CN116321690A - 一种功率设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种功率设备，包括：印制电路板PCB、至少一个功率模块、至少一个散热组件以及壳体；该至少一个散热组件设置于该PCB上，每个该散热组件与该PCB焊接连接，每个散热组件包括密封腔体，该密封腔体用于容纳至少一个该功率模块；该壳体用于收容该PCB、该至少一个功率模块以及该至少一个散热组件，其中，该壳体包括至少一个开孔，该至少一个开孔与该至少一个散热组件一一对应，每个该散热组件通过对应的开孔露出该壳体外部，每个散热组件与所对应的开孔间的缝隙通过密封件填充，从而通过优化功率设备的散热设计和组装方法，能够在保证功率设备高防护能力的同时，提高功率设备的功率密度和散热效率。

Description

一种功率设备

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率设备。

背景技术

传统IP65(InternationalProtection 65)防护的功率设备一般包括外壳、散热器和功率单板，其中大部分散热器和功率单板独立分开，需要通过后期的二次组装、增加硅脂等工序将功率单板组装到散热器上。这样的设计和组装方式不仅组装流程复杂、成本高，散热器的利用效率也较低，使得功率设备的功率密度和散热效率很难提升。

因此，亟需对功率设备的散热设计和组装方法进行优化，在保证功率设备高防护能力的同时，提高功率设备的功率密度和散热效率。

发明内容

本申请提供一种功率设备，通过优化功率设备的散热设计和组装方法，能够在保证功率设备高防护能力的同时，提高功率设备的功率密度和散热效率。

第一方面，提供了一种功率设备，其特征在于，包括：印制电路板PCB、至少一个功率模块、至少一个散热组件以及壳体；该至少一个散热组件设置于该PCB上，每个该散热组件与该PCB焊接连接，每个散热组件包括密封腔体，该密封腔体用于容纳至少一个该功率模块；该壳体用于收容该PCB、该至少一个功率模块以及该至少一个散热组件，其中，该壳体包括至少一个开孔，该至少一个开孔与该至少一个散热组件一一对应，每个该散热组件通过对应的开孔露出该壳体外部，每个散热组件与所对应的开孔间的缝隙通过密封件填充。

应理解，本申请实施例提供的功率设备的结构和组装方法能够适用于具有功率转换功能的设备，例如，光伏逆变器，储能变流器(Power Conversion System，PCS)，不间断电源(Uninterruptible Power Systems，UPS)，基站电源等功率设备，本申请实施例对此不作限定。

在本申请的技术方案中，通过将功率模块嵌入散热组件的密封腔体中(即通过密封腔体容纳功率模块)，以及将散热组件从壳体上预先设置的开孔中伸出，使得散热组件能够在壳体外部散热。同时，采用密封件填充于散热组件和对应的开孔形成的缝隙中，从而通过对功率设备的散热设计和组装方法进行优化，在保证功率设备高防护能力的同时，提高功率设备的功率密度和散热效率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，每个该散热组件包括两个散热器和扣合件，每个该散热器包括第一紧固凹槽和第二紧固凹槽，该第一紧固凹槽设置于该散热器与该PCB的连接面，该第二紧固凹槽设置于该散热器的内壁中与该PCB表面平行的一面，该第一紧固凹槽和第二紧固凹槽用于配合该扣合件与另一个该散热器扣合。

应理解，第一紧固凹槽和第二紧固凹槽能够为一个或者多个紧固凹槽，本申请实施例对此不作限定。

应理解，能够通过单个扣合件实现对两个散热器上的第一紧固凹槽的扣合，或者，能够通过多个扣合件实现对两个散热器上的第一紧固凹槽的扣合，本申请实施例对此不作限定。

应理解，能够通过单个扣合件实现对两个散热器上的第二紧固凹槽的扣合，或者，能够通过多个扣合件实现对两个散热器上的第二紧固凹槽的扣合，本申请实施例对此不作限定。

在本申请的技术方案中，每个散热组件包括两个散热器，并采用扣合件将两个散热器的顶部和底部的紧固凹槽扣合在一起，形成一个包含密封腔体的散热组件，从而能够将功率组件容纳与该密封腔体中，实现散热组件对功率管(组)的全包裹，从而在保证功率设备高防护能力的同时，简化功率管和散热器的组装流程。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，每个该散热组件包括辅助件，该辅助件设置于该散热器的内壁，并沿该散热器的内壁由该散热器的内壁的底部延伸至顶部，该辅助件用于配合该散热器的内壁形成该密封腔体。

需要说明的是，本申请实施例对辅助件的形状不作限定，只要该辅助件能够与散热器的内壁形成密封腔体即可。

在本申请的技术方案中，在散热组件中还设置有辅助件，且该辅助件设置在两个散热器扣合形成的空腔两侧，并与散热器配合形成密闭空腔，从而能够容纳功率组件，实现散热组件对功率管(组)的全包裹。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，每个该功率模块包括至少一组功率管，每组功率管包括一个或多个功率管，该功率管包括金氧半场效晶体MOS管，和/或，绝缘栅双极型晶体IGBT管。

在本申请的技术方案中，每个散热组件的密封腔体能够容纳一组或多组功率管，每组功率管能够包括一个或多个功率管，即能够通过散热组件满足不同功率大小的功率组件的散热需求，在保证功率设备高防护能力的同时，提高功率设备的功率密度和散热效率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率设备还包括高温弹性材料，该高温弹性材料与该功率管接触，该高温弹性材料用于使该功率管与该密封腔体贴合。

在本申请的技术方案中，通过在功率设备中设置高温弹性材料，能够将功率管与散热器的散热面紧密贴合，增大散热面积，从而提高功率设备的功率密度和散热效率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该散热组件与该壳体通过螺钉紧固。在本申请的技术方案中，在PCB板组装入功率设备的壳体后，还通过螺钉将散热组件与壳体进行固定，能够在增强功率设备的结构稳定性的同时，将密封件压紧从而提高功率设备的密封性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率设备还包括盖板，该盖板设置于该散热组件背离该PCB板的一面，该盖板用于为该散热组件形成风道。

应理解，通过该盖板与壳体形成的风道能够为侧面风道或者垂直风道，本申请实施例对此不作限定。

在本申请的技术方案中，在功率设备的壳体外部背离PCB板的一面还设置有盖板，该盖板能够为散热组件形成风道，从而提高功率设备的散热效率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率设备还包括降温组件，该降温组件包括容纳槽，该容纳槽用于容纳该散热组件，该降温组件用于辅助该功率组件散热。在本申请的技术方案中，在功率设备的壳体外部装配有降温组件，该降温组件能够在形成风道的同时，进一步提高功率设备的散热效率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率设备还包括插接器件，该插接器件设置于该PCB上。

应理解，该散热组件能够与该插接器件设置于该PCB的相同焊接面，或者，该散热组件能够与该插接器件设置于该PCB的不同焊接面，本申请实施例对此不作限定。

在本申请的技术方案中，散热组件能够与PCB的插接组件设置于相同或者不同的焊接面，从而能够灵活设计功率设备的壳体形状，提高功率设备的应用范围。

附图说明

图1是两种功率设备中散热器的设计和组装方式；

图2是本申请实施例提供的一种功率设备200的示意图；

图3是本申请实施例提供的功率设备300的组装流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种散热组件的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种PCB板示意图；

图6是本申请实施例提供的另一种功率设备600的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1是两种功率设备中散热器设计和组装方式。

如图1中的(a)所示，采用功率单管反卧装或者功率模块压接到PCB板的方式，将功率组件120和插接器件140设置于PCB板的不同焊接面上。进一步地，PCB通过紧固螺钉将功率组件120和外部散热器130结合，以实现功率组件120的散热。

如图1中的(b)所示，功率模块122和插接器件142位于PCB板112的同一焊接面。进一步地，PCB板112的采用反扣的方式，将上述器件所处的焊接面扣向异形散热器132，从而实现功率组件122的散热。

然而，上述将功率组件反卧装或者压接的设计中，由于散热器和PCB单板分离，以及组装较为复杂，使得产品的功率密度和散热效率难以提升，综合成本较高；而上述采用反扣PCB单板并安装到压铸机壳的设计中，由于单板与散热同样需要分开组装，并且压铸框体重量较大，导致产品的散热效率较低，功率范围也有限。

有鉴于此，需要重新设计散热器和PCB单板的组装方式，在简化组装流程的同时，提高散热器的功率密度和散热效率。

图2是本申请实施例提供的一种功率设备200的示意图。

如图2所示，功率管220和散热部分230先一体组装到PCB单板210上。具体而言，通过焊接工艺将功率管220、散热部分230以及插接器件240(例如电容)焊接到PCB单板210上。

其中，功率防护壳体采用异形深拉伸工艺制得，能够与单板的器件形状以及散热器位置配合，使得散热器能够直接穿过壳体，并置于壳体外进行散热。

应理解，散热器能够通过自然冷散热，或者，散热器能够通过额外设置的风扇散热，本申请实施例对此不作限定。

图3是本申请实施例提供的功率设备300的组装流程示意图。以下结合图3对本申请实施例提供的功率设备的组装流程作详细说明。

S110，通过两个散热器331和332通过扣合挤压和密封技术形成一个散热器组件330，并与功率组件320完成组装。

如图3中的(a)所示，散热器331设置有凹槽331a(第一紧固凹槽的一例)和331b(第二紧固凹槽的一例)，散热器332设置有凹槽332a(第一紧固凹槽的另一例)和332b(第二紧固凹槽的另一例)，通过将扣合件333的一端伸入凹槽331a中、另一端伸入凹槽332a中，以及将扣合件333的一端伸入凹槽331b中、另一端伸入凹槽332b中实现散热器331和散热器332的固定。

应理解，凹槽331a和凹槽331b(即第一紧固凹槽和第二紧固凹槽)能够为一个或者多个紧固凹槽，本申请实施例对此不作限定。

应理解，扣合件333能够为单个扣合件以实现对凹槽331a和凹槽332a的扣合，或者，扣合件333能够为单个扣合件以实现对凹槽331a和凹槽332a的扣合，本申请实施例对此不作限定。

应理解，扣合件333能够为单个扣合件以实现对凹槽331b和凹槽332b的扣合，或者，扣合件333能够为单个扣合件以实现对凹槽331b和凹槽332b的扣合，本申请实施例对此不作限定。

应理解，扣合件333能够为单个扣合件以实现对两个散热器上的凹槽331a的扣合，或者，扣合件333能够为单个扣合件以实现对两个散热器上的凹槽331a的扣合，本申请实施例对此不作限定。

进一步地，该散热器331还通过密封圈335(密封件的一例)将散热器331和散热器332作进一步紧固。

进一步地，如图4所示，该散热组件330中还包括辅助件337，该辅助件337设置在垂直于散热器331和散热器332扣合方向的平面上，并且沿散热器331和散热器332的内壁由底部延伸至顶部，从而通过该辅助件337实现形成散热器组件330的密封腔体。

需要说明的是，本申请实施例对辅助件的形状不作限定，只要该辅助件能够与散热器的内壁形成密封腔体即可。

在完成散热器组件330的扣合后，将功率组件320设置于辅助件337与散热器331和332形成的密封腔体内，功率组件320中平行于扣合方向的两个功率管321和322之间设置有弹性材料325(高温弹性材料的一例)；功率组件321和散热器331的内壁之间，以及，功率管322与散热器332的内壁之间还设置有导热材料326。

应理解，该弹性材料325用于使功率管321与散热器331的内壁贴合，以及，使功率管322与散热器332的内壁贴合，从而提高功率组件320与散热器组件330的贴合度。

应理解，该导热材料326用于提高功率组件320与散热器组件330的散热性能。

需要说明的是，本申请实施例对弹性材料325、导热材料326以及辅助件337的具体类型不作限定，只要其能实现上述功能即可。

S120，将功率组件320和散热组件330插到PCB板310上并进行焊接。

如图3中的(b)所示，可以采用波峰焊/选波/激光焊接等工艺将功率组件320和散热组件330焊接到PCB板310上。

应理解，功率组件320和散热组件330可以和PCB单板中的主要插接器件340通过一次焊接至PCB板上，或者，功率组件320和散热组件330可以和PCB单板中的主要插接器件340通过多次焊接至PCB板上，本申请对此不作限定。

应理解，功率组件320和散热组件330可以和PCB单板中的主要插接器件340在相同的焊接面。或者，如图5所示，功率组件320和散热组件330可以和PCB单板中的主要插接器件340在不同的焊接面，本申请实施例对此不作限定。

需要说明的是，S110能够在S120之前执行，或者S110能够与S120同时执行，本申请实施例对此不作限定。

S130，将PCB板310和壳体350进行组装。

如图3中的(c)所示，PCB板310组装在壳体内部，并将功率组件320和散热组件330由开孔351露出壳体350外部，并通过螺钉将散热组件330和壳体350紧固。

进一步地，在散热组件330露出壳体的部位设置盖板380，该盖板380用于形成风道，以提高散热组件330的散热性能。应理解，通过盖板380形成的风道可采用侧面风道或垂直风道设计，本申请实施例对此不作限定。

需要说明的是，该螺钉能够与散热组件330中的密封圈335配合，实现散热组件330和壳体350的密封。

在某种可能的实现方式中，组装流程中还包括S131：组装降温组件370。

如图3中的(c)所示，在将PCB板310和壳体350组装完成后，还能够通过螺钉将降温组件370和壳体350固定。其中，降温组件370包括密封电感371以及风扇372，从而通过密封电感371和散热组件的风道进行串联，从而提升散热组件300散热效果。同时，风扇372置于电感372和散热组件330之间，还能够减少功率设备散热导致的噪音影响。

应理解，散热组件和壳体的设计需要考虑同结构的密封和固定连接，以及进行共面度和高度进行精定位，保证结构配合公差。

应理解，根据功率大小，可采用一组或多组功率组件。例如，对于小功率的功率设备，能够通过将壳体进行异形拉伸，从而减小体积、提升功率密度；针对大功率的功率设备，能够采用图所示的传统的单管化设计。

图6是本申请实施例提供的另一种功率设备600的示意图。

如图所示，该PCB板610上设置有多组散热组件631、632以及633，分别用于对功率组件621、622以及623进行散热，具体安装流程可参考方法100，此处不再赘述。

作为示例而非限定，如图6中的(a)所示，多组散热组件631、632以及633与功率组件621、622以及623与功率设备的主要插接器件640设置在相同的焊接面，在此情况下，散热器631、632以及633能够分别从机壳上设置的不同开孔中伸出，置于腔体外进行散热。

作为示例而非限定，如图6中的(b)所示，多组散热组件631、632以及633与功率组件621、622以及623与功率设备的主要插接器件640设置在不同的焊接面，在此情况下，散热器631、632以及633能够置于腔体外进行散热，并且还能够在散热器631、632以及633外侧设置风道防护罩650，提高功率设备的防护能力。

应理解，本申请实施例提供的功率设备的结构和组装方法能够适用于具有功率转换功能的功率设备，例如，光伏逆变器，储能变流器(Power Conversion System，PCS)，不间断电源(Uninterruptible Power Systems，UPS)，基站电源等功率设备，本申请实施例对此不作限定。

需要说明的是，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个，“至少一个”和“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。单数表达形式“一个”“一种”“所述”“上述”“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置关系为相对于附图中的部件示意放置的方位或位置来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，而不是指示或暗示所指的装置或元器件必须具有的特定的方位、或以特定的方位构造和操作，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化，因此不能理解为对本申请的限定。

本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件。另外，附图中各个零部件并非按比例绘制，图中示出的零部件的尺寸和大小仅为示例性的，不应理解为对本申请的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种功率设备，其特征在于，包括：印制电路板PCB、至少一个功率模块、至少一个散热组件以及壳体；

所述至少一个散热组件设置于所述PCB上，每个所述散热组件与所述PCB焊接连接，每个散热组件包括密封腔体，所述密封腔体用于容纳至少一个所述功率模块；

所述壳体用于收容所述PCB、所述至少一个功率模块以及所述至少一个散热组件，其中，所述壳体包括至少一个开孔，所述至少一个开孔与所述至少一个散热组件一一对应，每个所述散热组件通过对应的开孔露出所述壳体外部，每个散热组件与所对应的开孔间的缝隙通过密封件填充。

2.根据权利要求1所述的功率设备，其特征在于，每个所述散热组件包括两个散热器和扣合件，每个所述散热器包括第一紧固凹槽和第二紧固凹槽，所述第一紧固凹槽设置于所述散热器与所述PCB的连接面，所述第二紧固凹槽设置于所述散热器的内壁中与所述PCB表面平行的一面，所述第一紧固凹槽和第二紧固凹槽用于配合所述扣合件与另一个所述散热器扣合。

3.根据权利要求2所述的功率设备，其特征在于，每个所述散热组件包括辅助件，所述辅助件设置于所述散热器的内壁，并沿所述散热器的内壁由所述散热器的内壁的底部延伸至顶部，所述辅助件用于配合所述散热器的内壁形成所述密封腔体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率设备，其特征在于，每个所述功率模块包括至少一组功率管，每组功率管包括一个或多个功率管，所述功率管包括金氧半场效晶体MOS管，和/或，绝缘栅双极型晶体IGBT管。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率设备，其特征在于，所述功率设备还包括高温弹性材料，所述高温弹性材料与所述功率管接触，所述高温弹性材料用于使所述功率管与所述密封腔体贴合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率设备，其特征在于，所述散热组件与所述壳体通过螺钉紧固。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率设备，其特征在于，所述功率设备还包括盖板，所述盖板设置于所述散热组件背离所述PCB板的一面，所述盖板用于为所述散热组件形成风道。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率设备，其特征在于，所述功率设备还包括降温组件，所述降温组件包括容纳槽，所述容纳槽用于容纳所述散热组件，所述降温组件用于辅助所述功率组件散热。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率设备，其特征在于，所述功率设备还包括插接器件，所述插接器件设置于所述PCB上。

Images