CN217406394U - 一种高功率密度电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率密度电源设备，包括机架组件、散热组件、电路功能单元和密封盖板组件；机架组件内分为相互隔离的功率变换区、输入滤波区和控制辅源区，功率变换区位于机架组件中间，输入滤波区和控制辅源区分别位于机架组件左右两侧；散热组件包括散热翅片和冷却风机模块，散热翅片位于功率变换区中间，功率变换区分为上下两部分，冷却风机模块安装在机架组件的前侧、且对应散热翅片位置；电路功能单元包括功率变换模块，上下两部分的功率变换模块背对背安装，使上下两部分的功率变换模块共用散热组件。本实用新型结构设计合理紧凑，散热效率高，具有足够的抗震抗冲击功能，良好的防盐雾、防霉菌和防潮湿功能，重量轻。

Description

一种高功率密度电源设备

技术领域

本实用新型属于电源设备技术领域，特别是涉及一种高功率密度电源设备。

背景技术

随着电源设备的广泛应用，对其环境适应性、功率体积比和功率重量比的要求也越来越高。在一些特殊领域，要求电源设备具备适应高温、低温、湿热、霉菌、盐雾、振动、冲击、以及电磁干扰等恶劣环境条件，同时应具有高可靠性，高功率密度。当电源设备的电路拓扑和主要元器件设计、选型确定后，提高其环境适应性和功率密度则主要通过电源设备的结构设计来实现。

电源设备的环境适应性涉及到热设计、抗振动冲击设计、腐蚀防护设计、电磁兼容设计、电子装联设计、机械设计等专业技术，为了保证电源设备具有良好的环境适应性，需要针对每种环境条件采取具体性措施，高温环境需要对电源设备采取散热措施，低温环境需要选择合适的材料，湿热、霉菌和盐雾环境需要选择合适的材料及做表面涂层处理或采取密封处理，振动、冲击环境需要选择机械性能好的材料并采取加固措施。现有技术中，针对每单个环境条件，目前都有相应的解决方案，但要同时适应所有环境条件且做到高功率密度还存在很大难度。

现有的解决方案中，当侧重于湿热、霉菌和盐雾环境适应性时，将电源设备机箱设计成密闭结构形式；当需要电源设备功率大需对功率器件进行散热处理时，将功率器件安装在散热器上，散热器翅片露于机箱之外；当功率器件数量较多需要较大的散热器表面积时，相应地增加机箱尺寸和重量；同时，当为适应振动冲击环境，对机箱壳体采取加固措施，增加壁面厚度和加强筋，但也使重量增加。

当侧重于提高功率密度时，尽可能减轻机箱尺寸和重量，但又导致机箱强度变弱难以适应振动冲击环境，也难以做到机箱密封使产品适应湿热、霉菌和盐雾环境。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供了一种高功率密度电源设备，该电源设备可同时解决恶劣环境适应性和提高功率密度的问题。

本实用新型是这样实现的，一种高功率密度电源设备，包括机架组件、散热组件、电路功能单元和密封盖板组件；

所述机架组件内分为相互隔离的功率变换区、输入滤波区和控制辅源区，所述功率变换区位于机架组件的中间，所述输入滤波区和控制辅源区分别位于机架组件的左右两侧；

所述散热组件包括散热翅片和冷却风机模块，所述散热翅片位于所述功率变换区的中间，将所述功率变换区分为上下两部分，所述散热翅片与机架组件一体成型，所述冷却风机模块安装在所述机架组件的前侧、且对应散热翅片位置，在所述密封盖板组件的后侧开设有与散热翅片对应的散热口；

所述电路功能单元包括功率变换模块，所述功率变换模块分别安装在功率变换区的上下两部分内，且所述功率变换区上下两部分的功率变换模块背对背安装，使上下两部分的功率变换模块共用所述散热组件。

优选的，所述输入滤波区、控制辅源区和功率变换区通过机架组件的两个立板进行分隔，两个立板与密封盖板组件围成三个腔体，使三个腔体与设备外部环境密闭隔离。

进一步优选的，所述机架组件包括机架一和机架二，所述机架二安装于机架一的功率变换区内，所述机架二的前侧面与机架一的前侧面内璧紧密连接，机架二的左右两侧面和机架一的两个立板内璧紧密连接，使得机架一与机架二之间形成一个从前到后的密闭散热风道。

更进一步优选的，所述散热翅片分为翅片一和翅片二，所述翅片一一体成型于机架一上，所述翅片二一体成型于机架二上，所述翅片一和翅片二上下对合。

更进一步优选的，所述功率变换区的上下两部分分别水平安装多个功率变换模块，上部分的功率变换模块安装在机架二上，下部分的功率变换模块安装在机架一上，功率变换模块上下两两通过穿过位于侧边穿线通道的汇流排进行并联，再总汇并联在一起。

进一步优选的，两个所述立板与密封盖板组件的接触部位均加装导电密封橡胶条。

优选的，所述机架组件采用6061-T6铝合金加工而成。

优选的，所述电路功能单元还包括输入滤波模块、控制模块，辅助电源模块，母板模块、输出接口模块，所述输入滤波模块安装在输入滤波区，所述控制模块、辅助电源模块、母板模块和输出接口模块安装在控制辅源区。

优选的，所述密封盖板组件包括上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、防护板和后盖板，所述上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、防护板、后盖板上在与机架组件接触部位均设置有导电密封橡胶条。

优选的，所述机架组件、密封盖板组件的表面均依次涂覆锌黄丙烯酸聚氨酯底漆层和氟聚氨酯磁漆面漆层。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型的适用于恶劣环境的高功率密度电源设备，机架组件整体为屏蔽分区结构设计，且将散热组件与机架组件融合为一体式，实现多个独立功能，减少了各电路功能单元之间的相互连接和接触面的重叠，进而减轻了设备重量、减少了连接点，缩小了体积，增强了设备抗震抗冲击性能；

2、本实用新型的散热组件设置在功率变换区中间，功率变换区的上下部背对背安装功率变换模块，采用共用密闭散热风道和风机，增加了散热效率，减少了占用空间，减小散热翅片长度和齿高，减少了风机数量且增加冗余，达到合理利用高度尺寸减少了传统并排平铺占用空间尺寸大的缺点；

3、本实用新型的各电路功能单元分配合理，不增加额外的转接结构，能够独立进行拆装，便于进行调试和维修；

4、本实用新型结构设计合理紧凑，散热效率高，具有足够的抗震抗冲击功能，良好的防盐雾、防霉菌和防潮湿功能，重量轻，解决了电源设备要求结构紧凑体积小、重量轻、整机抗振动冲击和适应恶劣环境的问题；特别适用于动载装置上对电源设备的要求，如航空航天、车载等技术领域的电源设备。

附图说明

图1是本实用新型的实施例提供的电源设备的整体示意图；

图2是本实用新型的实施例提供的电源设备的主视图；

图3是本实用新型的实施例提供的电源设备的后视图；

图4是本实用新型的实施例提供的电源设备的内部分区示意图；

图5是本实用新型的实施例提供的电源设备的分解示意图一；

图6是本实用新型的实施例提供的电源设备的分解示意图二；

图7是本实用新型的实施例提供的机架组件的整体示意图；

图8是本实用新型的实施例提供的机架组件的主视图；

图9是本实用新型的实施例提供的机架组件从前侧看的分解示意图；

图10是本实用新型的实施例提供的机架组件从后侧看的分解示意图。

图中：1-上盖板；2-下盖板；3-左盖板；4-右盖板；5-后盖板；51、散热口；6-防护板；7-机架组件；71、功率变换区；72、输入滤波区；73、控制辅源区；731、横板；732、上导轨组件；733、下导轨组件；734、竖向隔板；74、机架一；75、机架二；76、立板；77、翅片一；78、翅片二；8-输入滤波模块；9-功率变换模块；10-控制模块；11-辅助电源模块；12-输出接口模块；13-母板模块；14-冷却风机模块；15-输出接线端子；16-输入连接器；17-对外接口连接器模块；18-把手。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

请参阅图1～图10，本实用新型的实施例提供一种高功率密度电源设备，包括机架组件7、散热组件、电路功能单元和密封盖板组件。

所述机架组件7内分为相互隔离的功率变换区71、输入滤波区72和控制辅源区73，所述功率变换区71位于机架组件7的中间，所述输入滤波区72和控制辅源区73分别位于机架组件7的左右两侧。所述散热组件包括散热翅片和冷却风机模块14，所述散热翅片位于所述功率变换区71的中间，将所述功率变换区71分为上下两部分，所述散热翅片与机架组件7一体成型，所述冷却风机模块14竖直放置，通过螺钉安装在所述机架组件7的前侧的电源安装口（冷却风机采用吹风的形式散热）、且对应散热翅片位置，在所述密封盖板组件的后侧开设有与散热翅片对应的散热口51，即保证了抗振动冲击也便于安装拆卸。所述机架组件7采用强度合适、导热性能好的6061-T6铝合金加工而成。

具体的，所述输入滤波区72、控制辅源区73和功率变换区71通过机架组件7的两个立板76进行分隔，两个立板76与机架组件7一体成型，两个立板76与密封盖板组件围成三个腔体，使三个腔体与设备外部环境密闭隔离，起到良好的防盐雾、防霉菌和防潮湿的作用。中间功率变换区71两侧的立板76即作为电源设备的主要承重件，又作为电路功能单元的安装面，也作为输入滤波区72和控制辅源区73与功率变换区71之间电磁屏蔽的重要组成部分。两个所述立板76与密封盖板组件的接触部位采取导电氧化处理并且加装导电密封橡胶条，起到良好的电磁屏蔽作用。

所述机架组件7包括机架一74和机架二75，所述机架二75安装于机架一74的功率变换区71内，所述机架二75的前侧面与机架一74的前侧面内璧紧密连接，机架二75的左右两侧面和机架一74的两个立板76内璧紧密连接，使得机架一74与机架二75之间形成一个从前到后的密闭散热风道，将冷却风机模块14产生的气流与电源设备内的电路功能单元隔离开。

具体的，所述散热翅片分为翅片一77和翅片二78，所述翅片一77一体成型于机架一74上，所述翅片二78一体成型于机架二75上，所述翅片一77和翅片二78上下对合。翅片一77与机架一74为一体式，翅片二78与机架二75为一体式，使整个电源设备的机架由两件采用一体化结构形式的机架一74和机架二75装配组成，将机架组件7和散热组件融合，多功能融合设计减少了连接，缩小了体积，进而减轻了重量、增加了散热效率。

所述电路功能单元包括功率变换模块9、输入滤波模块8、控制模块10，辅助电源模块11，母板模块13、输出接口模块12。功率变换模块9采用模块化设计，所述功率变换区71的上下两部分内分别水平安装多个功率变换模块9，且所述功率变换区71上下两部分的功率变换模块9背对背安装，上部分的功率变换模块9安装在机架二75上，下部分的功率变换模块9安装在机架一74上，使上下两部分的功率变换模块9共用所述散热组件；功率变换模块9上下两两通过穿过位于侧边穿线通道的汇流排进行并联，再总汇并联在一起。所述输入滤波模块8安装在输入滤波区72。所述控制模块10、辅助电源模块11、母板模块13和输出接口模块12安装在控制辅源区73，本实施例的控制辅源区73设有一横板731，横板731与机架一74一体成型，横板731的下方设置有上导轨组件732和下导轨组件733，上导轨组件732和下导轨组件733之间设有竖向隔板734，使控制模块10和辅助电源模块11分别安装在竖向隔板734两侧的上导轨组件732和下导轨组件733之间，母板模块13竖直安装在控制辅源区73后侧的机架一74上，输出接口模块12安装在横板731上。

电源设备内各电路功能单元采用模块化设计且独立安装，并且针对不同的功能单元采用不同的安装方向和安装形式，本实施例电源设备内部的电路功能单元模块有：4个功率变换模块9、1个输入滤波模块8、1个控制模块10、1个辅助电源模块11、1个母板模块13、1个输出接口模块12。

4个功率变换模块9，其中两个水平安装于机架一74上，另两个水平安装于机架二75上，上下部功率变换模块9背对背安装，共用密封散热风道和冷却风机模块14，功率变换模块9上下两两通过两侧的穿线通道，使用铜排进行两个并联后再并联输出；若要同时拆除4个功率变换模块9则需要拆除上盖板1、下盖板2，若需要拆除其中一个或几个则根据功率变换模块9编号位置拆除上盖板1或下盖板2，或同时拆除。

1个输入滤波模块8为竖直放置，使用螺钉侧装于机架一74上，拆卸时只需要拆除右盖板4即可。

1个控制模块10和1个辅助电源模块11采用LRM设计方式，水平插拔装入上导轨组件732和下导轨组件733之间，拆卸时只需要拆除防护板6，松动其上的压紧装置螺丝便可拔出。

1块母板模块13竖直放置，安装于机架一74的后侧，拆卸和安装时需要拆除后盖板5和左盖板3。

1个输出接口模块12水平放置，安装于横板731上，拆卸时需拆除上盖板1进行拆卸。

所述密封盖板组件包括上盖板1、下盖板2、左盖板3、右盖板4、防护板6和后盖板5，所述上盖板1、下盖板2、左盖板3、右盖板4，防护板6、后盖板5上在与机架组件7接触部位均设置有导电密封橡胶条。

所述机架组件7、密封盖板组件及各类安装件（例如螺钉、螺丝等）的表面均进行导电氧化处理，且在表面喷涂锌黄丙烯酸聚氨酯底漆层和氟聚氨酯磁漆面漆层，进一步增强了电源设备的环境适应性和散热能力。密封盖板组件的每块板上具有导电密封橡胶条，每块板通过螺钉与机架组件7连接，起到隔绝电源设备内部环境和外部使用环境，以保护内部电路功能单元，并且起到加固整个设备强度和刚度的作用。

本实用新型的机架组件7的前侧还设置有把手18、输出接线端子15、输入连接器16、对外接口连接器模块17。

根据电源设备的电路设计，本实用新型的电源设备采用一体化，模块化和功能分区隔离的整体结构形式，结构布局上将电源设备总共分为三个相互隔离的功能区，分别为：中间作为功率变换区71，两侧分别作为输入滤波区72和控制辅源区73，三个区域之间屏蔽分区，各区域内部还有具体的功能划分。中间为功率变换区71，功率变换区71中间为冷却风机和密闭散热通道，功率变换区71分为上下两部分，上下两部分的机架面分别安装功率变换模块9，上下安装的功率变换模块9共用散热风道和冷却风机模块14，减少散热翅片高度尺寸且提高了散热效率，冷却风机共用且增加冷却风机冗余，合理利用高度尺寸减少了并排平铺占用空间尺寸大的缺点。散热组件与机架组件7融合为一体式，减轻了设备重量、减少了连接点，缩小了体积，增强了设备抗震抗冲击性能。电路功能单元采用模块化设计，调试和更换简便，提高了维修性。

本实用新型获得了大框架机箱在加工制造上成功，产品的尺寸为宽480mm×深320mm×高180mm，本实用新型的电源设备尺寸不限于此。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高功率密度电源设备，其特征在于，包括机架组件、散热组件、电路功能单元和密封盖板组件；

所述机架组件内分为相互隔离的功率变换区、输入滤波区和控制辅源区，所述功率变换区位于机架组件的中间，所述输入滤波区和控制辅源区分别位于机架组件的左右两侧；

所述散热组件包括散热翅片和冷却风机模块，所述散热翅片位于所述功率变换区的中间，将所述功率变换区分为上下两部分，所述散热翅片与机架组件一体成型，所述冷却风机模块安装在所述机架组件的前侧、且对应散热翅片位置，在所述密封盖板组件的后侧开设有与散热翅片对应的散热口；

所述电路功能单元包括功率变换模块，所述功率变换模块分别安装在功率变换区的上下两部分内，且所述功率变换区上下两部分的功率变换模块背对背安装，使上下两部分的功率变换模块共用所述散热组件。

2.根据权利要求1所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述输入滤波区、控制辅源区和功率变换区通过机架组件的两个立板进行分隔，两个立板与密封盖板组件围成三个腔体，使三个腔体与设备外部环境密闭隔离。

3.根据权利要求2所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述机架组件包括机架一和机架二，所述机架二安装于机架一的功率变换区内，所述机架二的前侧面与机架一的前侧面内璧紧密连接，机架二的左右两侧面和机架一的两个立板内璧紧密连接，使得机架一与机架二之间形成一个从前到后的密闭散热风道。

4.根据权利要求3所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述散热翅片分为翅片一和翅片二，所述翅片一一体成型于机架一上，所述翅片二一体成型于机架二上，所述翅片一和翅片二上下对合。

5.根据权利要求3所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述功率变换区的上下两部分分别水平安装多个功率变换模块，上部分的功率变换模块安装在机架二上，下部分的功率变换模块安装在机架一上，功率变换模块上下两两通过穿过位于侧边穿线通道的汇流排进行并联，再总汇并联在一起。

6.根据权利要求2所述的高功率密度电源设备，其特征在于，两个所述立板与密封盖板组件的接触部位均加装导电密封橡胶条。

7.根据权利要求1所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述机架组件采用6061-T6铝合金加工而成。

8.根据权利要求1所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述电路功能单元还包括输入滤波模块、控制模块，辅助电源模块，母板模块、输出接口模块，所述输入滤波模块安装在输入滤波区，所述控制模块、辅助电源模块、母板模块和输出接口模块安装在控制辅源区。

9.根据权利要求1所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述密封盖板组件包括上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、防护板和后盖板，所述上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、防护板、后盖板上在与机架组件接触部位均设置有导电密封橡胶条。

10.根据权利要求1所述的高功率密度电源设备，其特征在于，所述机架组件、密封盖板组件的表面均依次涂覆有锌黄丙烯酸聚氨酯底漆层和氟聚氨酯磁漆面漆层。

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