CN115835608A - 分布式散热规划的封装结构及光伏功率优化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式散热规划的封装结构及光伏功率优化器，属于光伏设备生产技术领域。本发明提供的封装结构在内部规划设计了分布式的散热通道，其中，第一发热器件、第三发热器件通过壳体外壁上设置有板型金属构件加强第一底壁的散热能力以达到快速散热的目的，而第二发热器件通过侧壁和/或第二底壁进行散热，三个发热器件通过不同的散热通道进行散热，有利于防止壳体内部热量聚积导致器件温度过高，同时最大功率下的发热量大的第一发热器件通过两端分别位于电路板上下的均热部件散热，防止第一发热器件上的热量聚集及温度快速上升，影响器件的工作效率及寿命。

Description

分布式散热规划的封装结构及光伏功率优化器

技术领域

本发明涉及电子产品技术领域，具体涉及一种分布式散热规划的封装结构及光伏功率优化器。

背景技术

度电成本（LCOE）是衡量光伏项目的核心指标，在光伏组件端，其功率以及发电能力起到非常关键的作用，尤其光伏组件功率和工作电流的提升可以有效降低LCOE。然而随着光伏组件的功率和工作电流的提升，这对与其配套的光伏功率优化器的散热设计提出了更高的要求。

光伏功率优化器封装结构壳体内部的最大功率下发热量最大的发热器件是MOSFET功率开关管，而MOSFET功率开关管等随着电力电子变换器向大电流、高密度和扁平化发展，贴片功率器件MOSFET管被广泛使用。贴片功率器件会产生功率损耗，导致温度升高，因此需要有相应的散热措施来管控功率器件的温度，避免温度过高导致贴片功率器件失效。通过在功率器件MOSFET芯片的顶部安装散热器，可以快速把MOSFET功率开关管的热量散出去，然而受制于光伏功率优化器壳体的散热能力，若是散热过程中的均温效果较差，则容易产生结温波动，甚至发生超温的情况，而且只有散热结构自身的温度上升速度慢下来，才能保持热源与散热器的温差，才能最终保证热传导的效率。

光伏功率优化器的封装壳体内部的电路板上集成有功率开关管、功率电感磁器件、控制芯片等发热器件，这些功率器件都需要散热。光伏功率优化器封装结构壳体内部的最大功率下发热量第二的发热器件是功率电感，第三发热器件是控制芯片，而且第一发热器件MOSFET功率开关管的温度规格通常为150℃、功率电感磁器件（温度规格通常为130℃）以及发热量较低、温度规格也较低的低温器件，如控制芯片(温度规格通常为105℃)等。若是第二发热器件、第三发热器件与第一发热器件在光伏功率优化器同一通道散热，会造成热量集聚，造成高温器件对低温器件造成烘烤，导致低温器件超温，影响封装结构整体的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种封装结构以及光伏功率优化器，通过在封装结构内规划、设计分布式散热通道，提高了封装结构散热能力，防止封装结构内部热量聚积导致器件温度过高，影响器件的工作效率及寿命，以及低成本和高可靠性的解决发热器件烘烤低温器件的问题，同时有利于光伏功率优化器封装结构的轻薄短小化以及封装高密度化。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种分布式散热规划的封装结构，包括壳体、设置在所述壳体内的电路板和填充在所述壳体内的灌封胶，所述电路板的第一面朝向壳体内部的第一底壁，第一发热器件、第三发热器件设置在所述电路板的所述第一面上，且所述第一发热器件通过均热部件紧贴所述第一底壁设置，所述电路板的第二面朝向所述壳体内部的第二底壁，设置在所述电路板的所述第二面上的第二发热器件紧贴所述第二底壁和/或所述壳体的侧壁设置；

所述第一发热器件在最大功率下的发热量大于所述第二发热器件在最大功率下的发热量，所述第二发热器件在最大功率下的发热量大于所述第三发热器件在最大功率下的发热量；

所述均热部件包括第一端、第二端，所述第一端位于所述电路板的所述第一面下方，所述第二端位于所述电路板的所述第二面上方容纳空间的灌封胶内。

优选地，所述第一发热器件的顶部与所述均热部件的所述第一端的第一面相抵，所述均热部件的所述第一端的第二面与所述壳体内部的所述第一底壁相抵。

优选地，所述均热部件的所述第二端伸入所述电路板的第二面上方容纳空间的灌封胶内，具有所述第一端和所述第二端的所述均热部件为一体成型结构。

优选地，所述均热部件上与所述第一发热部件和/或所述第三发热器件的顶部相抵的所述第一端的第一面为光滑结构。

作为优选，所述均热部件上伸入所述电路板的第二面上方容纳空间的灌封胶内的所述第二段72的外露面为光滑结构或锯齿状结构。

优选地，所述第一发热器件和所述第三发热器件的厚度小于等于3mm。

优选地，所述第一发热器件和所述第三发热器件为贴片式封装形式元器件，其中，所述第一发热器件为贴片式功率开关管，所述第二发热器件为光伏功率优化器的贴片式控制芯片。

优选地，所述壳体上对应所述第一底壁的外壁上设置有板型金属构件或散热鳍片。

优选地，所述板型金属构件的材质为铝合金。

优选地，所述电路板的第二面朝向所述壳体内部的第二底壁，设置在所述电路板的所述第二面上的第二发热器件紧贴所述第二底壁和/或所述壳体的侧壁设置。

优选地，所述第一发热器件、所述第二发热器件和所述第三发热器件依序间隔设置在所述电路板上。

优选地，所述第二发热器件为扁平线功率电感。

优选地，所述第二底壁和/或所述侧壁上安装有金属导热部件，所述金属导热部件与所述第二发热器件的顶部相抵。

优选地，在所述壳体内的所述电路板外的容纳空间填充有作为导热介质的灌封胶。

优选地，所述分布式散热规划的封装结构还包括外壳，所述壳体设置在所述外壳的内部，所述壳体和所述外壳间留有空腔。

优选地，所述空腔内未填充灌封胶。

本发明还提供了一种光伏功率优化器，内部设置有电路板，所述电路板上集成有第一发热器件、第二发热器件和第三发热器件，所述电路板上的发热器件以所述的封装形式被封装在所述分布式散热规划的封装结构内。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明提供的分布式散热规划的封装结构内部的第一发热器件和第三发热器件间隔设置在电路板的第一面上，且紧贴封装结构内部的第一底壁设置，紧贴第一底壁设置使得第一发热器件和第三发热器件通过贴壳体的方式达到了快速散热的目的。两个发热器件间隔设置达到了减少相互间热传导的目的。

2）安装在电路板上的第一发热器件和第三发热器件的厚度不超过3mm，使得设置在封装结构壳体内部的电路板的第一面能够紧贴壳体内的第一底壁布置，便于电路板通过紧贴第一底壁散热，提高了封装结构的散热能力。

3）第一发热器件和第三发热器件采用为贴片式元器件，其中第一发热器件为贴片式功率开关管，第三发热器件为光伏功率优化器的贴片式控制芯片，贴片式器件相比常规器件体积更小，更有利于电路板的第一面能够紧贴壳体内的第一底壁，提高封装结构散热能力。

4）在壳体的第一底壁对应的外壁上设置了板型金属构件或散热鳍片，增加了外壁的散热面积、提升了封装结构的散热能力，可有效防止热量聚积导致器件的温度过高，进而导致内部元器件失效或烧毁的情况发生，提升了器件的工作效率及寿命。

5）在第一底壁上设置了均热部件，均热部件的第一端与第一发热器件，和/或第三发热器件的顶部相抵，均热部件增加了第一发热器件和与第一底壁的接触面积，有利于提高第一散热效果。

6）均热部件的第二端伸入电路板的第二面上方容纳空间的灌封胶内，具有第一端和第二段的均热部件一体成型，第二端伸入灌封胶内能够将第一发热器件的热量传导到灌封胶内，利用第二面上方容纳空间的灌封胶作为热容池，防止第一发热器件上的热量聚集及温度快速上升，保护了第一发热器件，同时提升了散热效果。

7）均热部件的第二端的外露面为光滑结构或锯齿状结构，锯齿状结构能够提升进一步提升了均热部件的散热效果。

8）第二发热器件设置在电路板的第二面上，第二面朝向壳体内部的第二底壁，第二发热器件紧贴壳体的第二底壁和/或侧壁，通过底壁和/或侧壁达到了散热的目的。

9）第一发热器件、第二发热器件和第三发热器件依序间隔设置在电路板上，通过依序间隔设置的方式可以减少第一发热器件和第二发热器件产生的热量通过填充在壳体内的封装导热材料灌封胶传递到附近的作为第三发热器件的控制芯片这一低温器件上的可能，以及对低温器件造成烘烤，导致低温器件超温，影响封装结构整体的可靠性的问题，可以低成本与高可靠性的解决发热器件烘烤低温器件的问题，同时有利于光伏功率优化器封装结构的轻薄短小化以及封装高密度化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图一；

图3是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图二；

图4是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图三；

图5是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图四；

图6是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图五；

图7是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图六；

图8是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图七；

图9是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的内部示意图八；

图10是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的主视图一；

图11是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的主视图二；

图12是本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构的主视图三；

图13是本发明提供的光伏功率优化器内部电路结构以及连接光伏组件的示意图。

实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的分布式散热规划的封装结构如图1和图2所示，包括壳体1、设置在壳体1内部的电路板2和填充在壳体1内的灌封胶3，电路板2的第一面21朝向壳体1内部的第一底壁11，第一发热器件4、第三发热器件5设置在电路板2的第一面21上，且第一发热器件4和/或第三发热器件5通过均热部件7紧贴第一底壁11设置，均热部件7增加了第一发热器件4，和/或第三发热器件5与第一底壁11的接触面积，有利于提高第一发热器件4和/或第三发热器件5的散热效果。

均热部件7包括第一端71，第一发热器件4和/或第三发热器件5的顶部与均热部件7的第一端71的第一面711相抵，均热部件7的第一端71的第二面712与壳体1内部的第一底壁11相抵。

均热部件7包括第二端72，均热部件7的第二端72伸入电路板2的第二面22上方容纳空间的灌封胶内，具有第一端71和第二端72的均热部件7为一体成型结构。

第一发热器件4和第二发热器件5间隔设置在电路板2的第一面21上，间隔设置有利于散热。

均热部件7上伸入电路板2的第二面22上方容纳空间的灌封胶内的第二端72的外露面为图2或图6所示的光滑结构或或图3-5、图7-9所示的锯齿状结构。均热部件7的第二端72伸入电路板2的第二面22上方容纳空间的灌封胶9内能够将从第一端71传导的热量加速散热。

为了使得设置在封装结构壳体内部的电路板的第一面21能够紧贴壳体内的第一底壁11布置，优选地，第一发热器件4和第三发热器件5的厚度均不超过3mm。更优选地，第一发热器件4为贴片式功率开关管，第三发热器件5为光伏功率优化器的贴片式控制芯片。

更优选地，如图2所示，在壳体1的第一底壁11对应的外壁12上设置有板型金属构件10或散热鳍片6，以增加外壁12的散热面积，提升散热能力，防止热量聚积导致器件的温度过高，可能导致内部元器件失效或烧毁的情况发生，提升了器件的工作效率及寿命。板型金属构件10优选由铝合金制成，板型金属构件10设置在外壁12上的示意图请参照图2-5。

如图1和图2所示，电路板2的第二面22朝向壳体1内部的第二底壁13，设置在电路板2的第二面22上的第二发热器件8紧贴第二底壁13和/或壳体1的侧壁14设置。第二发热器件8通过壳体1的侧壁14和/或第二底壁13进行散热。

优选地，如图2-9所示，第一发热器件4、第二发热器件8和第三发热器件5依序间隔设置在电路板2上，即第二发热器件8设置在第一发热器件4和第三发热器件5之间。通过依序间隔设置的方式可以减少第一发热器件4和第二发热器件8产生的热量通过填充在壳体1内的封装导热材料灌封胶传递到附近的作为第三发热器件5的控制芯片这一低温器件上的可能，以及对低温器件造成烘烤，导致低温器件超温，影响封装结构整体的可靠性的问题，可以低成本与高可靠性的解决发热器件烘烤低温器件的问题，同时有利于光伏功率优化器封装结构的轻薄短小化以及封装高密度化设计。

更优选地，第二发热器件8为扁平线功率电感。

在壳体1内的电路板2外的容纳空间填充有作为导热介质的灌封胶9。

更优选的，如图2-12所示，本实施例提供的分布式散热规划的封装结构还包括外壳100，壳体1设置在外壳100的内部，壳体1和外壳100间留有空腔101，该空腔101内未填充灌封胶。

综上，本发明提供的封装结构在内部规划设计了分布式的散热通道，其中，第一发热器件、第三发热器件通过壳体外壁上设置有板型金属构件或散热鳍片加强第一底壁的散热能力以达到快速散热的目的，而第二发热器件通过金属导热部件或直接紧贴壳体侧壁和/或第二底壁进行散热，三个发热器件通过不同的散热通道进行散热，有利于防止壳体内部热量聚积导致器件温度过高，影响器件的工作效率及寿命，以及三个发热器件通过依次间隔设置的方式，有效防止了第二发热器件对作为低温器件的控制芯片的烘烤伤害。

本发明还提供了一种光伏功率优化器，内部设置有电路板，电路板上集成有第一发热器件、第二发热器件和第三发热器件，电路板上的发热器件以上述的封装形式被封装在上述的封装结构内。光伏功率优化器内部的电路结构请参照图13，不做具体说明。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种分布式散热规划的封装结构，包括壳体（1）、设置在所述壳体（1）内的电路板（2）和填充在所述壳体（1）内的灌封胶（3），其特征在于，所述电路板（2）的第一面（21）朝向壳体（1）内部的第一底壁（11），第一发热器件（4）、第三发热器件（5）设置在所述电路板（2）的所述第一面（21）上，且所述第一发热器件（4）通过均热部件（7）紧贴所述第一底壁（11）设置，所述电路板（2）的第二面（22）朝向所述壳体（1）内部的第二底壁（13），设置在所述电路板（2）的所述第二面（22）上的第二发热器件（8）紧贴所述第二底壁（13）和/或所述壳体（1）的侧壁（14）设置；

所述第一发热器件（4）在最大功率下的发热量大于所述第二发热器件（8）在最大功率下的发热量，所述第二发热器件（8）在最大功率下的发热量大于所述第三发热器件（5）在最大功率下的发热量；

所述均热部件（7）包括第一端（71）、第二端（72），所述第一端（71）位于所述电路板（2）的所述第一面（21）下方，所述第二端（72）位于所述电路板（2）的所述第二面（22）上方容纳空间的灌封胶（9）内。

2.根据权利要求1所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述第一发热器件（4）的顶部与所述均热部件（7）的所述第一端（71）的第一面（711）相抵，所述均热部件（7）的所述第一端（71）的第二面（712）与所述壳体（1）内部的所述第一底壁（11）相抵。

3.根据权利要求1所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述均热部件（7）的所述第二端（72）伸入所述电路板（2）的第二面（22）上方容纳空间的灌封胶（9）内，具有所述第一端（71）和所述第二端（72）的所述均热部件（7）为一体成型结构。

4.根据权利要求2所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述均热部件（7）上与所述第一发热部件（4）的顶部相抵的所述第一端（71）的第一面（711）为光滑结构。

5.根据权利要求3所述分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述均热部件（7）上伸入所述电路板（2）的第二面（22）上方容纳空间的灌封胶内的所述第二端（72）的外露面为光滑结构或锯齿状结构。

6.根据权利要求1所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述第一发热器件（4）和所述第三发热器件（5）为贴片式封装形式元器件，其中，所述第一发热器件（4）为贴片式功率开关管，所述第三发热器件（5）为光伏功率优化器的贴片式控制芯片。

7.根据权利要求1所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述壳体（1）对应所述第一底壁（11）的外壁（12）上设置有板型金属构件（10）或散热鳍片（6），所述板型金属构件（10）的材质为铝合金。

8.根据权利要求1所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，所述第二底壁（13）和/或所述侧壁（14）上安装有金属导热部件，所述金属导热部件与所述第二发热器件（8）的顶部相抵。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的分布式散热规划的封装结构，其特征在于，还包括外壳（100），所述壳体（1）设置在所述外壳（100）的内部，所述壳体（1）和所述外壳（100）间留有空腔（101），所述空腔（101）内未填充灌封胶。

10.一种光伏功率优化器，其特征在于，内部设置有电路板，所述电路板上集成有第一发热器件、第二发热器件和第三发热器件，所述电路板上的发热器件以如权利要求1-9任意一项中所述的封装形式被封装在所述分布式散热规划的封装结构内。

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