CN1879460A - 改进冷却的电源 - Google Patents

Abstract

电源(8)的外壳包括底部(2)和盖子(3)。它们都具有U性的形状。由于盖子(3)略微宽于底部(2)，在底部(2)的侧板(2.2)和盖子(3)的侧板(3.2)之间分别提供了两个空气通道(4)。印刷电路板(1)安装在外壳(1)中，特别是在底部(2)上。不同的机械、电气和/或电子部件(6)安装在印刷电路板(1)上。另外，产生热量的部件(5)安装在印刷电路板(1)上，使得它们紧密地接触底部(2)的侧板(2.2)。部件(5)所产生的多余的热量传递给底部(2)的侧板(2.2)并进一步传递到盖子(3)和其侧板(3.2)上。热量由此散逸到空气中，特别是到空气通道(4)中，热量依靠布置在空气通道(4)入口的两个风扇(7)发出的气流从空气通道散逸。

Description

改进冷却的电源

技术领域

本发明涉及一种电气和/或电子装置，特别是一种电源，包括外壳、具有产生热量的部件的电气和/或电子电路以及至少一个风扇，其中产生热量的部件与外壳的壁部对热接触。

背景技术

在过去几年，对趋于更小尺寸和更轻重量的电子操作装置的需求迅速增长。这些需求不仅涉及整个装置，也涉及到这种装置的各个单个元件，例如类似电源的电气部件。

这种装置的一个问题是电气和/或电子电路变得越小，给定容积中产生的多余热量就越多，并且必须从给定容积中移除更多的热量。

一个可能的解决方法是增加更多的散热器。但是在很多情况下，没有给附加的散热器留出足够的空间。在已知的节省空间的冷却技术中，例如电源的功率半导体器件等产生热量的部件被直接结合到由铝制成的电源外壳上。功率半导体器件所产生的热量传递到外壳，并从这里散逸到空气中。

然而，这种冷却方法的缺点是要散去的最大能量非常有限。

发明内容

因此，本发明的一个目的是创建一种属于前述技术领域的电气和/或电子装置，避免现有技术的缺点，并且在改进的冷却性的同时，可以使装置进行节省空间的冷却。

本发明的解决方法如权利要求1所限定。根据本发明的例如电源、放大器等电气和/或电子装置包括外壳和电气和/或电子电路。外壳包括双壁部分，内壁部分是外壳内表面的一部分，外壁部分是外壳外表面的一部分。双壁部分在内壁部分和外壁部分之间限定出空气通道。电源还包括风扇，风扇布置使风扇或者至少部分风扇产生的气流液引导穿过空气通道。

典型地，电路包括例如机械的、电气和/或电子部件的多个部件。除了这些组件，电路包括一个或多个产生热量的部件，例如变压器或功率半导体器件的电感元件等。产生热量的部件布置在外壳中，使其与外壳双壁部分的内壁部分热接触。因此，所述的双壁部分用作产生热量部件所产生热量的散热器。热量随后从外壳放射到周围的空气中，并且放射到空气通道中，依靠风扇产生的气流使得热量从空气通道散逸。

产生热量的部件不一定要与内壁部分直接物理接触。产生热量的部件和外壳的内壁部分之间的热接触也可以通过导热适配器建立，例如铝块、铝角板、热导管或其它任何适合的热导体。

不是要限制本发明的保护范围，而是为了简化叙述，将持续地使用术语电源代替术语电气和/或电子装置，除非是特别提及。

有了根据本发明的电源，可以获得非常有效的热散逸。由于产生热量的部件与电源外壳的热接触良好，电源产生的热量可以有效地传递到外壳。另外，通过在外壳中提供空气通道，可以增加用于从外壳到周围空气传递热量的表面。并且最终，风扇产生的高速气流穿过空气通道，从空气通道中有效地散逸热量。

另一优点是对空间的需求很低。双壁部分中的空气通道可以节省空间的方式设置。另外，用于提供外壳双壁部分的附加成本明显要低于提供辅助传统散热器的成本。

另外，本发明可以进行弹性设计，因为空气通道的形状和尺寸可以在宽的范围内容易地变化。

例如，空气通道的横截面面积或者横截面的形状可以变化。空气通道可以具有闭合的横截面，例如矩形、圆形或者椭圆形的横截面。这种情况下，所有空气都通过空气通道。空气通道也可以具有孔，一些空气可以通过它们从空气通道中逃出。空气通道也可以具有打开的横截面，例如C形或U形的横截面。在这种情况下，有些空气进入空气通道，通过其打开侧离开空气通道而没有穿过整个通道。

只要外壳足够稳定和坚固，它可以由任何适合的材料制成，例如合成材料或金属。但是为了增强从产生热量的部件到外壳以及进一步到空气的热传递，外壳较佳的由具有高导热系数的材料制成，例如铜或铝等金属。使用铝是很好的，因为它比重较低并且制造成本较低。

电气和/或电子电路可以用任何已知的方式获得。然而，通常使用印刷电路板，它更有益于实现电路。由于产生热量的部件是电路的一部分，它以某种方式电连接在印刷电路板上。例如，部件直接安装在电路板的表面上，或者部件包括焊到电路板上的导线。部件也可以依靠例如电缆的柔性连接装置连接到电路板上。

由于外壳的形状不是实现本发明的关键，因此几乎所有形状的外壳都是可以的。然而，为了根据本发明的电源可以用于多种不同的应用，应当遵循适当的标准。因此较佳的外壳形状是尺寸对应于特定应用相关标准的立方体形。

外壳可以是单件式或者多件式的设计。单件式设计的优点是不需要装配外壳，但是更难于装配整个电源，因为电源的大多部分布置在外壳中。在本发明的较佳实施例中，外壳包括多个部件，至少有底部和盖子，其中印刷电路板安装在底部上。空气通道的内壁部分是底部的一部分而空气通道的外壁部分是盖子的一部分。

为了形成外壳，底部和盖子配合在一起从而在它们之间实现良好的热接触，并且使得内壁部分和外壁部分布置为形成空气通道。由于在底部和盖子配合在一起之前电源可以至少部分地装配，因此减少了制造整个电源的劳动量。

除了底部和盖子，外壳还可以包括其它部件，例如单独的前后面板。

有多种可能装配底部和盖子，例如通过铆接、螺母和螺栓或者螺钉等类似装置或者通过熔接、焊接、粘合、胶合等类似方法。在本发明的较佳实施例中，底部和盖子是靠螺钉接合的，因为螺纹是用于将两片金属装配起来的简单、快速且节省成本的方法。

螺钉在底部和盖子之间单独产生良好的热接触。为了进一步改进底部和盖子之间的导热性，可以在它们配合在一起之前在底部和盖子的接触部分之间使用导热胶。

外壳的底部包括基板和侧板，它们被布置为彼此垂直并且具有共同的边缘。底部的侧板在下面称为底部侧板。外壳的盖子包括顶板以及侧板，在下面称为盖子侧板。顶板和盖子也布置为彼此垂直并且具有共同的边缘。

底部侧板形成内壁部分，而盖子侧板形成外壳双壁部分的外壁部分。

印刷电路极安装在底部上，使其基本上平行于基板并且使得印刷电路板的一个边缘接触底部侧板或者至少位置靠近它。产生热量的部件安装在印刷电路板上那个边缘的附近，使得产生热量的部件接触底板侧板或者位置靠近它。为了具有良好的热接触，还可以通过任何其它适合的方式，例如粘合，将产生热量的部件压靠着底部侧板。

如上所列，外壳基本上为立方体形状并且盖子侧板形成了双壁部分的外壁部分。在本发明的有益实施例中，盖子侧板也形成了电源外壳的外表面，特别是立方体形外壳的侧表面。因此，空气通道位置沿着立方体形外壳的侧表面。就是说，空气通道从外壳的前表面引导至后表面。前表面包括至少一个孔，从风扇产生的气流可以通过它进入空气通道。类似地，外壳的后表面也包括至少一个孔，使得空气可以从空气通道中逸出。

典型地，通过空气通道的气流一直向着相同的方向，在入口进入空气通道，穿过它并在出口离开空气通道。在前表面的区域中由底部侧板和盖子侧板的相应的端部区域形成了入口。通过了带有这些侧板的直端部区域的空气通道的气流对于很多应用是足够的。其它的应用需要更强的冷却能力，从而需要更多的气流通过空气通道。更多的气流可以靠类似漏斗形的入口而获得。实现类似漏斗形入口的简单而较佳的方式是向着外壳的内侧弯曲底部侧板的端部区域。

产生通过空气通道气流的风扇优选布置在立方形外壳的前表面上。它布置为至少部分地覆盖着空气通道的入口，从而使得风扇的气流或者部分气流可以直接进入空气通道。

也可以使风扇位于其它位置并且依靠辅助装置引导气流到空气通道的入口，但是这将意味着更多的工作以及更多的成本。

为了更多地增强电源的冷却能力，额外的散热器安装在空气通道中，从而使得通过空气通道的气流也从额外的散热器散逸热量。这里重要的是额外的散热器与外壳的双壁部分良好地热接触，也就是与空气通道的一个或多个内表面良好地热接触。这确保了从外壳到额外散热器的良好的热传递。

如上所说明的，本发明可以用于电源或者其它产生多余热量的电气和/或电子装置中。本发明的较佳应用是电源，其中由一个或多个功率半导体器件，例如二极管、闸流晶体管、晶体管、三端双向可控硅开关或者其它产生热量的功率半导体器件产生多余的热量。

由于典型的电源具有多于一个的外表面，其优点是在外壳的另一外表面上提供其它的空气通道，特别是第二空气通道。为了这个目的，外壳包括带有内壁部分和外壁部分的第二双壁部分，沿着外壳的其它表面限定出第二空气通道。通过第二空气通道的气流可以由第一风扇产生或者电源可以包括第二风扇(或者甚至更多的风扇)以产生第二气流。由于第二空气通道作为第二散热器，可以散逸掉更多的多余热量。

在电源为立方体形外壳的情况下，第二双壁部分优选地沿着外壳的第二侧表面设置，而第二风扇布置在与第一风扇相同的表面上，从而使得第二风扇的气流被引导穿过第二空气通道。

其它有益实施例和特征的结合根据下面的叙述和全部权利要求了解。

附图说明

用于说明实施例的附图示出了：

图1以前视图示出根据本发明的电源的示意性截面图；

图2为图1的截面图，包括两个风扇；

图3以顶视图示出图1电源的示意性截面图；

图4是根据本发明另一电源的截面详细视图；

图5a-图5f是在带有打开空气通道的不同实施方式中图1所示电源双壁部分的横截面的详细视图；

图6a-图6d是在带有闭合空气通道的不同实施方式中图1所示电源双壁部分的横截面的详细视图；

图7a-图7b是在空气通道中带有额外散热器的不同实施方式中图1所示电源双壁部分的横截面的详细视图；

图8a-图8b是根据本发明的电源的另一实施例的双壁部分的横截面的详细视图；

图9以顶视图示出了根据本发明的装配的电源；

图10以底视图示出了图9的电源；

图11以后视图示出了图9的电源。

在附图中，相同的部件使用了相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电源8的截面示意图。电源8包括外壳，外壳带有由铝片制成的底部2和盖子3。尽管可以实现更大或更小的电源，电源8的长度典型地限定在10cm和40cm之间，宽度在4cm和25cm之间，而高度在4cm和25cm之间。尽管在特定应用中可能需更厚或更薄的铝片，但是铝片的厚度典型地是在0.5mm和3mm之间变化。底部2包括底板2.1和两个内侧板2.2，而盖子3包括顶板3.1和两个外侧板3.2。底部2构建为具有U形截面，其中底板2.1为U形的基部，而内侧板2.2为U形的臂。盖子2也构建为U形截面，其中顶板3.1为U形的基部，而外侧板2.2为U形的臂。

盖子3比底部2更宽。因此可以通过将底部2插入盖子3中从而将它们组装起来并通过适合的装置配合在一起，从而在底部2和盖子3之间获得良好的导热性。例如它们可以用螺钉固定在一起(图1中未示出)。当配合在一起时，底部2的内侧板2.2与盖子3的外侧板3.2限定出两个空气通道4。

印刷电路板PCB1安装在底部2上，并使它基本上平行于底板2.1。不同的部件6安装在PCB1上。它们可以为机械、电气、电子或其它部件。这些部件可以直接放在PCB1的表面上并且焊在相应的焊盘上，或者它们可以装备有一个或多个焊到PCB1中相应的孔中的导线。只要建立了必要的电子和机械连接，该部件可以用各种不同的方式与PCB1相配合。

在内侧壁2.2附近靠近PCB1的边界处，安装了产生热量的部件5。它们被布置为使得它们接触内侧板2.2。另外，它们紧密配合在内侧板2.2上从而在产生热量的部件5和内侧板2.2之间获得良好的导热性。

为了更好地理解，图中示出了底部2和盖子3之间的小间隙，尽管它们是紧密地压在一起的。产生热量的部件5和内侧板2.2之间的接触的图示也是这样。

在图2中，示出了与图1相同的电源8。唯一的不同在于图2示出了风扇7，它们的位置用虚线示出。风扇7产生了与图面垂直运行的气流(未示出)，该气流部分穿过外壳内侧，部分穿过空气通道4。

由于产生热量的部件5和内侧板2.2之间以及底部2和盖子3之间的良好的导热性，产生热量的部件5所产生的多余热量被有效地传递到内侧板2.2、传递到顶板3.1以及外侧板3.2。有了这样的布置，多余的热量可以在底部2和盖子3的加大表面上并且在外壳的内侧以及外侧上有效地扩散开。这意味着多余的热量可以有效地散逸到外壳内、外壳外以及空气通道4内的空气中。因此，风扇7所产生的气流有效地使得外壳内以及空气通道4内的热空气散逸。

图3的顶视图示出了平行于底板2.1的电源8的截面图。这里，可以看到带有产生热量的部件5的PCB1以及内侧板2.2、外侧板3.2和风扇7。箭头9示出了从风扇7吹出的气流，而箭头9.1表示穿过空气通道4的气流。

图4示出了根据本发明的另一电源的横截面的详细视图。特别地，图4示出了空气通道4的入口。该入口由前侧板2.2和外侧板3.2的前部形成。在这个实施例中，内侧板2.2的前部10向着外壳的内部弯曲，从而使得入口具有类似漏斗的形状。最终，如箭头9.1所示，更多的空气被风扇7吹过空气通道4。

图5中，示出了为了获得良好导热性的底部2和盖子3的不同实施方式的一些示意性的打开的横截面。为了简化这些图，部件6和产生热量的部件5都没有示出。图5a中，内侧板2.2的上边缘2.3与外壳的内侧形成垂直角，从而使其平行于顶板3.1。借助于位于形成角度的上边缘2.3的范围之内的连接装置11，例如螺钉或带有相应螺栓的螺母，底部2和盖子3配合在一起从而压着成角度的上边缘2.3紧密地抵靠着顶板3.1的内表面。

在图5b中，上边缘2.3相对于电源8的外壳向外形成垂直的角度。连接装置11与图5a中的连接装置11相对应。在图5c中，上边缘2.3两次弯角形成U形。在这里，连接装置11的螺钉或螺栓布置为与内侧板2.2和外侧板3.2正交。通过改变上边缘2.3的U形的宽度，可以改变内侧板2.2和外侧板3.2之间的距离，也就是空气通道4的宽度。

在图5d中，内侧板2.2的上边缘2.3没有弯角而是直的。为了具有底部2和盖子3之间良好热接触所必须的平行表面，将垫片12插入空气通道4的上部中。连接装置11布置为正好通过垫片12与内侧板2.2以及外侧板3.2正交。为了确保良好的导热性，垫片12也可以由铝制成。

图5e示出的实施例中内侧板2.2的上边缘2.3弯曲了两次，并且具有Z形的形状，使其大多的上部再次平行于外侧板3.2。在图5f中，不是内侧板2.2弯曲，而是外侧板3.2的相应部分3.4弯曲成类似Z形。

图5的所有实施例都具有相同的特征，空气通道4不是闭合的而是打开的。

图6中，示出了电源8的不同实施例，其中底部2和盖子3限定出了闭合的或者至少是部分闭合的空气通道4。为了获得它，相应地构建出外侧板3.2的下边缘3.3或者内侧板2.2的相应的下部2.3。在图6a中外侧板3.2的下边缘3.3弯曲成Z形而在图6b中弯曲成U形。如图6c所示，空气通道4也可以靠在空气通道4的下部中插入的垫片12而闭合。在图6d中，内侧板2.2的下部2.4弯曲成类似Z形，从而实现内侧板2.2和外侧板3.2之间的必须的距离。为了增强从底部2到盖子3的热传递，可以在空气通道4的下端提供第二连接装置11。

在所示的所有实施例中，可以通过改变底部2和/或盖子3的形状而在很宽的范围内改变空气通道4的尺寸。尺寸以及与其相关的空气通道4的冷却属性可以选择为尽可能好地达到特别使用的需求。

如上所述，可以将附加的散热器插入到空气通道4中从而进一步改善热量的散逸。图7示出了其如何做的两个示例。在图7a中，示出了带有单个基块13并带有两侧延伸散热片14的散热器。连接装置11的位置使得基块13、内侧板2.2和外侧板3.2紧密地压在一起。由于基块13和内侧板2.2以及外侧板3.2的紧密接触，多余的热量可以传递给散热片14，依靠穿过空气通道的气流而有效地冷却。在图7b的示例实施例中，附加的散热器包括在空气通道4上端的基块13以及在其下端的基块13，它们两个由散热片14连接。当然，也可以在空气通道4中提供更多的基块13或者散热片14。

不一定要将产生热量的部件5安装在PCB1上，使得它紧密地接触内侧板2.2。通常，也可以使得产生热量的部件5与电源外壳的任何其它内表面热接触。图8a示出了一个实施例，其中产生热量的部件安装在PCB1的下表面上，使其与底部2的底板2.1热接触。外侧板3.2形成为其包括下部3.5，该下部3.5平行于底板2.1并且覆盖着没有产生热量部件5的底板2.1的区域。

图8b示出了类似的实施例，其中下部3.5的边缘3.3弯曲成类似Z形从而闭合空气通道4。空气通道4借助于垫片12而分隔为两个单一的空气通道4。另外应当注意，产生热量的部件5安装在PCB1的上表面上。在这种情况下，确保了PCB1和底板2.1之间良好的导热性。

应当理解，图中所示的所有实施例，特别是底部2和盖子3之间的各类型的连接装置，可以彼此结合从而形成本发明电源的其它实施例。另外，为了增强底部2和盖子3之间的热传递，可以在底部2和盖子3配合到一起之前在接触区域中使用导热胶(图中未示出)。

图9、10和11以顶视图(图9)、底视图(图10)和后视图(图11)示出了根据本发明的装配的电源8。示出了带有顶板3.1和外侧板3.2的盖子3、带有底板2.1和内侧板2.2的底部2、风扇7以及空气通道4。

另外，图9和10示出了带有用于风扇7的适当通风孔17的前面板15。前面板15可以单独构建或者也可以成为底部2和盖子3的一部分。

在图11的电源8的后视图中，示出了后面板16。它包括多个通风孔17，作为空气的出口直接穿过外壳。典型的，后面板包括例如插头和类似的连接装置(未示出)将电源连接到需要供电的装置上。

总之，应当注意本发明可以制造例如电源等电气和/或电子装置，带有高度改进的冷却能力的同时只需要最小的额外空间。另外，也可以改善电源外壳的稳定性和坚固性，因为底部和盖子可以具有附加的接触和固定区域。

Claims (12)

1.一种电气和/或电子装置，特别是电源(8)，包括外壳，带有产生热量的部件(5)的电气和/或电子电路(1)，以及至少一个风扇(7)，产生热量的部件与外壳的壁部分热接触，其特征在于外壳包括带有内壁部分(2.2)和外壁部分(3.2)的双壁部分，在内壁部分和外壁部分之间限定出空气通道(4)，所述产生热量的部件与内壁部分热接触，所述双壁部分为散热器，并且所述至少一个风扇布置为由所述至少一个风扇所产生的气流被引导穿过所述空气通道。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述外壳由具有高导热系数的金属制成，特别是铝。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述外壳基本上为立方体形的形状，并且包括热接触装配在一起的底部(2)和盖子(3)，所述内壁部分为所述底部的一部分，所述外壁部分为所述盖子的一部分，所述电路设置在印刷电路板上并且印刷电路板安装在底部上。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于它包括在底部和盖子的接触部分之间的导热胶，所述底部和所述盖子靠螺钉(11)接合。

5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于所述底部包括基板(2.1)和底部侧板(2.2)，并且所述盖子包括顶板(3.1)和盖子侧板(3.2)，所述底部侧板形成所述内壁部分，所述盖子侧板形成所述外壁部分，并且所述印刷电路板安装为基本上平行于所述基板。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述盖子侧板形成所述立方体形外壳的侧表面，所述空气通道从所述立方体形外壳的前表面延伸至后表面。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述空气通道具有入口，所述入口由向着外壳的内侧弯曲所述底部侧板的端部(10)形成，用于增加通过空气通道的气流(9.1)，所述至少一个风扇布置在所述立方体形外壳的前表面上，至少部分地覆盖着所述入口。

8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于额外的散热器(13，14)安装在空气通道中，与所述双壁部分热接触。

9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于所述产生热量的部件是功率半导体器件。

10.如权利要求1至9中任一项所述的装置(8)，其特征在于它包括至少两个风扇(7)，外壳包括带有内壁部分(2.1)和外壁部分(3.2)的第二双壁部分，第二双壁部分限定出第二空气通道(4)，所述第二双壁部分为第二散热器并且所述至少两个风扇布置为由所述至少两个风扇所产生的气流被分别引导穿过所述空气通道。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述外壳基本上为立方体形的形状并且具有两个侧表面，各空气通道分别沿着所述侧表面中的一个布置，并且从立方形外壳的前表面延伸至立方形外壳的后表面。

12.一种用于如权利要求1至11中任一项所述的电气和/或电子装置的外壳，该装置包括具有产生热量的部件的电气和/或电子电路以及至少一个风扇，其特征在于外壳包括带有内壁部分和外壁部分的双壁部分，内壁部分和外壁部分之间限定出空气通道，并且构建为使得所述产生热量的部件与内壁部分热接触，并且由所述至少一个风扇所产生的气流被引导穿过所述空气通道，所述双壁部分为电子装置的散热器。

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