CN216015018U - 通过金属壳体散热的变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通过金属壳体散热的变换器，所述变换器还包括用于放置所述输入调节级和所述隔离转换级的电路元件的电路板和放置所述电路板并使得所述电路板上的元器件散热的金属外壳，所述金属外壳具有底面和开口，所述电路板通过所述开口放置在所述金属外壳中，使得所述电路板上的磁性元件和所述开关器件通过导热绝缘层与所述金属外壳的底面的内表面接触，通过所述金属外壳散热；所述磁性元件包括磁芯，所述电路板上设置有磁芯安装孔，使得所述磁芯穿过所述电路板并分别位于所述电路板的两面。实施本实用新型的通过金属壳体散热的变换器，具有以下有益效果：故其磁性元件的散热情况较好。

Description

通过金属壳体散热的变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种通过金属壳体散热的变换器。

背景技术

变换器，特别是DCDC变换器可以做成一个电源模块的形式，将其作为系统的一个部件或元件直接用于系统中。一般来讲，这些电源模块都具有塑料外壳和输入输出端子，虽然在一些情况下，也可以通过设置在外壳上或外壳内的金属散热片等进行散热，但是由于在其磁性元件安装在电路板上，具体来讲是处于电路板的正面或元件面，这就使得其磁性元件和散热部件之间不存在直接的热传导路径或需要额外的散热路径，导致其磁性元件上的热量散发较慢，于是在功率较大或功率密度较大时，就会出现由于散热不佳导致的磁性元件温度升高或提前进入磁饱和的情况，使得电源不能达到设定的性能指标，甚至出现故障。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述磁性元件的散热情况不好的缺陷，提供一种磁性元件的散热情况较好的通过金属壳体散热的变换器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种通过金属壳体散热的变换器，所述变换器包括调节输入电压的输入调节级和将所述输入调节级输出的电压转换为设定的输出电压的隔离转换级；所述输入调节级和隔离转换级分别具有各自的磁性元件和开关器件；所述变换器还包括用于放置所述输入调节级和所述隔离转换级的电路元件的电路板和放置所述电路板并使得所述电路板上的元器件散热的金属外壳，所述金属外壳具有底面和开口，所述电路板通过所述开口放置在所述金属外壳中，使得所述电路板上的磁性元件和所述开关器件通过导热绝缘层与所述金属外壳的底面的内表面接触，通过所述金属外壳散热；所述磁性元件包括磁芯，所述电路板上设置有磁芯安装孔，使得所述磁芯穿过所述电路板并分别位于所述电路板的两面。

更进一步地，所述输入调节级的磁性元件包括电感，所述电感包括电感磁芯和绕制在所述电感磁芯中的电感线圈；所述电感磁芯包括两个RM型磁芯，两个RM芯磁芯分别由所述电路板的正面和背面分别通过所述电路板上的电感磁芯安装孔对接在一起，形成一个封闭的磁芯空间，所述电感线圈设置在所述磁芯空间内，位于所述电路板的正面，且围绕所述RM型磁芯的中间磁柱绕制。

更进一步地，所述隔离转换级的磁性元件包括变压器，所述变压器包括变压器磁芯和绕制在所述变压器磁芯中的变压器线圈；所述变压器磁芯包括两个ER型磁芯，两个ER芯磁芯分别由所述电路板的正面和背面分别通过所述电路板上的变压器磁芯安装孔对接在一起，形成一个封闭的磁芯空间，所述变压器线圈设置在所述磁芯空间内，位于所述电路板的正面，且围绕所述ER型磁芯的中间磁柱绕制。

更进一步地，所述变压器和所述电感在所述电路板上放置的方向在水平面上相互垂直。

更进一步地，所述输入调节级包括用于将输入的高电压降低为指定的电压的BOOST电路，包括BOOST开关器件，所述BOOST开关器件设置在所述电路板的背面。

更进一步地，所述隔离转换级包括同步整流的全桥变换电路，包括整流器件和全桥开关器件，所述整流器件和全桥开关器件均设置在所述电路板的背面。

更进一步地，所述金属外壳的底面的内表面上设置和所述电感和变压器突出所述电路板底面的磁芯对应的凹陷，所述凹陷使得所述电路板放置在所述金属外壳中时，其底部的开关器件能够接近或接触所述金属外壳的底面。

更进一步地，所述电路板和所述金属外壳的底面之间还设置有绝缘导热层，所述绝缘导热层包括由事先灌入的导热胶被所述电路板或所述电路板的背面设置的元器件挤压后凝结而形成。

更进一步地，所述金属外壳的底面上设置有螺钉孔，所述螺钉孔位于所述底面的四个角上，所述电路板通过所述螺钉孔和固定螺钉的配合被固定在所述金属外壳中。

更进一步地，还包括盖板，所述盖板放置在所述金属外壳的开口上，将所述电路板封闭在所述金属外壳内；所述电路板上设置有连接柱，所述连接柱穿过所述盖板上对应设置的通孔，伸出所述盖板形成所述变换器的连接端子。

实施本实用新型的通过金属壳体散热的变换器，具有以下有益效果：由于在电路板上存在磁芯安装孔，使得所述磁芯穿过所述电路板并分别位于所述电路板的两面，这样在上述电路板放入上述金属外壳中时，磁芯能够通过导热绝缘层和金属外壳的底面接触，从而能够通过上述金属外壳散热，且其热传递途径较为直接，故其磁性元件的散热情况较好。

附图说明

图1是本实用新型通过金属壳体散热的变换器实施例中电路板正面的结构示意图；

图2是所述实施例中电路板背面的结构示意图；

图3是所述实施例中电路板磁性元件装配后的正面结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是所述实施例中电路板和金属壳体的装配位置示意图；

图6是所述实施例中盖板的装配位置示意图；

图7是所述实施例中一种情况下输入调节级的拓扑结构示意图；

图8是所述实施例中一种情况下隔离转换级的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1-图5所示，在本实用新型的通过金属壳体散热的变换器实施例中，从电路上来讲，所述变换器包括调节输入电压的输入调节级和将所述输入调节级输出的电压转换为设定的输出电压的隔离转换级；所述输入调节级和隔离转换级分别具有各自的磁性元件和开关器件；于是在本实施例中，该变换器具有两个磁性元件和多个开关器件(或功率器件)；而从机械结构上来看，所述变换器包括用于放置所述输入调节级和所述隔离转换级的电路元件的电路板1和放置所述电路板1并使得所述电路板1上的元器件散热的金属外壳2(请参见图5)，所述金属外壳具有底面21和开口(由图5中的侧面22围合形成)，所述电路板1通过所述开口放置在所述金属外壳2中，使得所述电路板上的磁性元件(包括图3中的电感13和变压器14)和所述开关器件(包括图2中的输入调节级开关器件16和隔离转换级开关器件17)通过导热绝缘层(图中未示出)与所述金属外壳2的底面21的内表面接触，通过所述金属外壳2散热；在本实施例中，所述磁性元件可以是电感或变压器，而这些磁性元件均包括包围住绕组的磁芯，也就是电感或变压器的绕组都是绕制在磁芯内部或被磁芯包围的，这样使得磁性元件的漏磁较小，既能够提高磁性元件本身的性能参数，又能够减少对其他部件的影响。在本实施例中，为了使得上述磁性元件的磁芯能够较好地和上述底面21接触或者说为了使得上述磁芯能够更好地讲热量传输到上述金属外壳2上，所述电路板1上设置有磁芯安装孔(11、12)，使得所述磁芯穿过所述电路板1并分别位于所述电路板1的两面。由于在本实施例中上述磁性元件包括两个，即分别是输入调节级的电感13和隔离转换级的变压器14，所以上述电路板1上的磁芯安装孔分别是电感磁芯安装孔11和变压器磁芯安装孔12。在本实施例中，上述电感磁芯安装孔11和变压器磁芯安装孔12的形状是不相同的，这是由于构成电感或变压器的磁芯的形状和尺寸的不同而决定的。上述电感磁芯安装孔11和变压器磁芯安装孔12的形状使得其对应的电感磁芯和变压器磁芯刚好能够分别由电路板1的正面和背面通过对应的安装孔组合在一起，形成在电路板1的上方和下方均有磁芯的状态，请参见图4，可以看到，在图4中，清楚地示出了磁芯和电路板1之间的位置关系，即上述磁芯均由相同形状的两部分对接而成，通过不同的磁芯安装孔2将两个形状相同的磁芯组件粘接在一起形成磁芯，组合后的磁芯在所述电路板1的正面或背面均有部分存在。

在本实施例中，所述输入调节级包括用于将输入的高电压降低为指定的电压的BOOST电路，包括BOOST开关器件16(请参见图2)和电感13(请参见图3和图4)，所述BOOST开关器件16设置在所述电路板1的背面；所述电感13包括电感磁芯和绕制在所述电感磁芯中的电感线圈；所述电感磁芯包括两个RM型磁芯，两个RM芯磁芯分别由所述电路板1的正面和背面分别通过所述电路板1上的电感磁芯安装孔11对接在一起，例如，通过涂覆在ER磁芯顶面上的环氧胶，将分别处于电路板1的不同面上的两个ER型磁芯通过上述电感磁芯安装孔11粘接在一起，形成一个封闭的磁芯空间，所述电感线圈设置在上述磁芯对接后形成的磁芯空间内，位于所述电路板1的正面，且围绕所述RM型磁芯的中间磁柱绕制；或者上述电感线圈绕制后套接固定在处于上述电路板1的正面的RM型磁芯的中间磁柱上。这样当上述两个磁芯粘接在一起时，该电感13的磁芯由电路板1的正面穿过电路板1向下延伸，使得其上的热量能够直接通过磁芯传递到上述金属外壳2上进行散热，而不是像现有技术中一样，将磁芯放置在电路板1的正面上，通过电路板1进行散热。

同样地，在本实施例中，所述隔离转换级包括同步整流的全桥变换电路，包括整流器件17(请参见图2)、全桥开关器件和磁性元件，所述整流器件17和全桥开关器件(连接在变压器14上，在图2中，是位于变压器磁芯安装孔12的另一侧的器件)均设置在所述电路板的背面，也就是说，所述整流器件17和全桥开关器件均设置在所述电路板1的背面，且分别设置在所述变压器磁芯安装孔12的两侧。所述隔离转换级的磁性元件包括变压器14，所述变压器14包括变压器磁芯和绕制在所述变压器磁芯中的变压器线圈；所述变压器磁芯包括两个ER型磁芯，两个ER芯磁芯分别由所述电路板1的正面和背面分别通过所述电路板上的变压器磁芯安装孔12对接在一起，形成一个封闭的变压器磁芯空间，所述变压器线圈设置在所述变压器磁芯空间内，位于所述电路板1的正面，且围绕所述ER型磁芯的中间磁柱绕制。同样地，上述变压器14的绕制方法和磁芯安装方法和上述电感13是相似的，只是其绕组和磁芯形状不同而已。

由上面的说明可见，在本实施例中，该变换器包括两个磁性元件，一个是电感，另外一个是变压器；这两个磁性元件分别连接有各自的开关器件，这些磁性元件的结构、设置位置和电路板上安装位置的结构具有上述的特点，同时，其各自连接的开关器件的放置位置也设置在指定的区域内。

作为一个例子，图7和图8中分别给出上述输入调节级和隔离转换级的电路拓扑。值得一提的是，图7和图8中的电路是相互连接的，通过将图7中的节点a和节点b分别与图8中的节点a和节点b连接即可将两部分电路连接起来。同时，图7和图8主要用于说明磁性元件和开关器件的连接关系，至于如何控制开关器件(即电源的控制部分)，由于和本实用新型关系不大，可以采用任何现有的、适合的控制方法或方案，所以并未在图7和图8中完整示出。在图7中，输入调节级的磁性元件是一个标号为L1的电感，其对应或就是图3中的电感13，与上述电感13(L1)连接的开关管共有6个，这些开关管对应于图2中的BOOST开关器件16，放置位置请参见图2；图8示出了隔离转换级的电路拓扑，其磁性元件为标号为T1的变压器，其对应或就是图3中的变压器14，与上述变压器14的初级连接的开关管为4个，在图2中将其表示为初级开关管171，其设置在上述变压器的初级一侧，请参见图2；与上述变压器14的次级连接的开关管为4个，在图2中，上述4个开关管表示为整流器件17，其设置在上述变压器14的另一侧(即次级一侧)，请参见图2。

此外，值得一提的是，在本实施例中，所述变压器14和所述电感13在所述电路板1上放置的方向是在水平面上相互垂直的。如图3所示，这样的摆放位置能够将两个磁性元件之间的相互影响降到较低的程度。

如图5所示，所述金属外壳2的底面21的内表面上设置和所述电感13和变压器14突出所述电路板1的底面的磁芯对应的凹陷(23、24)，所述凹陷(23、24)的形状分别与上述电感13和变压器14的磁芯形状相适配，使得所述电路板放置在所述金属外壳中时，上述电感13和变压器14的磁芯能够分别进入上述凹陷(23、24)，这样，电路板1的底面上的开关器件接近或接触所述金属外壳2的底面21。这是由于上述电感13和变压器14的磁芯突出于电路板1背面的高度是大于安装在上述电路板1背面的开关元器件的高度。如果不设置上述凹陷(23、24)，则开关器件距离金属外壳2的距离较长，不利于其散热。

在本实施例中，所述电路板1和所述金属外壳2的底面21之间还设置有绝缘导热层(图中未示出)，所述绝缘导热层包括由事先灌入的导热胶被所述电路板1放入上述金属外壳2后挤压后凝结而形成。

所述金属外壳2的底面21上设置有螺钉孔(图中未示出)，所述螺钉孔位于所述底面21的四个角上，所述电路板1通过所述螺钉孔和固定螺钉的配合被固定在所述金属外壳2中。此外，如图6所示，在本实施例中，该通过金属壳体散热的变换器还包括盖板3，所述盖板3放置在所述金属外壳2的开口上，将所述电路板1封闭在所述金属外壳2内；所述电路板1上设置有连接柱，包括输入连接柱18和输出连接柱19，请参见图1；所述连接柱穿过所述盖板3上对应设置的通孔31，伸出所述盖板3形成所述变换器的连接端子。在图6中，上述盖板3上不同位置分别设置有多个通孔31，例如，图6中左侧的通孔31供上述输入连接柱18穿过，右侧的通孔31供输出连接柱19穿过。为了使得这些连接柱在穿过上述盖板3时不会与盖板3接触，在上述通孔31上设置绝缘垫32，使得每个连接柱穿过上述盖板3时都通过上述绝缘垫32实现与盖板3的隔离。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述变换器包括调节输入电压的输入调节级和将所述输入调节级输出的电压转换为设定的输出电压的隔离转换级；所述输入调节级和隔离转换级分别具有各自的磁性元件和开关器件；所述变换器还包括用于放置所述输入调节级和所述隔离转换级的电路元件的电路板和放置所述电路板并使得所述电路板上的元器件散热的金属外壳，所述金属外壳具有底面和开口，所述电路板通过所述开口放置在所述金属外壳中，使得所述电路板上的磁性元件和所述开关器件通过导热绝缘层与所述金属外壳的底面的内表面接触，通过所述金属外壳散热；所述磁性元件包括磁芯，所述电路板上设置有磁芯安装孔，使得所述磁芯穿过所述电路板并分别位于所述电路板的两面。

2.根据权利要求1所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述输入调节级的磁性元件包括电感，所述电感包括电感磁芯和绕制在所述电感磁芯中的电感线圈；所述电感磁芯包括两个RM型磁芯，两个RM型磁芯分别由所述电路板的正面和背面分别通过所述电路板上的电感磁芯安装孔对接在一起，形成一个封闭的磁芯空间，所述电感线圈设置在所述磁芯空间内，位于所述电路板的正面，且围绕所述RM型磁芯的中间磁柱绕制。

3.根据权利要求2所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述隔离转换级的磁性元件包括变压器，所述变压器包括变压器磁芯和绕制在所述变压器磁芯中的变压器线圈；所述变压器磁芯包括两个ER型磁芯，两个ER芯磁芯分别由所述电路板的正面和背面分别通过所述电路板上的变压器磁芯安装孔对接在一起，形成一个封闭的磁芯空间，所述变压器线圈设置在所述磁芯空间内，位于所述电路板的正面，且围绕所述ER型磁芯的中间磁柱绕制。

4.根据权利要求3所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述变压器和所述电感在所述电路板上放置的方向在水平面上相互垂直。

5.根据权利要求4所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述输入调节级包括用于将输入的高电压降低为指定的电压的BOOST电路，包括BOOST开关器件，所述BOOST开关器件设置在所述电路板的背面。

6.根据权利要求5所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述隔离转换级包括同步整流的全桥变换电路，包括整流器件和全桥开关器件，所述整流器件和全桥开关器件均设置在所述电路板的背面。

7.根据权利要求6所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述金属外壳的底面的内表面上设置和所述电感和变压器突出所述电路板底面的磁芯对应的凹陷，所述凹陷使得所述电路板放置在所述金属外壳中时，其底部的开关器件能够接近或接触所述金属外壳的底面。

8.根据权利要求7所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述电路板和所述金属外壳的底面之间还设置有绝缘导热层，所述绝缘导热层包括由事先灌入的导热胶被所述电路板或所述电路板的背面设置的元器件挤压后凝结而形成。

9.根据权利要求8所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，所述金属外壳的底面上设置有螺钉孔，所述螺钉孔位于所述底面的四个角上，所述电路板通过所述螺钉孔和固定螺钉的配合被固定在所述金属外壳中。

10.根据权利要求9所述的通过金属壳体散热的变换器，其特征在于，还包括盖板，所述盖板放置在所述金属外壳的开口上，将所述电路板封闭在所述金属外壳内；所述电路板上设置有连接柱，所述连接柱穿过所述盖板上对应设置的通孔，伸出所述盖板形成所述变换器的连接端子。

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