冷板底座上，其中封装壳板组件组装后之总成围住冷板底座及印刷配线板组件。
冷板底座为一U型冷板底座，U型冷板底座包含一底板与两侧壁，两侧壁分别垂直位于底板上之相对二侧。
底板具有至少一组流体出入口，底板内配设有至少一流体通路，流体通路连通至该组流体出入口。
上壳板锁固在两侧壁的上端且完全覆盖印刷配线板组件，下壳板锁附在底板之第二面，两侧壳板分别锁附在两侧壁之相对的侧边上。
依据本发明另一实施例，提供了一种电源转换装置，包含至少一立体散热结构、一冷板底座与一印刷配线板组件。立体散热结构安装在冷板底座上；印刷配线板组件固定在冷板底座上，印刷配线板组件具有一第一面，第一面上配设有至少一电子组件，第一面面向冷板底座，立体散热结构对至少一电子组件放出的热量进行散热并将该热量导引至该冷板底座。
冷板底座为一U型冷板底座，U型冷板底座包含一底板与两侧壁，两侧壁分别垂直位于底板上之相对二侧，印刷配线板组件之两侧边分别对应抵固在两侧壁上，立体散热结构安装在底板之第一面上。
底板具有至少一组流体出入口，底板内设有至少一流体通路，流体通路连通至组流体出入口供冷却液流动。
立体散热结构包含至少两个冷却槽。该至少两个冷却槽位于冷板底座之第一面上，分别容置电子组件，其中电子组件包括变压器与扼流器，相应电子组件与冷却槽之间的间隙,以提升热传效率。
流体通路为一蛇型沟槽以限定Z字形的冷却液流动路径。
电子组件包含至少一晶体管，晶体管竖立于第一面上，冷却槽之侧壁作为一支撑壁，支撑壁之表面与晶体管接触。
上述电源转换装置更包含：一固定件，用以将晶体管固定在支撑壁之表面。
固定件包含一金属弹性夹，金属弹性夹之一端固定于底板而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
底板具有一夹持部，金属弹性夹之一端固定在夹持部而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
金属弹性夹之一端锁附于底板而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
电子组件包含一变压器，立体散热结构包含一冷却槽，冷却槽包含：一底座，安装在底板上；一容置槽，位于底座上，用以容纳变压器；一流体槽，安装在底座上，配置于容置槽之侧壁内，且连通至流体通路，其中流体槽具有一开口；一上盖，封闭流体槽之开口。
电子组件更包含一扼流器，立体散热结构更包含一散热槽，散热槽包含：一容置结构，用以容纳电子组件；一散热鳍片，于容置结构底面长出；该散热鳍片配置于流体通路所经过之一处。
电子组件更包含至少一电子零件，底板具有至少一镂空部分位于对应电子零件之处，其中当印刷配线板组件运作时，主要发热量来自变压器及扼流器。
电子组件包含至少一晶体管，晶体管竖立于第一面上，冷却槽之侧壁作为一支撑壁，支撑壁之表面与晶体管接触。
上述电源转换装置更包含：一固定件，用以将晶体管固定在支撑壁之表面。
固定件包含一金属弹性夹，金属弹性夹之一端固定于底板而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
底板具有一夹持部，金属弹性夹之一端固定在夹持部而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
金属弹性夹之一端锁附于底板而另一端抵住在支撑壁之表面上的晶体管。
综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。藉由上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
1.提升散热效率；
2.减少组件占用的面积；以及
3.增加功率密度。
以下将以实施方式对上述说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1所示为传统的直流转换器的立体图；
图2是依照本发明一实施例所绘示的电源转换装置的外观图；
图3是图2的爆炸图；
图4是依照本发明一实施例所绘示的晶体管的固定结构；
图5是图4的立体分解图；
图6是依照本发明另一实施例所绘示的晶体管的固定结构；
图7是图6的立体分解图；
图8是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座上的立体散热结构；
图9是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座结构；
图10是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座与印刷配线板组件结合的立体图；
图11是依照本发明另一实施例所绘示的冷板底座；
图12是图11中的冷却槽的爆炸图；
图13是图11中的散热槽的爆炸图；以及
图14是图11中的冷板底座的底部结构。【主要组件符号说明】
100：直流转换器
110、210：冷板底座
120、220：印刷配线板组件
121、221：印刷配线板
131、231：晶体管
132、232：变压器
133：扼流圈
211：底板
212：侧壁
213：上端
214：侧边
215：蛇型沟槽
217：镂空部分
222：第一面
240：封装壳板组件
241：上壳板
242：下壳板
243：侧壳板
250：流体出入口
252、253：流体通路
260、360：金属弹性夹
261、262、361、362：端
263：螺丝钉
270：支撑壁
271：夹持部
300：立体散热结构
310、380、390：冷却槽
311：底座
312：容置槽
313：流体槽
314：上盖
320；散热槽
321：容置结构
322：散热片
371：锁固结构
具体实施方式
为了使本发明之叙述更加详尽与完备，可参照所附之图式及以下所述各种实施例，图式中相同之号码代表相同或相似之组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。
于具体实施方式部分与权利要求书部分，涉及“耦接(coupled with)”之描述，其可泛指一组件透过其他组件而间接连接至另一组件，或是一组件无须透过其他组件而直接连接至另一组件。
于具体实施方式部分与权利要求书部分，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或复数个。
本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰之数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。
图2是依照本发明一实施例所绘示的电源转换装置200的外观图，图3是图2的爆炸图。如图所示，电源转换装置200至少包含冷板底座210与印刷配线板组件220，印刷配线板组件220为一电力转换模块。于组装时，将印刷配线板组件220的第一面面向冷板底座210，把印刷配线板组件220反扣安装在冷板底座210上。在结构上，冷板底座210得以直接对第一面上的电子组件(如：晶体管131)进行散热，以提升散热效率。
如图3所示，冷板底座210为一U型冷板底座，U型冷板底座包含底板211与两侧壁212，两侧壁212分别垂直位于底板211上之相对二侧，印刷配线板组件220的两侧边分别固定在两侧壁212上，藉此冷板底座210的两侧壁212得以支承印刷配线板组件220。
另外，U型冷板底座的底板211具有至少一组流体出入口250，底板211内设有至少一流体通路，流体通路连通至组流体出入口250，藉由引入流体流动有助于散热。
电源转换装置200包含封装壳板组件240，封装壳板组件240配设有上壳板241、下壳板242与两侧壳板243。在空间配置上，上壳板241、下壳板242与一组两侧壳板243，以不同方位分别安装在冷板底座210上，在结构上，上壳板241、下壳板242与两侧壳板243各自独立，经组合而成后，封装壳板组件240组装后之总成围住冷板底座110及印刷配线板组件220。
具体而言，上壳板241锁附在两侧壁212的上端213且完全覆盖印刷配线板组件220，藉以保护印刷配线板221及电子组件。下壳板242锁附在底板211之第二面，两侧壳板243分别锁附在两侧壁212之相对的侧边214上。如上所述的锁附方式，可以用螺丝钉与相应的螺丝孔来实现，以方便拆装。
图4是依照本发明一实施例所绘示的晶体管231的固定结构，图5是图4的立体分解图。如图所示，印刷配线板组件220具有至少一晶体管231，晶体管231竖立于印刷配线板221的第一面上，相较于平躺的摆法，藉由直立的配置方式得以减少晶体管231占用第一面的面积。
冷板底座210的底板211上具有支撑壁270，支撑壁的一表面与晶体管231接触。于本实施例中，可采用固定件将晶体管231固定在支撑壁270的该表面，使得直立的晶体管231得以稳固的与冷板底座210接触，且有助于散热。
于一实施例中，如图10所示，在构造上，支撑壁270可为立体散热结构300的一外墙，使得晶体管231不仅可定位于该外墙，立体散热结构300又可帮助晶体管231散热。
再次参照图5，固定件可为一金属弹性夹260，金属弹性夹260的一端261固定于底板211而另一端262抵住在支撑壁270的表面上的晶体管231。于本实施例中，弹性夹的结构不仅可便于拆装，金属又有助于晶体管231散热。
再者，底板211具有夹持部271，金属弹性夹260的一端261固定在夹持部271而另一端262抵住在支撑壁270的表面上的晶体管231。于本实施例中，藉由具有钩状的夹持部271，金属弹性夹的该端261得以卡在该钩状的部位，便于组装与重工。
图6是依照本发明另一实施例所绘示的晶体管231的固定结构，图7是图6的立体分解图。相较于图4～图5，图6～图7绘示之固定件为一金属弹性夹360，金属弹性夹360的一端361锁附于底板211而另一端362抵住在支撑壁270的表面上的晶体管231。于本实施例中，底板211具有锁固结构371，锁固结构371设有螺丝孔，螺丝钉263通过金属弹性夹360的该端361的开孔，将金属弹性夹360锁固在锁固结构371上。
图8是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座210上的立体散热结构300。于图8中，印刷配线板组件220安装在冷板底座210上，冷板底座210具有至少一立体散热结构300，立体散热结构300容纳印刷配线板组件220的第一面上所设置的至少一电子组件，如变压器232，藉此立体散热结构300不仅有助于电子组件散热又可保护电子组件。具体而言，立体散热结构300包含两个冷却槽380、390。冷却槽380、390位于冷板底座的第一面上，分别容置电子组件，相应电子组件与冷却槽之间的间隙使用导热胶进行填充，以提升热传效率。
图9是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座210结构。如图9所示，冷板底座210第二面具有蛇型沟槽215以限定Z字形的冷却液流动路径，有助于导热并减轻重量。于印刷配线板组件220，其印刷配线板221的第一面222面向冷板底座210。在组装时，第一面222上的电子组件(如：变压器232)对准立体散热结构300，当印刷配线板组件220反扣安装在冷板底座210时，利用立体散热结构300容置该电子组件。
图10是依照本发明一实施例所绘示的冷板底座210与印刷配线板组件220结合的立体图。参照图8、图10，立体散热结构300的冷却槽380的侧壁可作为上述支撑壁270，使得晶体管231不仅可定位于该侧壁，立体散热结构300又可帮助晶体管231散热。
图11是依照本发明另一实施例所绘示的冷板底座210。如图11所示，U型冷板底座的两侧壁212具有至少一组流体出入口250，底板211内设有至少一流体通路252，流体通路252连通至组流体出入口250。
图12是图11中的冷却槽310的爆炸图。如图12所示，立体散热结构300包含冷却槽310，冷却槽310包含底座311、容置槽312、流体槽313与上盖314。底座311安装在底板211上。容置槽312位于底座311上，用以容纳电子组件，如变压器232，变压器与容置槽的间隙使用导热胶填充，以提升热传效率。流体槽313位于底座311上，配置于容置槽312的侧壁内，且连通至流体通路252，流体槽313具有一开口，上盖314封闭流体槽313之开口，以防止流体槽313中的流体流入容置槽312。
于组装时，将第一面上的一电子组件对准冷却槽310，当印刷配线板组件220反扣安装在冷板底座210时，利用冷却槽310容置该电子组件。藉此，流体槽313可以帮助容置槽312内的电子组件散热。
另外，冷却槽310之一侧壁可作为上述之支撑壁270，使得晶体管231不仅可定位于该侧壁，流体槽313又可帮助晶体管231散热。
图13是图11中的散热槽320的爆炸图。如图13所示，立体散热结构300包含散热槽320，散热槽320包含容置结构321。容置结构321用以容纳电子组件，如扼流器。于组装时，将第一面上的一电子组件对准散热槽320，当印刷配线板组件220反扣安装在冷板底座210时，利用容置结构321冷却该电子组件，扼流器与容置结构的间隙使用导热胶进行填充,以提升热传效率。藉此散热槽320不仅有助于电子组件散热又可保护电子组件。
图14是图11中的冷板底座210的底部结构。如图14所示，散热槽320包含散热片322接触容置结构321且配置于流体通路253所经过之一处。藉此，散热片322可加速容置结构321内的电子组件散热，当流体流过散热片322时，散热效果又更为显著。
于电源转换装置中，电子组件包含变压器、扼流器、晶体管与其他电子零件(如：电容器、电阻器等)，底板210具有至少一镂空部分217位于对应该电子零件之处，其中当印刷配线板组件220运作时，电子零件的发热量远低于变压器232或扼流圈等组件的发热量，藉此可以减轻重量。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置包含：
一下壳板；
一印刷配线板组件，该印刷配线板组件具有一第一面，该第一面上配置有多个电子组件，其中该电子组件包含至少一晶体管，该晶体管竖立于该第一面上；以及
一冷板底座，该印刷配线板组件固定在该冷板底座上，该冷板底座包含一底板，该冷板底座内设有至少一流体通路用于流通冷却液，该冷板底座位于该印刷配线板与该下壳板之间，该下壳板与该冷板底座组合形成该冷板底座内密闭的所述流体通路，该冷板底座面向该第一面，并对该些电子组件进行散热，该冷板底座包含一立体散热结构面向该第一面，该立体散热结构对该些电子组件放出的热量进行散热并将该热量导引至该冷板底座，其中该冷板底座具有至少一组流体出入口，该流体通路连通至该组流体出入口，供冷却液流动，该立体散热结构包含一冷却槽，该冷却槽包含：
一底座，安装在该底板上；
一容置槽，位于该冷却槽的该底座上，用以容纳至少一该电子组件，其中至少一该电子组件与该容置槽之间的间隙使用导热胶填充；
一流体槽，安装在该底座上，配置于该容置槽之侧壁内，且连通至该流体通路，其中该流体槽具有一开口，该冷却槽之侧壁作为一支撑壁，且该支撑壁之表面与该晶体管接触；以及一上盖，封闭该流体槽之该开口。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该冷板底座为一U型冷板底座，该U型冷板底座包含两侧壁，该两侧壁分别垂直位于该底板上之相对二侧，该印刷配线板组件之两侧边分别对应抵固在该两侧壁上，该立体散热结构安装在该底板之第一面上。
3.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该立体散热结构包含至少两个冷却槽，分别容置该电子组件，其中该电子组件包括一变压器与一扼流器，相应该电子组件与该冷却槽之间的间隙使用导热胶填充。
4.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该流体通路为一蛇型沟槽以限定Z字形的冷却液流动路径。
5.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置更包含：
一固定件，用以将该晶体管固定在该支撑壁之表面。
6.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，该固定件包含一金属弹性夹，该金属弹性夹之一端固定于该冷板底座而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
7.如权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，该冷板底座具有一夹持部，该金属弹性夹之一端固定在该夹持部而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
8.如权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，该金属弹性夹之一端锁附于该冷板底座而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
9.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该电子组件更包含一扼流器，该立体散热结构更包含一散热槽，该散热槽包含：
一容置结构，用以容纳该扼流器，其中该扼流器与该容置结构之间的间隙使用导热胶填充；以及
一散热鳍片，于该容置结构底面长出，且该散热鳍片配置于该流体通路所经过之一处。
10.如权利要求9所述的电源转换装置，其特征在于，该电子组件更包含至少一电子零件，该底板具有至少一镂空部分位于对应该电子零件之处。
11.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置更包含：
一固定件，用以将该晶体管固定在该支撑壁之表面。
12.如权利要求11所述的电源转换装置，其特征在于，该固定件包含一金属弹性夹，该金属弹性夹之一端固定于该底板而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
13.如权利要求12所述的电源转换装置，其特征在于，该底板具有一夹持部，该金属弹性夹之一端固定在该夹持部而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
14.如权利要求12所述的电源转换装置，其特征在于，该金属弹性夹之一端锁附于该底板而另一端抵住在该支撑壁之表面上的该晶体管。
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