CN113423248A - 风冷固态功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种风冷固态功率放大器，密封效果好、散热效果好且无需空调散热的新型结构的固态功放。该固态功放易安装、使用和维护。本发明通过下述技术方案予以实现：固定在固态功率放大器本体与上之间设有散热座，上盖板通过导电密封圈和法兰盘O密封槽装配的型密封圈将散热座的腔体完全密封，散热座通过底座法兰盘下方的接插件将线阵排列的风机组件装配在固态功率放大器电路模块的侧面，形成连通前面板散热翅的风道；在电源开启后，安装在散热座上方腔体内的电路模块产生的热量通过散热座的金属本体传导到散热座下方的散热翅上，通过风机组件产生的冷风，经风道内的散热翅将热量带走，实现散热功能。

Description

风冷固态功率放大器

技术领域

本发明涉及一种用于电子与通信技术领域的信号放大设备，尤其是一种适用于要求密封性能好且安装维护方便的安装场合适用的大功率固态功率放大器设计。

背景技术

随着半导体技术的不断进步，可用于RF功率放大器的器件和种类越来越多。各种封装器件被普遍采用。由于不同种类的半导体材料具有不同的特性，功率放大器的设计需要根据实际需求进行选择。在射频微波功率放大器中采用的半导体材料主要包括以下几种。双极结型晶体管(BJT)，BJT是通常说的三极管，是一种具有三个端子的电子器件，由三部分掺杂程度不同的半导体制成，晶体管中的电荷流动主要是由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动。这种晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也称双极性载流子晶体管。常见的有锗晶体管和硅晶体管，可采用电流控制，在一定范围内，双极性晶体管具有近似线性的特征，这个范围叫做“放大区”，集电极电流近似等于基极电流的N倍。双极性晶体管是一种较为复杂的非线性器件，如果偏置电压分配不当，将使其输出信号失真，即使工作在特定范围，其电流放大倍数也受到包括温度在内的因素影响。双极性晶体管的最大集电极耗散功率是器件在一定温度与散热条件下能正常工作的最大功率，如果实际功率大于这一数值，晶体管的温度将超出最大许可值，使器件性能下降，甚至造成物理损坏。随着广播进入数字化的发展模式，生产和运行的全固态PDM和DAM中波广播发射机中的射频功率放大器，也就是功放末级全部采用了场效应管桥式丁类放大器。作为不同频段不同功率的固态类射频微波功放产品，采用了以上所述的不同类型的半导体材料制成的晶体管，具有A类，AB类以及C类不同种功率放大器。这些功放的内部都由若干个部分组成，主要包括：输入驱动模块，信号分离模块，功率放大器模块，功率合成模块，定向耦合器，功率监测模块，保护电路，电源供电模块，显示和控制单元等。目前的大功率固态功放，主要有两种散热方式，第一是采用液冷功放需要在功放外面安装复杂的管道和液冷源等系统，安装维护复杂，价格高昂；第二是采用风冷，风冷功放具有安装维护简单的优点，但是热量是散发在功放所在的安装空间内，由于安装空间都是狭小的，所以为了将热量最终散发到大气中去，都会在功放安装空间安装适量的空调，增加了系统成本；固态功率放大器主要由功率放大模块、增益放大模块、合成模块、耦合模块和控制电路等组成，功率放大模块在大功率条件下工作时，器件发热量大，使器件处于高温状态下工作。而高温会使元器件电性能恶化，引起失效，导致设备可靠性下降。资料表明：单个半导体元件的温度升高10℃～12℃，其可靠性降低50％。随着器件的密集化，电子设备的功率密度增大，对热设计的需求也日益强烈。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在不足之处，提供一种密封性能优良、安装维护简单，散热性能好、能有效实现防水防尘防淋雨，散热效率高，能有效降低对安装空间内空调的负荷的风冷固态功率放大器。

本发明的技术方案如下：一种风冷固态功率放大器，包括：固定在散热座(2)型腔中，由上盖板(1)封装的固态功率放大器电路模块(4)，其特征在于：散热座(2)通过底座法兰盘周向密封槽上的O型密封圈(8)将风冷散热器(7)以及固态功率放大器电路模块(4)完全密封，并与底座法兰盘下方风冷散热器(7)通过焊接固联为一体，风冷散热器(7)通过风冷机箱侧面将线阵排列的风机组件(6)装配在隔板形成的墙体腔体中，与隔板墙体风道形成顺向连通风冷散热翅片(11)阵列导流槽的风道；在电源(10)开启后，安装在散热座(2)上方腔体内的固态功率放大器电路模块(4)块产生的热量，通过散热座(2)的金属本体传导到散热座(2)下方的风冷散热翅片(11)导流槽，通过风机组件(6)产生的冷风，经风冷散热翅片(11)导流槽风道将热量带走，实现散热功能。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

密封性能优良。本发明采用固定在散热座(2)型腔中，由上盖板封装的固态功率放大器电路模块(4)，散热座(2)通过底座法兰盘周向密封槽上的O型密封圈(8)将风冷散热器(7)以及固态功率放大器电路模块(4)完全密封，并与底座法兰盘下方风冷散热器(7)通过焊接固联为一体，设计的散热座(2)与在上盖板(1)之间有导电密封圈，散热座(2)外面安装固态功率放大器电路模块的所有接插件(12)全都采用密封型号的接插件，可以在有限空间内安装散热座(2)的法兰盘与外部安装墙体之间有O型密封圈(8)密封，实现了防水防尘防淋雨的功能。密封性能优良、安装维护简单。该固态功放采用风冷设计，安装维护简单方便，具有防水、防淋雨的特点，并且能够直接将电路模块的热量直接散发到外部大气中，能有效降低室内空调的负荷。是一种易于安装、适用和维护的固态功放结构。散热座和上盖板之间的密封设施同时兼具密封功能和导电功能，即实现了散热座和上盖板之间的密封功能，也保证了两者之间的电连续性。固态功放的法兰盘具有不同的尺寸系列，可以对不同规格的固态功放进行安装。

散热性能好。本发明风冷散热器(7)通过风冷机箱侧面将线阵排列的风机组件(6)装配在隔板形成的墙体腔体中，与隔板墙体风道形成顺向连通风冷散热翅片(11)导流槽的风道；设计的散热座(2)通过底座法兰盘下方的接插件(12)将线阵排列的风机组件(6)装配在风冷机箱的侧面，形成连通散热翅的风道，在电源(10)开启后，安装在散热座(2)上方腔体内的电路模块产生的热量通过散热座(2)的金属本体传导到散热座(2)下方的散热翅上。风机组件(6)产生的冷风，通过风道内的散热翅将热量带走，实现了散热功能。具有导热系数特别大的优点，能很快将电路模块(9)产生的热量扩散到散热座(2)下方的散热翅结构上，然后由风道内的冷空气将热量带到大气中。散热座(2)下方的散热翅在固态功放安装到位后，露在安装空间的外侧，将电路模块(9)产生的热量直接散发到周围大气中，能有效降低对室内空调的负荷。散热座和左右侧板、下盖板、风机组件之间形成了风道，风道位于固态功放的安装空间外部，可以将热量散发到外部大气中。固态功放的上盖板取出后，可以从正面对内部的电路模块进行维护。

散热效率高。本发明采用安装在散热座(2)上方腔体内的固态功率放大器电路模块(4)块产生的热量，通过散热座(2)的金属本体传导到散热座(2)下方的风冷散热翅片(11)导流槽，通过风机组件(6)产生的冷风，经风冷散热翅片(11)导流槽风道将热量带走，实现散热功能。风冷散热翅片(11)导流槽增加翅片和空气的接触面积，通过散热翅来改变空气流动的方向，使其远离墙面，导流防熏起到了防熏墙的作用，同时由于空气流动方向一致，无形中加快了空气流动的速度，加大了风冷散热翅片(11)的散热速度，增强散热效果。

附图说明

图1是本发明风冷固态功率放大器的正等轴视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是图1风冷散热器的三维示意图；

图5是图1散热座的俯视图。请去除所有图中的色彩，改为黑白线条图

图中：1.上盖板,2.散热座,3.法兰盘，4，固态功率放大器电路模块.6.风机组件，7.风冷散热器前面板，8.O型密封圈，9.导电密封圈，10.电源，11.风冷散热翅片(11)。

具体实施方式

参阅图1-图5。在以下描述实施例中，一种风冷固态功率放大器，包括：固定在散热座(2)型腔中，由上盖板(1)封装的固态功率放大器电路模块(4)，其中：散热座(2)通过底座法兰盘周向密封槽上的O型密封圈(8)将风冷散热器(7)以及固态功率放大器电路模块(4)完全密封，并与底座法兰盘下方风冷散热器(7)通过焊接固联为一体，风冷散热器(7)通过风冷机箱侧面将线阵排列的风机组件(6)装配在隔板形成的墙体腔体中，与隔板墙体风道形成顺向连通风冷散热翅片(11)阵列导流槽的风道；在电源(10)开启后，安装在散热座(2)上方腔体内的固态功率放大器电路模块(4)块产生的热量，通过散热座(2)的金属本体传导到散热座(2)下方的风冷散热翅片(11)导流槽，通过风机组件(6)产生的冷风，经风冷散热翅片(11)导流槽风道将热量带走，实现散热功能。

散热座(2)制有带散热翅的腔体和一体化结构的铝制法兰盘，并且法兰盘上制安装O型密封圈(8)的密封槽，用来实现对固态功放安装空间的密封功能，同时，散热座(2)将安装在腔体的固态功率放大器电路模块(4)的热耗快速传递到散热座(2)下方的散热翅上。

上盖板(1)是上表面制有减轻散热凹槽，风冷机箱前后侧板上制有线阵排列的减轻散热凹槽。

散热座(2)顶部安装有和上盖板(1)互相连接的导电密封圈(9)，以实现对腔体的密封。翅片也可以用钢带；不锈钢带，铜带，铝带等。可以采用增加外壁散热面积提高翅片式散热器周围空气流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。

风机组件(6)可以是2×2两组，每组对应一组通过顺向空气防熏墙或者与内部铜水道是紧密连接的风冷散热翅片(11)导流槽风道，散热翅与内部铜水道对内部水道起到有力保护作用，可以防止在使用中对风冷散热翅片(11)磕碰现象损坏风冷散热翅片(11)；散热翅主翅上设有很多增加热效，象翅膀形状的小翅翼，小翅翼加大散热翅的与空气的接触面积，增加了散热速度；翅翼还具有，改变气流方向和导流的作用。散热器散热翅间距设计跟产品热分布情况以及风道选择有关，不同的情况下翅间距都不同。设计初期根据功率散热功耗进行热仿真得出散热器初步设计，样品完成后进行实际温升测试，经过完整的设计周期后才可能确定间距。散热片的间距等跟进翅片高度、翅片长度、风速等条件确定，可以利用热仿真软件来模拟找出最佳的结构参数。距离理论上可以达到0.2mm甚至更高，但散热器在实际生产中一般为0.5mm、1mm、1.5mm这几种参数比较多，因为太小的间距会影响通风与散热效果，而且散热片做得过薄稳定性也受影响，需要根据热量和散热面积进行计算和模拟，根据齿高，风量，传热系数等来衡量确定。

以上说明书，包括附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的替代特征加以替换。

Claims (7)

1.一种风冷固态功率放大器，包括：固定在散热座(2)型腔中，由上盖板(1)封装的固态功率放大器电路模块(4)，其特征在于：散热座(2)通过底座法兰盘周向密封槽上的O型密封圈(8)将风冷散热器(7)以及固态功率放大器电路模块(4)完全密封，并与底座法兰盘下方风冷散热器(7)通过焊接固联为一体，风冷散热器(7)通过风冷机箱侧面将线阵排列的风机组件(6)装配在隔板形成的墙体腔体中，与隔板墙体风道形成顺向连通风冷散热翅片(11)阵列导流槽的风道；在电源(10)开启后，安装在散热座(2)上方腔体内的固态功率放大器电路模块(4)块产生的热量，通过散热座(2)的金属本体传导到散热座(2)下方的风冷散热翅片(11)导流槽，通过风机组件(6)产生的冷风，经风冷散热翅片(11)导流槽风道将热量带走，实现散热功能。

2.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：散热座(2)制有带散热翅的腔体和一体化结构的法兰盘，并且法兰盘上制安装O型密封圈(8)的密封槽，用来实现对固态功放安装空间的密封功能。

3.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：散热座(2)制有带散热翅的腔体和一体化结构的铝制法兰盘，并且法兰盘上制安装O型密封圈(8)的密封槽，用来实现对固态功放安装空间的密封功能，同时，散热座(2)将安装在腔体的固态功率放大器电路模块(4)的热耗快速传递到散热座(2)下方的散热翅上。

4.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：散热座(2)顶部安装有和上盖板(1)互相连接的导电密封圈(11)，以实现对腔体的密封。

5.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：上盖板(1)是上表面制有减轻散热凹槽，风冷机箱前后侧板上制有线阵排列的减轻散热凹槽。

6.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：风机组件(6)为2×2两组，每组对应一组通过顺向空气防熏墙或者与内部铜水道是紧密连接的风冷散热翅片(11)导流槽风道，散热翅与内部铜水道对内部水道起到有力保护作用，以防止在使用中对风冷散热翅片(11)磕碰现象损坏风冷散热翅片(11)。

7.如权利要求1所述的风冷固态功率放大器，其特征在于：散热翅主翅上设有很多增加热效，象翅膀形状的小翅翼。

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