CN113163695A - 一种大功率电源的散热结构以及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及器件散热的技术领域，尤其涉及一种大功率电源的散热结构，包括散热外壳以及与电路主板，所述电路主板上电连接有功率器件，所述散热外壳包括散热底板以及设置于散热底板周沿的散热围墙，所述散热围墙背离散热底板的一侧面设置有散热基板，所述功率器件为装贴式功率器件，所述装贴式功率器件安装于散热基板上。本申请功率器件装贴到散热基板上，不需要散热垫或者绝缘膜，具有热阻小、散热效果好、耐压性好的特点，安装时只需要将铝基板压接到散热平面侧壁，螺钉数量减少，也降低了工人的操作难度。

Description

一种大功率电源的散热结构以及方法

技术领域

本申请涉及器件散热的技术领域，尤其是涉及一种大功率电源的散热结构以及方法。

背景技术

在车载充电机、车载DC/DC或者电机驱动器等防震等级较高的大功率电源上，电功率在180w以上的大功率电源在通电运行的过程中会产生较多的热量。

在大功率电源中，功率器件主要用于电力设备的大功率电能变换和控制大功率电路。功率器件的电流通常为数十至数千安，电压为数百伏以上，因此发热量也较大，需要对功率器件及时散热。功率器件散热的常见做法是通过散热器散热，而车载电源上的通用的做法是将功率器件固定在散热壳体上，不再有单独的散热器。功率器件和散热壳体的固定方式有多种，最常见的一种是功率器件安装在电路主板上，功率器件朝向散热壳体的外侧，并将功率器件用螺丝压接在散热壳体的侧壁，功率器件与散热壳体之间还需要夹设有散热垫、绝缘膜，使得功率器件的热量通过散热壳体导走，实现散热的功能。

由于散热垫或者绝缘膜容易破损，因此上述的方案存在着功率器件的散热结构的稳定性较差、散热效果较差的缺陷。

发明内容

为了提升散热结构的稳定性，本申请提供一种大功率电源的散热结构以及方法。

第一方面，本申请提供一种大功率电源的散热结构，采用如下的技术方案：

一种大功率电源的散热结构，包括散热外壳以及电路主板，电路主板上连接有功率器件，散热外壳包括散热底板以及设置于散热底板周沿的散热围墙，散热围墙背离散热底板的一侧面设置有散热基板，功率器件为装贴式功率器件，装贴式功率器件安装于散热基板上。

通过上述技术方案，将装贴式功率器件贴在散热基板上，增大了功率器件与散热基板的接触面积，便于装贴式功率器件及时将热量传递至散热基板上，实现功率器件及时散热的效果；将散热基板与电路主板分离，能够增大功率器件与电路主板上电子元器件的间隔，便于功率器件的及时散热，并且具有散热结构的稳定性较好、散热结构的散热效果较佳的优点。

可选的，所述电路主板电连接有用于驱动装贴式功率器件工作的驱动芯片，所述装贴式功率器件设置在散热基板背离散热围墙的一侧；所述散热基板背离散热围墙的一侧还设置有驱动电路板，所述驱动芯片设置在驱动电路板朝向装贴式功率器件的一侧。

通过上述技术方案，将驱动芯片从电路主板上分离，而设置在独立于散热基板、电路主板的驱动电路板上，进一步增大了电路主板上电子元器件的间隔，提升了大功率电源的散热效果。

可选的，驱动电路板与电路主板之间通过金手指电连接。

通过上述技术方案，由于金手指的接触面积较大，因此能够保证装驱动电路板与电路主板之间的连接稳定性，同时在实现驱动芯片与电路主板之间的连接时也更便利。

可选的，所述散热基板朝向驱动电路板的一侧设置有可与装贴式功率器件电连通的导电柱，所述导电柱的轴心垂直于散热基板表面；所述驱动电路板上设置有可与驱动芯片电连通的导电触点，所述导电柱远离散热基板的一端与导电触点电连接。

通过上述技术方案，通电后，驱动芯片的电信号可以通过导电柱传递至导电触点上，再传递至装贴式功率器件，从而实现驱动芯片控制装贴式功率器件工作，导电柱直接从散热基板连接至驱动电路板，提升了电信号的传输效率，减少了线路布局复杂程度，还增强了散热基板与驱动电路板结构连接的稳定性。

可选的，所述散热基板朝向驱动电路板的一侧设置有中空套筒，所述驱动电路板朝向散热基板的一侧设置有连接凸块,所述中空套筒的轴心垂直于散热基板表面，所述中空套筒远离散热基板的一端与连接凸块相固定。

通过上述技术方案，中空套筒进一步地增强了散热基板与驱动电路板结构连接的稳定性。

可选的，所述散热围墙上贯穿设置有通孔，所述中空套筒贯穿于散热基板，所述通孔与中空套筒之间穿设有用于将散热围墙与散热基板固定的连接件。

通过上述技术方案，连接件将散热围墙与散热基板固定，从而使得散热围墙与驱动电路板固定，一方面能够提升散热基板与散热围墙之间的散热效果，另一方面能够提升装贴式功率器件在大功率电源的散热结构中的抗振效果。

可选的，装贴式功率器件通过回流焊装贴于散热基板。

通过上述技术方案，由于回流焊工艺有“再流动”“自定位效应”等特点，使得装贴式功率器件与散热基板之间比较容易实现焊接的高度自动化与高速度，从而便于机械操作，提升了装贴式功率器件散热基板之间的安装速度。

可选的，散热基板为铝基板。

通过上述技术方案，铝材质的散热基板具有导热率较高、质量较轻和成本较低等特点，能够起到降低大功率电源散热结构成本的作用，并且获得较佳的散热效果。

可选的，散热围墙与散热底板围合形成安装腔，电路主板朝向安装腔设置且电路主板与安装腔的边沿相固定。

通过上述技术方案，由于大功率电源的体积较大，对其稳定性以及抗振性能较高，因此散热外壳能够对电路主板起到支撑的作用，使得电路主板以及电路主板上的电子元器件的放置更稳定，同时电路主板上的电子元器件的热量也能够通过散热外壳进行散热，从而进一步提升了电子元器件的散热效果。

第二方面，本申请提供一种大功率电源的散热方法，采用如下的技术方案：

一种大功率电源的散热方法，将装贴式功率器件焊接在散热基板上，再将散热基板与散热外壳侧壁抵接。

通过上述技术方案，装贴式功率器件装贴到散热基板上，具有热阻小、散热效果好以及散热结构稳定的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.由于功率器件安装于散热基板上，增大了功率器件与散热基板的接触面积，因此功率器件的散热性能得以提升；

2.选择装贴式功率器件代替了传统的功率器件，提升了散热结构的稳定性。

附图说明

图1是本申请一种实施例的一种大功率电源的散热结构的整体结构示意图。

图2是本申请一种实施例的散热外壳的整体结构示意图。

图3是沿图4中A-A线的剖视图。

图4是本申请一种实施例的一种大功率电源的散热结构的侧视图。

图5是本申请一种实施例的驱动电路板与散热基板连接的结构示意图。

图6是本申请一种实施例的装贴式功率器件安装在散热基板的结构示意图。

图7是本申请一种实施例的驱动芯片安装在驱动电路板的结构示意图。

附图标记说明：

1、散热外壳；11、散热底板；12、散热围墙；121、通孔；122、螺纹套筒；101、安装腔；

2、电路主板；201、安装孔；21、电子元器件；

3、散热基板；301、穿孔；31、中空套筒；32、支撑柱；33、装贴式功率器件；34、导电柱；

4、驱动电路板；41、驱动芯片；42、金手指；43、连接凸块；44、支撑焊点；45、导电触点。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种大功率电源的散热结构。

参照图1、图2，一种大功率电源的散热结构，包括散热外壳1以及盖在散热外壳1的开口处的电路主板2。散热外壳1包括散热底板11以及散热围墙12，散热围墙12在散热底板11围合而形成安装腔101，电路主板2朝向安装腔101设置且电路主板2与安装腔101的边沿相固定。

参照图2，进一步地，散热底板11与散热围墙12可以通过注塑成型实现一体成型，散热底板11与散热围墙12之间也可以通过焊接、粘结或者螺栓连接实现相互固定。散热外壳1的材料可以是铝合金、铝或等导热率较高的材质。

参照图3，电路主板2上安装有电子元器件21，电路主板2固定于散热围墙12远离散热底板11的一侧边，并且电子元器件21朝向安装腔101，如此设置，电子元器件21与散热外壳1的外部相隔开，使得电子元器件21被散热外壳1保护，不易受到外力的作用而磨损、变形、移位或者脱落。

参照图1、图3，散热围墙12背离散热底板11的一侧设置有散热基板3，散热基板3具有较好的导热率，能及时传导热量，减少热量的积聚；功率器件为装贴式功率器件33，装贴式功率器件33装贴于散热基板3上。装贴式功率器件33与电路主板2之间电连接，因此增大了装贴式功率器件33与散热基板3的接触面积，使得装贴式功率器件33的产生的热量能够及时传递至散热基板3上，提升了装贴式功率器件33的散热效果。

散热基板3可以与散热围墙12背离散热底板11的一侧面抵接，装贴式功率器件33设置在散热基板3背离散热围墙12的一侧面。装贴式功率器件33朝外设置而使得散热基板3朝向散热围墙12，当装贴式功率器件33产生热量时，热量能够经过散热基板3传递至散热围墙12，使得散热围墙12及时将装贴式功率器件33的热量导走，促进装贴式功率器件33的散热。

参照图4、图5，在一个实施例中，散热基板3背离散热围墙12的一侧还设置有驱动电路板4，驱动电路板4上电连接有驱动芯片41，驱动芯片41与电路主板2电连接，驱动芯片41可驱动装贴式功率器件33工作。驱动芯片41设置在驱动电路板4朝向装贴式功率器件33的一侧。如此设置，驱动芯片与电路主板2分离，进一步增大了电路主板2中电子元器件之间的间隙，从而便于电路主板的散热；驱动芯片41独立地安装在驱动电路板4上，因此驱动芯片41的散热效果也得到了提升。驱动电路4与散热基板3之间平行设置，或者大致平行设置；驱动电路与散热基板3之间相互固定。

参照图6、图7，在一个实施例中，散热基板3可以在设置有装贴式功率器件33的一侧设置有导电柱34，导电柱34可与装贴式功率器件33通过刻蚀导电材料或者焊接等工艺实现电连通，导电柱34的轴心垂直于散热基板3表面。驱动电路板4在设置有驱动芯片41的一侧设置有导电触点45，导电触点45可与驱动芯片41电连通。结合图3，导电柱34与导电触点45位置以及数量相对应，且导电柱34远离散热基板3的一端与导电触点45可以通过焊接或者抵接、卡接等方式实现电连接。导电柱34与导电触点45固定，一方面对散热基板3与驱动电路板4之间相对的位置起到了限定的作用，另一方面可以通过导电柱34进行电信号的传输，从而实现了驱动芯片41通过电信号驱动装贴式功率器件33工作。

参照图6、图7，在另一个实施例中，散热基板3设置有装贴式功率器件33的一侧还可以设置有中空套筒31，驱动电路板4在设置有驱动芯片41的一侧设置有连接凸块43,中空套筒31的轴心垂直于散热基板3表面。结合图5，中空套筒31与连接凸块43位置以及数量相对应，中空套筒31远离散热基板3的一端与连接凸块43相固定，其固定方式可以是焊接固定或者卡接固定。

参照图3、图5，上述的紧固件可以是紧固螺丝，在本实施例中，散热基板3上开设有穿孔301，上述的中空套筒31与穿孔301同轴设置，散热围墙12上开设有通孔121。通孔121与中空套筒31同轴设置，中穿孔301可以设置有内螺纹，中空套筒31内也可以设置有内螺纹，紧固螺丝穿过通孔121，并且与穿孔301或中空套筒31螺纹连接。如此设置，能够增强散热基板3与散热围墙12之间连接的稳定性。

参照图5、图6，进一步地，散热基板3设置有装贴式功率器件33的一侧面焊接或者粘接有支撑柱32，支撑柱32可以根据实际需要而设置在散热基板3的居中位置、边沿位置或者装贴式功率器件33之间；支撑柱32远离散热基板3的一端与散热围墙12进行抵接，使得散热基板3不易发生弯曲变形，同时散热基板3的抗振性能较好。进一步地，驱动电路板4在设置有驱动芯片41的一侧可以设置有支撑焊点44，支撑焊点44的位置、数量均与支撑柱32相对应，支撑柱32与支撑焊点44可以通过焊接、粘结或者抵接实现接触。

参照图1，进一步地，上述的电路主板2朝向安装腔101设置且电路主板2与安装腔101的边沿相固定，具体的固定方式可以是卡扣固定、螺栓固定或者粘结固定。在本实施例中，电路主板2上开设有安装孔201，散热围墙12远离散热底板11的一侧边上一体设置有螺纹套筒122，安装孔201与螺纹套筒122同轴设置，使得螺丝穿过安装孔201与螺纹套筒122螺纹配合。

进一步地，装贴式功率器件33通过焊接的方式装贴于散热基板3上，具体可以是回流焊、波峰焊接或者是激光流回焊接等方式。回流焊的工艺方式具有简单与快捷的特点，装贴式功率器件33与散热基板3之间比较容易实现焊接的高度自动化与高效率，提升了装贴式功率器件33散热基板3焊接的生产效率。

进一步地，上述的散热基板3为铝合金、纯铝板或者等导热性较好的铝基板，由于散热基板3上装贴的主要是装贴式功率器件33，排除了多余的电子元器件21的安装，使得散热基板3的面积较小，比起较大面积的铝基板，本实施例中的铝基板的形变量更小，一致性更好。

参照图1、图5，进一步地，上述的驱动电路板4与电路主板2之间通过金手指42电连接。金手指42的导电接触面积较大，因此驱动电路板4与电路主板2之间的电连接更稳定，电阻较小，发热较小，提升了驱动电路板4以及电路主板2之间连接的稳定性。进一步地，金手指42可以是一端焊接固定于驱动电路板4上，另一端与电路主板2插接配合，如此设置，驱动电路板4与电路主板2的安装与拆卸较为灵活方便；也可以是金手指42两端分别焊接固定于驱动电路板4和电路主板2，如此设置，驱动电路板4与电路主板2的安装较为牢固。

进一步地，散热基板3与电路主板2信号连接，信号连接可以是通过电信号连接，也可以是通过其他信号连接，实现了散热基板3与电路主板2的信号即时传输，使得散热基板3上的电子元器件21与电路主板2之间能够保持较好的信号传输。

本申请实施例一种大功率电源的散热结构的实施原理为：采用装贴式功率器件33，通过表面装贴技术将装贴式功率器件33装贴至散热基板3上，增大了功率器件与散热基板3的接触面积，提升了功率器件的散热效果；将功率器件与电路主板2上的其他电子元器件21的距离增大，减少了功率器件的热量的堆积，从而使得功率器件的热量能够及时扩散至空气中或者散热基板3，通过紧固件将散热基板3安装在散热围墙12的外侧壁，其连接结构更稳固，一致性更好。

本申请实施例还公开一种大功率电源的散热方法。

一种大功率电源的散热方法，将装贴式功率器件33焊接在散热基板3上，再将散热基板3与散热外壳1侧壁抵接。

本申请实施例一种大功率电源的散热方法的实施原理为：采用装贴式功率器件33，通过表面装贴技术将装贴式功率器件33装贴至散热基板3上，增大了功率器件与散热基板3的接触面积，提升了功率器件的散热效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率电源的散热结构，包括散热外壳(1)以及与电路主板(2)，所述电路主板(2)上电连接有功率器件，其特征在于：所述散热外壳(1)包括散热底板(11)以及设置于散热底板(11)周沿的散热围墙(12)，所述散热围墙(12)背离散热底板(11)的一侧面设置有散热基板(3)，所述功率器件为装贴式功率器件(33)，所述装贴式功率器件(33)安装于散热基板(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述电路主板(2)电连接有用于驱动装贴式功率器件(33)工作的驱动芯片(41)，所述装贴式功率器件(33)设置在散热基板(3)背离散热围墙(12)的一侧；所述散热基板(3)背离散热围墙(12)的一侧还设置有驱动电路板(4)，所述驱动芯片(41)设置在驱动电路板(4)朝向装贴式功率器件(33)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述驱动电路板(4)与电路主板(2)之间通过金手指(42)电连接。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述散热基板(3)朝向驱动电路板(4)的一侧设置有可与装贴式功率器件(33)电连通的导电柱(34)，所述导电柱(34)的轴心垂直于散热基板(3)表面；所述驱动电路板(4)上设置有可与驱动芯片(41)电连通的导电触点(45)，所述导电柱(34)远离散热基板(3)的一端与导电触点(45)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述散热基板(3)朝向驱动电路板(4)的一侧设置有中空套筒(31)，所述驱动电路板(4)朝向散热基板(3)的一侧设置有连接凸块(43),所述中空套筒(31)的轴心垂直于散热基板(3)表面，所述中空套筒(31)远离散热基板(3)的一端与连接凸块(43)相固定。

6.根据权利要求5所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述散热围墙(12)上贯穿设置有通孔(121)，所述中空套筒(31)贯穿于散热基板(3)，所述通孔(121)与中空套筒(31)之间穿设有用于将散热围墙(12)与散热基板(3)固定的连接件。

7.根据权利要求4所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述装贴式功率器件(33)通过回流焊装贴于散热基板(3)。

8.根据权利要求4所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述散热基板(3)为铝基板。

9.根据权利要求4所述的一种大功率电源的散热结构，其特征在于：所述散热围墙(12)与散热底板(11)围合形成安装腔(101)，所述电路主板(2)朝向安装腔(101)设置且电路主板(2)与安装腔(101)的边沿相固定。

10.一种大功率电源的散热方法，其特征在于：应用于上述权利要求1～9中任意一项所述的一种大功率电源的散热结构，还包括将装贴式功率器件(33)焊接在散热基板(3)上，再将散热基板(3)与散热外壳(1)侧壁抵接。

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