CN110800321A - 用于改善电声设备的热性能的冷却技术 - Google Patents

用于改善电声设备的热性能的冷却技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种扩音器组件，该一种扩音器组件包括具有第一端部和第二端部的壳体，第一端部包括开口；在壳体的第二端部处的声学驱动器；在壳体的第一端部和第二端部之间的声学体积；在壳体的第一端部处的电路板；在壳体的第一端部处覆盖开口的阻燃盒，该阻燃盒在电路板的发热部件上方的声学体积中提供对流流动路径；以及在远离声学体积的方向上从电路板延伸的散热器，用于提供穿过电路板的传导流动路径。

Description

用于改善电声设备的热性能的冷却技术
相关申请
本申请要求于2017年6月27日提交的标题为“用于改善电声设备的热性能的冷却技术”的美国专利申请序列号15/634,740的优先权和权益，其全部内容以引用的方式并入本文。
背景技术
本说明书整体涉及声学扬声器，更具体地讲，涉及用于冷却便携式电动播音(PA)扬声器声音系统的印刷电路板(PCB)的系统和方法。
发明内容
根据一个方面，扩音器组件包括具有第一端部和第二端部的壳体，该第一端部包括开口；在壳体的第二端部处的声学驱动器；在壳体的第一端部和第二端部之间的声学体积；在壳体的第一端部处的电路板；在壳体的第一端部处覆盖开口的阻燃盒，该阻燃盒包括多个通气孔，该通气孔用于电路板的发热部件并且用于在电路板的发热部件上方的声学体积中提供自然或强制的对流流动路径；以及用于提供穿过电路板的传导流动路径的散热器。
各个方面可以包括以下特征中的一者或多者。
电路板可包括印刷电路板，并且印刷电路板可具有包括被阻燃盒围绕的包括第一组电子部件的第一侧。
第一组电子部件可被对流流动路径和传导流动路径两者冷却。
印刷电路板可具有与第一侧相对的第二侧，该第二侧面向声学体积并且包括第二组电子部件，并且第二组电子部件可被传导流动路径冷却。
阻燃盒可包括多个通气孔，该通气孔围绕具有发热部件的电路板的表面并且从声学体积中的对流路径抽出空气以冷却电路板上的发热部件。
扩音器组件可进一步包括从外部环境抽取冷却空气的至少一个声学端口，并且对流流动路径可从至少一个声学端口穿过声学体积延伸至电路板。
电路板的至少一部分和阻燃盒可将内部声室与外部环境隔开。
第二组电子部件可产生比第一组电子部件更多的热量，并且面向声学体积以通过对流流动路径和传导流动路径两者进行冷却。
根据另一个方面，用于冷却扩音器组件的系统包括围绕扩音器组件的声学体积中的一组发热部件的阻燃盒；至少一个声学端口，该至少一个声学端口将来自外部环境的冷却空气吸入声学体积，其中自然或强制的对流流动路径从至少一个声学端口穿过声学体积和阻燃盒延伸至发热部件；以及在发热部件和外部环境之间的散热器，用于为发热部件提供从声学体积到外部环境的传导流动路径。
各个方面可以包括以下特征中的一者或多者。
阻燃盒可包括多个通气孔，该通气孔围绕具有发热部件的电路板的表面并且从声学体积中的对流流动路径抽取空气以冷却电路板上的发热部件。
电路板的发热部件可包括由阻燃盒围绕的第一组电子部件，并且可被对流流动路径和传导流动路径两者冷却。
电路板的发热部件可包括在电路板的与第一组电子部件相对的一侧上的第二组电子部件，并且被传导流动路径冷却。
电路板的至少一部分和阻燃盒可将内部声腔与外部环境隔开。
阻燃盒和电路板的至少一部分可将声学体积与外部环境隔开，使得由声学体积内的发热部件产生的热量可仅从至少一个声学端口逸出。
根据另一个方面，用于冷却扩音器组件的方法包括在扩音器组件的声学体积中形成从在声学体积的一侧处的声学端口至在声学体积的另一侧处的阻燃盒中的多个通风孔的自然或强制的对流流动路径；形成从扩音器组件的电路板的发热部件到电路板的与声学体积相对的一侧上的散热器的传导流动路径；以及通过传导流动路径和对流流动路径两者冷却扩音器组件的电子部件。
各个方面可以包括以下特征中的一者或多者。
阻燃盒可围绕电路板的发热部件，并且可在电路板的发热部件上方提供声学体积中的对流流动路径。
阻燃盒的通气孔可围绕电路板的表面并且从声学体积中的对流路径抽取空气以冷却发热部件。
散热器可在远离声学体积的方向上从电路板延伸，以用于提供穿过电路板的传导流动路径。
电路板的发热部件可包括在电路板的面向由对流流动路径和传导流动路径两者冷却的声学体积的一侧上的第一组电子部件，并且可进一步包括在电路板的与由传导流动路径冷却的第一组电子部件相对的一侧上的第二组电子部件。
附图说明
本发明构思的示例的以上和另外的优点可以通过结合附图参考以下描述而更好地理解，在附图中，在各个附图中类似的数字标示类似的结构元件和特征。附图未必按比例绘制，相反重点是在于例示特征和具体实施的原理。
图1是根据一些示例的便携式电动公共PA扩音器系统组件的透视图。
图2是图1的扩音器系统组件的剖面图。
图3是图1和图2的扩音器系统组件的分解图。
图4是图1-图3的扩音器额系统组件的另一个剖面图，包括表示组件的元件之间的热流的流动箭头。
图5是根据一些示例的用于冷却电动扬声器的方法的流程图。
具体实施方式
熟知播音(PA)扬声器系统用于放大由一组人听到的声音的再现。然而，传送至扩音器以进行操作的很多功率被转换为热量，并且除了诸如电源、音圈、马达磁体、电池、电阻器电容器(RC)电路等发热部件之外，热量必须被移除以防止对扩音器，尤其是其电子部件的内容物造成热损坏，并且对其性能造成负面影响。
例如，电动扬声器通常包括电源、放大器和其他控制电子器件。电源将AC转换为DC以给放大器供电，其增加了音频输入信号的增益。这样，控制电子器件的电路经历效率损失，从而导致热耗散。热量必须从电路中移除，以防止其经历热击穿。
简而言之，本发明的概念的示例通过以下方式解决了常规电动扬声器所面临的前述问题：将扬声器配置成包括对铝散热器的热传导和用于在声学体积内移动空气的对流冷却路径的形成两者。例如，当扬声器打开并且没有音频正在播放时，热将通过自然对流穿过阻燃盒通风孔逸出到冷却器声学体积中。当电动扬声器播放音频时，低音喇叭将移动空气，从而通过强制对流加速热移除。
参见图1，便携式电动公共PA扩音器系统组件10包括组装有产生热量的产热电子部件的电路板90，诸如印刷电路板(PCB)等。壳体22(也称为外壳或机柜)可包括但不限于顶部、基座和侧面，该顶部、基座和侧面共同形成内部，电路板90以及一个或多个声学驱动器82、或扬声器以及其他熟知的产热部件诸如电源、电池放大器电子器件等被定位在其中。此外，壳体22的内部提供足够的声学体积，以允许由声学驱动器82执行音频生成操作。
电路板90被构造和布置成使得一些发热电子部件91A诸如电阻器电容器(RC)电路、初级变压器和功率晶体管诸如场效应晶体管(FET)和/或提供高热生成的其他部件被定位在电路板90的声学体积侧处，并且面向声学体积85中的声学驱动器82，即定位在壳体22的声学体积中。将这些部件放置在换能器产生的气流附近，以实现最大冷却。产生较少热量的其他电子部件91B和散热器112位于电路板90的相对侧上，即壳体22的声学体积85的外部。
除了为扩音器系统10提供电子部件91A、91B(一般地，称为91)之外，电路板90还可与阻燃盒110连接来提供屏障。具体地讲，除了端口音频路径之外，必须密封声学体积85内的空气。在阻燃盒110中提供通风孔114，该通风孔允许空气冷却电路板90上的电子器件91，但此空气不能泄漏到外部，否则会产生不需要的声音。电路板90用作屏障以防止此类漏气。阻燃盒110可包括一组刚性肋以加固阻燃盒并停止任何振动。
这样，电路板90可沿着声学体积85内的对流冷却路径(即，用于冷却扩音器系统组件10的内部)并且沿着传导热流动路径至与从电路板90的第二侧延伸的第二电子部件91B搭配的散热器112。
阻燃盒110覆盖壳体22的开口，并且在壳体22的开口处围绕电路板90，或更具体地讲，覆盖包括暴露于声学体积85的发热部件的电路板90的顶部表面，以将声学体积85与外部环境隔开。在由电子电路短路引起火灾的情况下，阻燃盒110是政府安全法规(例如，UL批准)所要求的。阻燃盒110防止所包含的任何此类火灾蔓延以及在火灾中捕捉到易燃材料。阻燃盒110可由塑料或其他复合材料形成。用于形成阻燃盒110的材料可为热塑性合金，例如包括聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)以提供阻燃性，其具有安全标准所要求的UL94-V0等级或相关等级以防止塑料在预定安全要求设置之外点燃/燃烧。
阻燃盒110包括定位在壳体22的声学体积85和电路板90之间的多个通气孔114，以提供从声学驱动器和声学端口92到电路板90的对流冷却路径，并且更具体地讲，用于在电路板90的电子部件处引导冷却空气。例如，通气孔114可定位在电路板90的面向壳体22内部的通气孔114的一侧上的一些或所有电子部件91A的正上方。阻燃盒110的周边提供围绕壳体22的开口的密封件，使得声学体积85中的空气不会泄漏。
另外，如图3所示，格栅、屏幕或面板24可覆盖壳体22的侧表面，并且定位在电路板90上方。面板24可容纳来自电路板90的一组控制元件，诸如音量、调谐、混响、低音和/或高音旋钮、电源连接器、输入连接器、开关、麦克风/线路开关、器械插孔、立体声输入、辅助输入等。
因此，在一些示例中，提供了用于冷却电声设备诸如图1的扩音器系统组件10的系统。如图2-图4中所示，该系统包括但不限于电路板90以及用于执行将传导热流和对流冷却(例如，自然对流或强制对流)组合的壳体声学端口92、声学体积85、阻燃盒110、散热器112和通气孔114。
例如，如图4所示，自然对流流动路径由接收自然气流并使空气循环穿过内部体积85的声学端口92形成。另外，如图3所示，阻燃盒110的通气孔114可位于特定的产热电子部件91A(诸如RC电路、变压器等)上方，以便在对流冷却期间，空气流过在壳体22内的电路板90的一侧上的电子部件91A并围绕其流动。此处，壳体22内的温度可通过端口92和壳体22中的通气孔114的自然对流冷却而减小。如前所述，电路板90可用作屏障，使得阻燃盒110和电路板90的至少一部分将内部声室85与外部环境隔开。这样，声学体积85内的热量可仅从空气端口92逸出。因此，热量从卡笼移除至周围环境，而空气端口92也可从系统外部的环境将冷却空气吸入到壳体22中，并且阻燃盒通气孔114允许声学体积85中的冷却器空气冷却电路板90上的电子器件91。
在其他方法中，电路板90上的电子部件91产生的热量也可通过传导冷却至少部分地被移除，即通过散热器112将热量从电路板90上耗散或移除，该散热器将热量传导远离电路板90上的电子部件91以转移到周围环境。
因此，在壳体22内产生的热量可通过在壳体22内的发热部件与周围环境之间形成的一个或多个传导冷却路径和对流冷却路径(图4中的箭头所示)移除。
图5是根据一些示例的用于冷却电动扬声器的方法200的流程图。方法200可在图1至图4的便携式电动公共PA扩音器系统组件10上执行。
在框202处，通过将阻燃盒110定位在壳体22的开口处来密封壳体22。
在框204处，电路板90密封在阻燃盒110内部。
在框206处，在组件10的操作期间，在声学体积85中形成对流冷却路径，并且以由阻燃盒110和电路板90的存在所建立的方式引导对流冷却路径。
在框208处，从电路板90上的电子部件91至在远离声学体积85的方向上从电路板90延伸的散热器形成传导热流动路径。
应当理解，前面的描述旨在例示、而并非限制由所附权利要求书的范围限定的本发明的范围。其他实施方案在以下权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种扩音器组件，包括：
壳体，所述壳体具有第一端部和第二端部，所述第一端部包括开口；
声学驱动器，所述声学驱动器在所述壳体的所述第二端部处；
声学体积，所述声学体积在所述壳体的所述第一端部和所述第二端部之间；
电路板，所述电路板在所述壳体的所述第一端部处；
阻燃盒，所述阻燃盒在所述壳体的所述第一端部处覆盖所述开口，所述阻燃盒在所述电路板的发热部件上方的所述声学体积中提供自然或强制的对流流动路径；和
散热器，所述散热器在远离所述声学体积的方向上从所述电路板延伸，以用于提供穿过所述电路板的传导流动路径。
2.根据权利要求1所述的扩音器组件，其中所述电路板包括印刷电路板，并且其中所述印刷电路板具有包括被所述阻燃盒围绕的第一组电子部件的第一侧。
3.根据权利要求2所述的扩音器组件，其中所述第一组电子部件被所述对流流动路径和所述传导流动路径两者冷却。
4.根据权利要求3所述的扩音器组件，其中所述印刷电路板具有与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧面向所述声学体积并且包括第二组电子部件，并且其中所述第二组电子部件被所述传导流动路径冷却。
5.根据权利要求4所述的扩音器组件，其中所述第二组电子部件产生比所述第一组电子部件更多的热量，并且面向所述声学体积以通过所述对流流动路径和所述传导流动路径两者进行冷却。
6.根据权利要求1所述的扩音器组件，其中所述阻燃盒包括多个通气孔，所述多个通气孔围绕所述电路板的具有所述发热部件的表面并且从所述声学体积中的所述对流路径抽取空气以冷却所述电路板上的所述发热部件。
7.根据权利要求1所述的扩音器组件，还包括从外部环境抽取冷却空气的至少一个声学端口，其中所述对流流动路径从所述至少一个声学端口穿过所述声学体积延伸到所述电路板。
8.根据权利要求1所述的扩音器组件，其中所述电路板的至少一部分和所述阻燃盒将所述内部声室与外部环境隔开。
9.一种用于冷却扩音器组件的系统，包括：
阻燃盒，所述阻燃盒围绕所述扩音器组件的声学体积中的一组发热部件；
至少一个声学端口，所述至少一个声学端口将来自外部环境的冷却空气吸入所述声学体积，其中自然或强制的对流流动路径从所述至少一个声学端口穿过所述声学体积和所述阻燃盒延伸至所述发热部件；和
散热器，所述散热器在所述发热部件和所述外部环境之间，用于为所述发热部件提供从所述声学体积到所述外部环境的传导流动路径。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述阻燃盒包括多个通气孔，所述多个通气孔围绕具有所述发热部件的电路板的表面并且从所述声学体积中的所述对流路径抽取空气以冷却所述电路板上的所述发热部件。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述电路板的所述发热部件包括由所述阻燃盒围绕的第一组电子部件，所述第一组电子部件被所述对流流动路径和所述传导流动路径两者冷却。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述电路板的所述发热部件包括在所述电路板的与所述第一组电子部件相对的一侧上的第二组电子部件，并且所述发热部件被所述传导流动路径冷却。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述电路板的至少一部分和所述阻燃盒将所述内部声室与所述外部环境隔开。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述阻燃盒和所述电路板的至少一部分将所述声学体积与所述外部环境隔开，使得由所述声学体积内的所述发热部件产生的热量仅从所述至少一个声学端口逸出。
15.一种用于冷却扩音器组件的方法，包括：
在所述扩音器组件的声学体积中形成从在所述声学体积的一侧处的声学端口到在所述声学体积的另一侧处的阻燃盒中的多个通气孔的对流流动路径；
形成从所述扩音器组件的电路板的发热部件到所述电路板的与所述声学体积相对的一侧上的散热器的自然或强制的传导流动路径；以及
通过所述传导流动路径和所述对流流动路径两者来冷却所述扩音器组件的所述电子部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述阻燃盒包围所述电路板的所述发热部件并且在所述电路板的所述发热部件上方提供所述声学体积中的所述对流流动路径。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述阻燃盒的所述通气孔围绕所述电路板的表面并且从所述声学体积中的所述对流路径抽取空气以冷却所述发热部件。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述散热器在远离所述声学体积的方向上从所述电路板延伸，用于提供穿过所述电路板的所述传导流动路径。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电路板的所述发热部件包括在所述电路板的一侧上的第一组电子部件，所述第一组电子部件面向由所述对流流动路径和所述传导流动路径两者冷却的所述声学体积，并且所述发热部件还包括在所述电路板的与由所述传导流动路径冷却的所述第一组电子部件相对的一侧上的第二组电子部件。
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