CN206506815U - 一种散热性好的模块式有源滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种散热性好的模块式有源滤波装置，包括外壳结构和内部功能单元结构，所述的内部功能单元结构包括高温高热单元、低温易干扰单元、风机单元和导风板，所述的风机单元包括进风风机单元和抽风风机单元，所述的导风板把内部功能单元分成两个独立风道的腔体，分别为上腔体和下腔体，所述的低温易干扰单元和抽风风机单元设在上腔体内，所述的高温高热单元和进风风机单元设在下腔体内。与现有技术相比，本实用新型具有安全可靠、功率高、体积小、生产便利等优点。

Description

一种散热性好的模块式有源滤波装置

技术领域

本实用新型涉及有源滤波装置的散热技术，尤其是涉及一种散热性好的模块式有源滤波装置。

背景技术

目前，市场上很多有源滤波装置转向了“模块式”结构。虽然这种结构有很多优势，比如体积小(约24寸行李箱大小)、重量轻、生产便利、成本低廉、方便扩容等，但却频频出现核心元件(IGBT、MOSFET、整流管、开关管驱动、滤波电感)失效、爆炸、燃烧等较为恶劣的情况。对发热器件而言，同样功率损耗的前提下，即单位时间内发热量相同的情况下，散热面积越小，热流密度就越高；装置体积越小，热辐射范围就越小，热传导效率就越低。如果此类发热器件没有有效的跟空气进行热交换，就会导致整个装置内部温度过高，当达到某些元器件使用温度极限时，就会出现上述元件失效、爆炸、燃烧等情况。所以有源滤波装置在进行模块式设计的同时，热设计尤为重要，没有热设计或者热设计不成熟成为市场上很多模块式有源滤波装置安全稳定运行的最大障碍。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种散热性好的模块式有源滤波装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种散热性好的模块式有源滤波装置，包括外壳结构和内部功能单元结构，所述的内部功能单元结构包括高温高热单元、低温易干扰单元、风机单元和导风板，所述的风机单元包括进风风机单元和抽风风机单元，所述的导风板把内部功能单元分成两个独立风道的腔体，分别为上腔体和下腔体，所述的低温易干扰单元和抽风风机单元设在上腔体内，所述的高温高热单元和进风风机单元设在下腔体内。

所述的高温高热单元包括功率单元和电抗单元，所述的低温易干扰单元包括驱动单元、电容单元、显示单元、逻辑单元和控制单元。

所述的导风板上重叠一块环氧板。

所述的功率单元中的IGBT布置在进风风机单元的进风口，所述的驱动单元布置在抽风风机单元的抽风口，所述的电抗单元布局在出风口。

所述的进风风机单元和抽风风机单元中的风机采用并联方式设置。

所述的装置还包括散热器，该散热器为铝制散热器，横穿入装置内。

所述的散热器基板厚度为10-15mm。

所述的散热器齿片数设有多个，齿间距为3-5mm，并采用波纹齿。

所述的进风风机单元和抽风风机单元中的风机与散热器的距离大于风机的直径。

所述的外壳结构包括上盖板、挂耳、前盖板、折叠把手、后盖板和底板，通过进风风机单元将外部空气吹进内部功能单元结构进行散热，空气依次流经功率单元和电抗单元后通过下腔出风口流出，下腔出风口为后盖板上的方孔，下腔进风口为前盖板上的方孔；

上腔通过抽风风机单元将内部空气抽出内部功能单元结构进行散热，热空气依次流经电容单元、驱动单元、控制单元和逻辑单元后排出上腔，上腔进风口为上盖板和底板上的方孔。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、安全可靠：市场上大部分模块化有源滤波装置的不可靠性主要表现在元件生效，而元件失效大部分是高温所致。本实用新型综合考虑结构设计、元件布局、风道设计、风扇布局、散热器设计、通风孔设计等多方面因素，最终使得整个装置的工作温度一直处于安全可靠的范围。

二、功率高：本实用新型方案所应用装置的额定功率可达80KW，而市场上常见模块化有源滤波装置的功率为35KW～65KW。

三、体积小：本实用新型考虑产品的经济指标，产品体积小会减少很多运营成本。本实用新型可使80KW的模块式有源滤波装置体积减小到475*610*215(mm)，正常配电柜内可以叠加7个模块，总功率达560KW。

四、生产便利：本实用新型将所有元器件分为8个独立的单元，各功能单元都是PCB板，集成度很高，且整个装置结构简单，所以生产时只需将各功能单元进行正确组装后用排线插接即可。

附图说明

图1为本实用新型外壳结构的结构示意图；

图2为本实用新型外壳结构的另一角度结构示意图；

图3为本实用新型内部功能单元结构的结构示意图；

图4为本实用新型内部功能单元结构的另一角度结构示意图。

其中1、上盖板，2、挂耳，3、前盖板，4、折叠把手，5、后盖板，6、底板； 7、驱动单元，8、电容单元，9、进风风机单元，10、显示单元，11、功率单元， 12、电抗单元，13、逻辑单元，14、抽风风机单元，15、控制单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的钣金外壳结构和内部功能单元结构如图1-4所示，所有钣金和功能单元通过螺丝有效装配。装置通过折叠把手4进行搬运，通过左右挂耳2进行固定。

装置正常运行时，功率单元11和电抗单元12属于高温高热单元，且是干扰源，通过导风板将它们隔开形成下腔，整个下腔为单独风道，通过进风风机单元9将外部空气吹进模块进行散热，空气依次流经功率单元11和电抗单元12后通过下腔出风口流出模块，下腔出风口为后盖板5上的方孔，下腔进风口为前盖板3上的方孔。同时，将导风板有效接地后可屏蔽电磁干扰，一举两得。上腔通过抽风风机单元 14将内部空气抽出模块进行散热，热空气依次流经电容单元8、驱动单元7、控制单元15和逻辑单元13后排出上腔，上腔进风口为上盖板1和底板6上的方孔。上腔进风口的布局为本次散热设计的一个关键点，将进风口分开设置在三个需要严格控制温度的核心元件旁，保证这些核心元件运行在最佳温度内，最终使整个装置的工作温度一直处于安全可靠的范围。

显示单元10通过RS485接口对控制单元15进行信息的显示和参数的修改。

所述的控制单元、逻辑单元、电抗单元、驱动单元、电容单元均为PCB板，这种结构设计我们称之为“板载”，即将所有元器件通过贴片或者锡焊的方式固定在PCB板上。此结构设计最突出的优点就是集成度高，不需要接线。所有单元之间通过铜条、铜柱或者排线进行电流的传导和信号的交换。

所述的显示单元为4.3寸液晶显示触摸屏，通过RS485接口对控制单元进行信息的显示和参数的修改。

所述的风机单元为5个轴流风机组成的进风单元和4个轴流风机组成的出风单元。

所述的功率单元为4个IGBT和1个散热器。

本实用新型的具体工作原理如下：

结构设计：本实用新型将所有元器件按功能分为8个单元，分别是控制单元、逻辑单元、电抗单元、功率单元、驱动单元、电容单元、风机单元、显示单元，其中控制单元、逻辑单元、电抗单元、功率单元、驱动单元、电容单元都为集成度很高的板载式结构，极为便于装配和接线。钣金外壳包括底板、前盖板、后盖板、上盖板、挂耳、折叠把手。所有内部功能单元通过螺丝和钣金外壳有效装配，挂耳用于固定装置，把手用于搬运。

元件布局：将模块内部空间分为上腔和下腔。上腔为发热量低、温度敏感且易受电磁干扰的单元，如控制单元、逻辑单元、驱动单元；下腔为发热量高、开关频率高的单元，如功率单元、电抗单元；上腔和下腔通过导风板完全隔开，并重叠一块环氧板增加热阻，防止上下腔热量的叠加和相互的电磁干扰。将IGBT、驱动单元等热敏感核心元件布局在靠近风扇和进风口位置，以达到最佳的换热效果；将电抗单元布局在出风口，因为其损耗最大，发热量最高，布局在进风口或者中间位置的话会极大提高下游元件的温升。

风道设计：上腔和下腔为两个相互独立的风道，分开散热，避免了热量的叠加；上下风道皆为直通风道，避免了气流转弯，使风压损失降到最小；进风口设置在装置前端，出风口设置在装置末端，进、出风口远离、避免了气流短路；上腔内布局的都是发热量低的元件，各区域换热强度相差不大，要求流场均匀且呈现层流，故采用抽风方式；下腔内布局的都是高温高热的元器件，如IGBT、散热器、电感，抽风方式会使得风扇马达过热影响使用寿命，故采用吹风方式；抽风方式可以设置多个进风口，对多个布局在进风口处的热敏感元件进行散热；吹风方式风量相对集中，可以以较大的风速针对IGBT和散热器进行集中冷却。

风扇布局：为了保证送风的均匀和足够的风量，采用风扇并联的使用方式，风扇并联时风量叠加，风压保持不变；由于风扇旋转惯量(SWIRL)的影响，加之实际产品不可能有足够的空间允许流场充分发展，所以在吹风方式场合，风扇后的流场在到达被冷却物时存在明显的死区，故必须保证风扇到散热器间的距离大于一个风扇的直径，以使得流场尽可能充分发展而变得均匀；风扇远离被冷却物可有效降低装置噪音，以大于风扇直径最佳。

散热器设计：采用铝制散热器，制造工艺为铝挤压技术，性价比高，应用广泛；散热器左右横穿装置以使得散热器尺寸最大；散热器基板厚度以10-15mm为最佳，太薄热容量太小，太厚热阻太大；尽可能增加散热器齿片数，齿间距以3-5mm最佳；可采用波纹齿的方式增加散热面积，波纹齿深度一般小于0.5mm。

通风孔设计：通风孔面积为所有风扇通风面积之和的1.5-2倍；将上腔风道的进风口分别设置在三个需要严格控制温度的核心元件旁，分别是驱动板、IGBT和滤波电感，使其处于风速高速区并处于风路的上游，保证空气以较大的风速无阻力流过此区域。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散热性好的模块式有源滤波装置，包括外壳结构和内部功能单元结构，其特征在于，所述的内部功能单元结构包括高温高热单元、低温易干扰单元、风机单元和导风板，所述的风机单元包括进风风机单元和抽风风机单元，所述的导风板把内部功能单元分成两个独立风道的腔体，分别为上腔体和下腔体，所述的低温易干扰单元和抽风风机单元设在上腔体内，所述的高温高热单元和进风风机单元设在下腔体内。

2.根据权利要求1所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的高温高热单元包括功率单元和电抗单元，所述的低温易干扰单元包括驱动单元、电容单元、显示单元、逻辑单元和控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的导风板上重叠一块环氧板。

4.根据权利要求2所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的功率单元中的IGBT布置在进风风机单元的进风口，所述的驱动单元布置在抽风风机单元的抽风口，所述的电抗单元布局在出风口。

5.根据权利要求1所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的进风风机单元和抽风风机单元中的风机采用并联方式设置。

6.根据权利要求1所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的装置还包括散热器，该散热器为铝制散热器，横穿入装置内。

7.根据权利要求6所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的散热器基板厚度为10-15mm。

8.根据权利要求6所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的散热器齿片数设有多个，齿间距为3-5mm，并采用波纹齿。

9.根据权利要求6所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的进风风机单元和抽风风机单元中的风机与散热器的距离大于风机的直径。

10.根据权利要求2所述的一种散热性好的模块式有源滤波装置，其特征在于，所述的外壳结构包括上盖板、挂耳、前盖板、折叠把手、后盖板和底板，通过进风风机单元将外部空气吹进内部功能单元结构进行散热，空气依次流经功率单元和电抗单元后通过下腔出风口流出，下腔出风口为后盖板上的方孔，下腔进风口为前盖板上的方孔；

上腔通过抽风风机单元将内部空气抽出内部功能单元结构进行散热，热空气依次流经电容单元、驱动单元、控制单元和逻辑单元后排出上腔，上腔进风口为上盖板和底板上的方孔。