CN104981137B - 用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统 - Google Patents
用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，涉及到一种散热装置，由机内散热器、机外冷凝器、压缩机和绝缘管组成，机内散热器为移热式散热器，其体中有蒸发腔，蒸发腔的下部后侧有输入接口，蒸发腔的上部有输出接口；在移热式散热器上有压紧簧片，压紧簧片由压紧面、弹力弯和压脚构成；绝缘管包括回气管和连接管，移热式散热器的输出接口通过回气管、压缩机和排气管连接到机外冷凝器的回气输入接口上，机外冷凝器的制冷剂输出接口通过连接管和节流毛细管连接到移热式散热器下部的输入接口上。本发明采用制冷剂吸热的移热方式把功率开关管产生的热量快速散去，使散热器体积大大减小，节省散热器的占位空间，使开关电源结构紧凑、功率密度高、小型化。
Description
技术领域
本发明涉及到一种散热装置，特别涉及到一种塑封功率管的散热装置。
背景技术
当前，在工业生产、城市固体废物处置、通信、电力等领域广泛使用开关电源，对开关电源的一般要求是可靠、稳定、小型和高效率，高频化使得开关电源去掉工频变压器，从而实现高效率和小型化。但是，开关电源中的功率开关在工作时会发热，为了使开关电源能够可靠和稳定工作，功率开关管产生的热量必须及时散去，否则会使功率开关管损坏。一般塑封功率开关管通过铝制散热器进行散热，塑封功率开关管把热量传递给铝制散热器，铝制散热器再通过风冷或自然冷却方式把热量向周边的空间散发，铝制散热器必须要有足够的有效散热面积才能把塑封功率开关管产生的热量散去，因此，常规的铝制散热器体积较大，存在占位空间大和重量大的缺点，影响了开关电源的功率密度，使得小型化受到限止。
发明内容
本发明的目的是使功率开关管的散热器在电路板上的占位空间小，便于功率器件在电路板上布局，使开关电源结构紧凑，功率密度高，利于开关电源小型化。
本发明的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，主要由机内散热器、机外冷凝器、压缩机和绝缘管组成，机外冷凝器为翅片盘管结构，机外冷凝器的盘管上端有回气输入接口，机外冷凝器的盘管下端有制冷剂输出接口，其特征是机内散热器为移热式散热器，移热式散热器1的体中有蒸发腔1-4，蒸发腔1-4的下部后侧有输入接口1-1接入，蒸发腔1-4的上部有输出接口1-5接出；在移热式散热器1上有压紧簧片4，压紧簧片4由压紧面4-1、弹力弯4-2和压脚4-3构成，压紧面4-1位于压紧簧片4的中间段，压紧面4-1的两边为拱起的弹力弯4-2，两边的弹力弯4-2外侧各为L形的压脚4-3，在压脚4-3上有安装通孔；绝缘管包括回气管7和连接管11，由移热式散热器1的蒸发腔1-4、回气管7、压缩机8、排气管9、机外冷凝器10、连接管11和节流毛细管12构成制冷循环回路，移热式散热器1上部的输出接口1-5通过回气管7连接到压缩机8的吸气口，压缩机8的排气口通过排气管9连接到机外冷凝器10的回气输入接口上，机外冷凝器10的制冷剂输出接口连接到连接管11的一端，连接管11的另一端通过节流毛细管12连接到移热式散热器1下部的输入接口1-1上。
本发明中，在移热式散热器1的前面有用于安装功率开关管的平面，在移热式散热器1前面的平面上有用于紧固功率开关管的压紧螺孔，在移热式散热器1的前面下部有避开功率开关管引脚的间距凹口；移热式散热器1的下端为封闭的实体，在移热式散热器1下端的封闭实体中有安装螺孔1-2；移热式散热器1的输入接口1-1和输出接口1-5各为内螺纹管牙结构，在输入接口1-1上有移热介质输入接头2，在输出接口1-5上有移热介质输出接头6；移热式散热器1的蒸发腔1-4为一段圆形直孔或方形直孔或多边形直孔，在圆形直孔或方形直孔中有冷却肋条。
本发明应用时，在功率开关管3背后的散热面涂上导热硅胶，再把功率开关管3贴附在移热式散热器1前面的平面上，然后把压紧簧片4扣压在功率开关管3上，压紧簧片4的压紧面4-1压合在功率开关管3上，用压紧螺栓穿过压脚4-3上的安装通孔旋合在移热式散热器1的压紧螺孔中，使功率开关管3背后的散热面与移热式散热器1前面的平面进行紧密接触，具体实施时，可在压紧簧片4的压紧面4-1与功率开关管3之间设置胶垫5，使压紧面4-1与功率开关管3之间进行软接触，避免压力过大损坏功率开关管3；然后把移热式散热器1携功率开关管3安装在开关电源的电路板上，通过使用螺钉穿过电路板旋合在移热式散热器1的安装螺孔1-2中的措施把移热式散热器1在电路板上进行定位，再把功率开关管3的引脚焊接在电路板的线路上；使用时，先把制冷循环回路抽真空和加入制冷剂，液态的制冷剂在移热式散热器1的蒸发腔1-4进行蒸发吸热，把功率开关管3产生的热量移去，气态的制冷剂被压缩机8送入机外冷凝器10进行冷凝放热。机外冷凝器10采用风扇强制冷却方式或冷却水热交换方式进行散热冷却。
上述的发明工作时，压缩机8把气态的制冷剂通过排气管9送入到机外冷凝器10中，使冷凝器内的压力升高，当冷凝器内的压力达到制冷剂的冷凝压力时，冷凝器内的气态制冷剂便成为液态制冷剂，冷凝器内的压力迫使液态制冷剂从机外冷凝器下端的制冷剂输出接口压出，经连接管11和节流毛细管12喷入移热式散热器1的蒸发腔1-4中，由于节流毛细管12的节流作用和蒸发腔1-4空间的突然增大，使进入到蒸发腔1-4中的液态制冷剂快速蒸发，成为气态制冷剂，液态制冷剂蒸发为气态制冷剂时需吸收热量，因此，蒸发腔1-4中的液态制冷剂快速蒸发活动便把功率开关管3传递到蒸发腔1-4中的热量快速吸去，然后以循环流动方式把热量快速从移热式散热器1中移出，送入机外冷凝器10中，再通过风扇强制冷却方式或冷却水热交换方式把热量散去，使气态制冷剂冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂又通过连接管11和节流毛细管12返回到移热式散热器1的蒸发腔1-4中进行循环吸热，如此周而复始，把功率开关管3产生的热量以移热方式散去，使功率开关管3的散热器体积大大减小，节省电路板上散热器的占位空间，方便电路板上的元件布局和线路布局，使电路板上结构紧凑，从而使开关电源结构紧凑、功率密度高、小型化。高频开关电源在高电压大电流工作的情况下，其通态时的损耗大，发热量更大，本发明采用制冷剂吸热的移热方式把功率开关管3产生的热量通过机外冷凝器10进行散热，散热速度更快和效率更高，能有效解决高频开关电源在高电压大电流工作的情况下的散热问题，其冷却器件不占据机内的空间，给开关电源的小型化创造条件。
上述发明中，不用功率开关管上的原有安装孔来安装功率开关管，而使用压紧簧片4扣压在功率开关管3上的方式来安装功率开关管，因压紧簧片4上的压紧面5-1比功率开关管上的原有安装孔的螺钉压合面的施压面积大很多，因此，用压紧簧片4来安装功率开关管施压更均匀和更中心，使功率开关管3的散热面与移热式散热器1的贴合更紧密；压紧簧片4具有弹力弯4-2结构，使压紧面4-1在压紧功率开关管时具有弹性，避免器件热胀冷缩后松动，从而确保功率开关管3的散热面与移热式散热器1之间的贴合始终紧密。
本发明的有益效果是：提供的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，采用制冷剂吸热的移热方式把功率开关管3产生的热量快速散去，使功率开关管3的散热器体积大大减小，节省电路板上散热器的占位空间，方便电路板上的元件布局和线路布局，使电路板结构紧凑，从而使开关电源结构紧凑、功率密度高、小型化。
附图说明
图1是本发明的用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统结构图。
图2是图1的A-A剖面图。
图中：1.移热式散热器，1-1.输入接口，1-2.安装螺孔，1-3.间距凹口，1-4.蒸发腔，1-5.输出接口，2.移热介质输入接头，3.功率开关管，4.压紧簧片，4-1.压紧面，4-2.弹力弯，4-3.压脚，5.胶垫，6.移热介质输出接头，7.回气管，8.压缩机，9.排气管，10.机外冷凝器，11.连接管，12.节流毛细管。
具体实施方式
实施例1 图1所示的实施方式中，本实施例的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，主要由机内散热器、机外冷凝器、压缩机和绝缘管组成，机外冷凝器为翅片盘管结构，机外冷凝器的盘管上端有回气输入接口，机外冷凝器的盘管下端有制冷剂输出接口，其特征是机内散热器为移热式散热器，移热式散热器1的前面有用于安装功率开关管的平面，移热式散热器1前面的平面上有用于紧固功率开关管的压紧螺孔，移热式散热器1的前面下部有避开功率开关管引脚的间距凹口，移热式散热器1的下端为封闭的实体，在移热式散热器1下端的封闭实体中有安装螺孔1-2；移热式散热器1的体中有蒸发腔1-4，蒸发腔1-4为一段圆形直孔或方形直孔或多边形直孔，在圆形直孔或方形直孔中有冷却肋条，蒸发腔1-4的下部后侧有输入接口1-1接入，蒸发腔1-4的上部有输出接口1-5接出，输入接口1-1和输出接口1-5各为内螺纹管牙结构，在输入接口1-1上有移热介质输入接头2，在输出接口1-5上有移热介质输出接头6；在移热式散热器1上有压紧簧片4，压紧簧片4由压紧面4-1、弹力弯4-2和压脚4-3构成，压紧面4-1位于压紧簧片4的中间段，压紧面4-1的两边为拱起的弹力弯4-2，两边的弹力弯4-2外侧各为L形的压脚4-3，在压脚4-3上有安装通孔；绝缘管包括回气管7和连接管11，由移热式散热器1的蒸发腔1-4、回气管7、压缩机8、排气管9、机外冷凝器10、连接管11和节流毛细管12构成制冷循环回路，移热式散热器1上部的输出接口1-5通过回气管7连接到压缩机8的吸气口，压缩机8的排气口通过排气管9连接到机外冷凝器10的回气输入接口上，机外冷凝器10的制冷剂输出接口连接到连接管11的一端，连接管11的另一端通过节流毛细管12连接到移热式散热器1下部的输入接口1-1上。所述的回气管7和连接管11选用聚四氟乙烯材料的半软管。
本实施例应用时，在功率开关管3背后的散热面涂上导热硅胶，再把功率开关管3贴附在移热式散热器1前面的平面上，然后把压紧簧片4扣压在功率开关管3上，压紧簧片4的压紧面4-1压合在功率开关管3上，用压紧螺栓穿过压脚4-3上的安装通孔旋合在移热式散热器1的压紧螺孔中，使功率开关管3背后的散热面与移热式散热器1前面的平面进行紧密接触，在压紧簧片4的压紧面4-1与功率开关管3之间设置胶垫5，使压紧面4-1与功率开关管3之间进行软接触，避免压力过大损坏功率开关管3；然后把移热式散热器1携功率开关管3安装在开关电源的电路板上，通过使用螺钉穿过电路板旋合在移热式散热器1的安装螺孔1-2中的措施把移热式散热器1在电路板上进行定位，再把功率开关管3的引脚焊接在电路板的线路上；使用时，先把制冷循环回路抽真空和加入制冷剂，液态的制冷剂在移热式散热器1的蒸发腔1-4进行蒸发吸热，把功率开关管3产生的热量移去，气态的制冷剂被压缩机8送入机外冷凝器10进行冷凝放热。机外冷凝器10采用风扇强制冷却方式或冷却水热交换方式进行散热冷却。
上述的实施例工作时，压缩机8把气态的制冷剂通过排气管9送入到机外冷凝器10中，使冷凝器内的压力升高，当冷凝器内的压力达到制冷剂的冷凝压力时，冷凝器内的气态制冷剂便成为液态制冷剂，冷凝器内的压力迫使液态制冷剂从机外冷凝器下端的制冷剂输出接口压出，经连接管11和节流毛细管12喷入移热式散热器1的蒸发腔1-4中，由于节流毛细管12的节流作用和蒸发腔1-4空间的突然增大，使进入到蒸发腔1-4中的液态制冷剂快速蒸发，成为气态制冷剂，液态制冷剂蒸发为气态制冷剂时需吸收热量，因此，蒸发腔1-4中的液态制冷剂快速蒸发活动便把功率开关管3传递到蒸发腔1-4中的热量快速吸去，然后以循环流动方式把热量快速从移热式散热器1中移出，送入机外冷凝器10中，再通过风扇强制冷却方式或冷却水热交换方式把热量散去，使气态制冷剂冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂又通过连接管11和节流毛细管12返回到移热式散热器1的蒸发腔1-4中进行循环吸热，如此周而复始，把功率开关管3产生的热量以移热方式散去，使功率开关管3的散热器体积大大减小，节省电路板上散热器的占位空间，方便电路板上的元件布局和线路布局，使电路板上结构紧凑，从而使开关电源结构紧凑、功率密度高、小型化。高频开关电源在高电压大电流工作的情况下，其通态时的损耗大，发热量更大，本实施例采用制冷剂吸热的移热方式把功率开关管3产生的热量通过机外冷凝器10进行散热，散热速度更快和效率更高，能有效解决高频开关电源在高电压大电流工作的情况下的散热问题，其冷却器件不占据机内的空间，给开关电源的小型化创造条件。
Claims (5)
1.一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，主要由机内散热器、机外冷凝器、压缩机和绝缘管组成，机外冷凝器为翅片盘管结构，机外冷凝器的盘管上端有回气输入接口，机外冷凝器的盘管下端有制冷剂输出接口，其特征是机内散热器为移热式散热器，移热式散热器（1）的体中有蒸发腔（1-4），蒸发腔（1-4）的下部后侧有输入接口（1-1）接入，蒸发腔（1-4）的上部有输出接口（1-5）接出；在移热式散热器（1）上有压紧簧片（4），压紧簧片（4）由压紧面（4-1）、弹力弯（4-2）和压脚（4-3）构成，压紧面（4-1）位于压紧簧片（4）的中间段，压紧面（4-1）的两边为拱起的弹力弯（4-2），两边的弹力弯（4-2）外侧各为L形的压脚（4-3），在压脚（4-3）上有安装通孔；绝缘管包括回气管（7）和连接管（11），由移热式散热器（1）的蒸发腔（1-4）、回气管（7）、压缩机（8）、排气管（9）、机外冷凝器（10）、连接管（11）和节流毛细管（12）构成制冷循环回路，移热式散热器（1）上部的输出接口（1-5）通过回气管（7）连接到压缩机（8）的吸气口，压缩机（8）的排气口通过排气管（9）连接到机外冷凝器（10）的回气输入接口上，机外冷凝器（10）的制冷剂输出接口连接到连接管（11）的一端，连接管（11）的另一端通过节流毛细管（12）连接到移热式散热器（1）下部的输入接口（1-1）上。
2.根据权利要求1所述的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，其特征是在移热式散热器（1）的前面有用于安装功率开关管的平面，在移热式散热器（1）前面的平面上有用于紧固功率开关管的压紧螺孔，在移热式散热器（1）的前面下部有避开功率开关管引脚的间距凹口。
3.根据权利要求1所述的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，其特征是移热式散热器（1）的下端为封闭的实体，在移热式散热器（1）下端的封闭实体中有安装螺孔（1-2）。
4.根据权利要求1所述的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，其特征是移热式散热器（1）的输入接口（1-1）和输出接口（1-5）各为内螺纹管牙结构，在输入接口（1-1）上有移热介质输入接头（2），在输出接口（1-5）上有移热介质输出接头（6）。
5.根据权利要求1所述的一种用制冷剂移热的大功率开关电源散热系统，其特征是移热式散热器（1）的蒸发腔（1-4）为一段圆形直孔或多边形直孔，在圆形直孔或方形直孔中有冷却肋条。
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