CN114340307A

CN114340307A - 一种小型化电源模块及包括其的机箱和用电设备

Info

Publication number: CN114340307A
Application number: CN202111375394.5A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 慈建平; 王峰; 许浩磊; 田利博
Original assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本申请公开了一种小型化电源模块，包括：电源控制板、发热元件和散热器。电源控制板用于为电源模块提供控制功能。当电源模块工作时，发热元件散发热量。散热器用于针对发热元件散发的热量进行散热。电源模块包括至少上、中、下三层结构，电源控制板被设置于电源模块的上层，发热元件被设置于电源模块的中层，散热器被设置于电源模块的下层。本申请中，通过电源模块本身的器件布局将热量导出到周围环境中，既能够让电源模块广泛地应用到野外、小型通信车等场景下，同时解决了这种小空间下热量交换不畅的问题。

Description

一种小型化电源模块及包括其的机箱和用电设备

技术领域

本申请涉及电源散热技术领域。更具体地，涉及一种小型化电源模块及包括其的机箱和用电设备。

背景技术

随着科学技术的发展，对电源技术的各种要求越来越多，品种形式变化不同，技术难度也不断提高，涉及的学术领域也越来越广。

在野外、小型通信车等场景下，常使用小型化电源模块给用电设备提供稳定的工作电压及电流。现有技术中，小型化电源模块一般都是集成到一个组合中，然后再上架到工作机柜内。随着后端用电设备的增加和工作时间的延长，电源模块的工作温度将逐渐成为制约其稳定工作的重要因素。另外，在野外、小型通信车等场景下，外界温度变化较大，即使使用空调等手段仍不能快速稳定、降低上架后的电源模块温度。也就是说，现有技术中的小型化电源模块不能满足小空间下的电源散热要求。

因此，需要提供一种能够满足小空间下电源散热要求的小型化电源模块及包括其的机箱和用电设备。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种小型化电源模块，用于解决野外、小型通信车等场景下的电源模块工作温度较高、工作效率下降、工作空间狭小的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种小型化电源模块，所述电源模块包括：电源控制板、发热元件和散热器。所述电源控制板用于为所述电源模块提供控制功能。当所述电源模块工作时，所述发热元件散发热量。所述散热器用于针对所述发热元件散发的所述热量进行散热。

所述电源模块包括至少上、中、下三层结构，所述电源控制板被设置于所述电源模块的上层，所述发热元件被设置于所述电源模块的中层，所述散热器被设置于所述电源模块的下层。

在一个实施例中，所述发热元件为变压器。

在一个实施例中，所述散热器包括至少一个散热肋片，所述散热肋片用于增加所述散热器的散热面积。

在一个实施例中，所述电源模块还包括导热衬垫，所述导热衬垫被设置于所述发热元件与所述散热器之间。

在一个实施例中，所述导热衬垫的上表面与所述发热元件的下表面接触设置，所述导热衬垫与所述散热器的上表面接触设置。

在一个实施例中，所述电源模块还包括第一风机，所述第一风机与所述发热元件同层设置，使得所述第一风机工作时，所述第一风机输出的风经过所述发热元件。

在一个实施例中，所述第一风机的数量与所述发热元件的数量相同，所述第一风机的位置与所述发热元件的位置相对应。

在一个实施例中，基于热平衡方程计算所述第一风机的第一出风量，基于冗余原则和所述第一出风量计算所述第二出风量，所述第二出风量为所述第一风机的实际出风量。

本申请的另一个目的在于提供一种机箱，所述机箱包括箱体和安装于所述箱体内的如上述实施例中任一种所述小型化电源模块。所述箱体包括前面板和后面板，所述箱体的前面板包括进风孔，所述箱体的后面板包括第二风机。所述小型化电源模块中的所述第一风机设置于靠近所述第二风机的一侧，并与所述第二风机对应设置。所述箱体内形成散热风道。

本申请的另一个目的在于提供一种用电设备，所述用电设备包括前述实施例中所述的机箱。

本申请的有益效果如下：

本申请中，通过电源模块本身的器件布局将热量导出到周围环境中，再通过强迫风冷方式将热量快速散发出机箱，既能够让电源模块广泛地应用到野外、小型通信车等场景下，同时解决了这种小空间下热量交换不畅的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本申请实施例的一种小型化电源模块结构示意图。

图2示出根据本申请实施例的另一种小型化电源模块结构示意图。

图3示出根据本申请实施例的一种箱体内散热风道示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请涉及一种实现小空间下的电源散热设计方法，特别适用于在自然环境严苛的工作环境下，长工作时间的电源模块使用场景，通过小空间下的电源散热设计方法，可以在一个相对较小的空间内构建电源散热系统，降低电源工作时的温度，提升电源工作效率及稳定性，并能够缩小电源结构尺寸。

在一个实施例中，本申请提供一种小型化电源模块。所述电源模块包括：电源控制板、发热元件和散热器。所述电源控制板用于为所述电源模块提供控制功能。当所述电源模块工作时，所述发热元件散发热量。所述散热器用于针对所述发热元件散发的所述热量进行散热。

本申请实施例中，通过电源模块本身的器件布局将热量导出到周围环境中，既能够让电源模块广泛地应用到野外、小型通信车等场景下，同时解决了这种小空间下热量交换不畅的问题。

如图1所示，在一个示例中，所述发热元件为变压器。

在一个示例中，所述散热器包括至少一个散热肋片，所述散热肋片用于增加所述散热器的散热面积。

在一个示例中，所述电源模块还包括导热衬垫，所述导热衬垫被设置于所述发热元件与所述散热器之间。

在一个示例中，所述导热衬垫的上表面与所述发热元件的下表面接触设置，所述导热衬垫与所述散热器的上表面接触设置。

如图2所示，在一个示例中，所述电源模块还包括第一风机，所述第一风机与所述发热元件同层设置，使得所述第一风机工作时，所述第一风机输出的风经过所述发热元件。

在一个示例中，所述第一风机的数量与所述发热元件的数量相同，所述第一风机的位置与所述发热元件的位置相对应。

在一个示例中，基于热平衡方程计算所述第一风机的第一出风量，基于冗余原则和所述第一出风量计算所述第二出风量，所述第二出风量为所述第一风机的实际出风量。

具体地，下面结合一个具体的示例对上述出风量的计算进行说明。

假设电源模块功耗为200W。

首先，基于热平衡方程计算所述第一风机的第一出风量。

按热平衡方程进行计算：

其中，q_m为通风量，其单位为(m³/min)；

ρ为空气的密度，其单位为(kg/m³)；

C_p为空气的比热，其单位为(KJ/(kg·K))；

Q为总损耗功率，也即热流量，其单位为(W)；

Δt为空气进出口的温差，其单位为(℃)。

应说明的是，在正常大气压下，环境温度为55℃时的干空气的密度约为1.1kg/m³。根据《传热学》中正常大气压下，环境温度为50℃时的干空气的比热约为1.01KJ/(kg·K)。另外，空气进出口的温差Δt取10℃。

通过计算得：

其次，基于冗余原则和所述第一出风量计算所述第二出风量。

根据上述计算可以得出设备内部需要的风量为1.08m³/min，考虑到内部热阻和部分通过楔形导轨直接导入机箱外界空气，按照2倍冗余进行设计，所需要风量为2.16m³/min，即单个风机的出风量大于1.08m³/min即可。

本申请还提供了一种机箱，所述机箱包括箱体和安装于所述箱体内的如上述实施例中任一种所述小型化电源模块。所述箱体包括前面板和后面板，所述箱体的前面板包括进风孔，所述箱体的后面板包括第二风机。所述小型化电源模块中的所述第一风机设置于靠近所述第二风机的一侧，并与所述第二风机对应设置。

如图3所示，所述箱体内形成散热风道。

本申请还提供了一种用电设备，所述用电设备包括前述实施例中所述的机箱。

由以上可知，本申请中用于实现小空间下的电源散热设计方法的具体过程为：

第一步，分离发热元件

在电源模块布局时，将电源控制板置于上层，发热元件置于中层，散热器置于最底层，通过散热器上的散热肋片增加散热面积。

第二步，增加导热衬垫

在发热元件和散热器之间增加导热衬垫，增加发热元件与散热器之间热量的传导速度及效率。

第三步，安装风机

在电源模块的前端安装风机，风机的出风量按照热平衡方程公式计算得出。

第四步，集成到机箱

将电源模块集成到小型机箱中，在箱体的前面板开设进风孔，在箱体的后面板则再次安装两个风机，通过强迫风冷方式将内部热量快速散发出去。

通过上述设计，本申请是实现小空间下的电源散热设计方法，通过电源模块本身的器件布局将热量导出到周围环境中，再通过强迫风冷方式将热量快速散发出机箱，既能够让电源模块广泛地应用到野外、小型通信车等场景下，同时解决了这种小空间下热量交换不畅的问题。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

显然，本申请的上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本申请的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims

1.一种小型化电源模块，其特征在于，所述电源模块包括：

用于为所述电源模块提供控制功能的电源控制板；

发热元件，其中，当所述电源模块工作时，所述发热元件散发热量；及

用于针对所述发热元件散发的所述热量进行散热的散热器；

其中，所述电源模块包括至少上、中、下三层结构，所述电源控制板被设置于所述电源模块的上层，所述发热元件被设置于所述电源模块的中层，所述散热器被设置于所述电源模块的下层。

2.根据权利要求1所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述发热元件为变压器。

3.根据权利要求1所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述散热器包括至少一个散热肋片，所述散热肋片用于增加所述散热器的散热面积。

4.根据权利要求1所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述电源模块还包括导热衬垫，所述导热衬垫被设置于所述发热元件与所述散热器之间。

5.根据权利要求4所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述导热衬垫的上表面与所述发热元件的下表面接触设置，所述导热衬垫与所述散热器的上表面接触设置。

6.根据权利要求1所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述电源模块还包括第一风机，所述第一风机与所述发热元件同层设置，使得所述第一风机工作时，所述第一风机输出的风经过所述发热元件。

7.根据权利要求6所述的小型化电源模块，其特征在于，

所述第一风机的数量与所述发热元件的数量相同，所述第一风机的位置与所述发热元件的位置相对应。

8.根据权利要求6所述的小型化电源模块，其特征在于，

基于热平衡方程计算所述第一风机的第一出风量，基于冗余原则和所述第一出风量计算所述第二出风量，所述第二出风量为所述第一风机的实际出风量。

9.一种机箱，其特征在于，所述机箱包括箱体和安装于所述箱体内的如权利要求1-8中任一种所述小型化电源模块，其中

所述箱体包括前面板和后面板；

所述箱体的前面板包括进风孔，所述箱体的后面板包括第二风机；

所述小型化电源模块中的所述第一风机设置于靠近所述第二风机的一侧，并与所述第二风机对应设置；

所述箱体内形成散热风道。

10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求9所述的机箱。