CN220964643U - 一种电源功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电源功率模块，包括：箱体，以及位于箱体内，并通过隔热板隔离的第一安装空间和第二安装空间；在第一安装空间内至少安装有液冷板和安装在液冷板一侧的第一发热模组，在第二安装空间内至少安装第一风冷装置和第二发热模组，其中，第一发热模组的发热量大于第二模组的发热量，通过液冷板对发热量较大的第一发热模组进行液冷散热，通过第一风冷装置对发热量相对较小的第二发热模组进行风冷散热，隔热板减少不同区域的空气的对流，使得各元器件能够工作在最佳的温度条件下，满足了大功率，小体积下的最佳的散热效果使用了水冷和风冷相结合的冷却方式，满足了大功率小体积的功率电源模块的散热需求。

Description

一种电源功率模块

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术领域，具体涉及一种电源功率模块。

背景技术

目前，电源功率模块向着高功率密度、小型化、模块化方向发展，对元器件的布置、散热、电磁屏蔽等提出了更高的要求。

现有的电源功率模块往往在箱体上安装风冷装置，通过向外排热空气或向里吹冷空气的方式进行散热，而对于大功率的电源功率模块散热效果并不理想，并且，在电源功率模块中可能存在多种发热模组，不同的发热模组在工作时其发热量不同，并且，各个元器件的最佳工作温度也不同，因此，现有的功率模块的散热设计往往难以满足电源功率模块的大功率、小体积且散热效果好的要求。

因此，如何满足电源功率模块的大功率、小体积且散热效果好的要求成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提供一种电源功率模块，至少解决相关技术中存在的如何满足电源功率模块的大功率、小体积且散热效果好的要求的技术问题。

本申请实施例提供一种电源功率模块，包括：箱体，以及位于所述箱体内，并通过隔热板隔离的第一安装空间和第二安装空间；在所述第一安装空间内至少安装有液冷板和安装在所述液冷板一侧的第一发热模组，在所述第二安装空间内至少安装第一风冷装置和第二发热模组，其中，所述第一发热模组的发热量大于第二模组的发热量。

在一种实施例中，所述第一发热模组包括电力电子器件模组；所述第二发热模组包括电感模组。

在一种实施例中，在所述第一安装空间内还安装有控制模块，所述控制模块安装在所述液冷板上背离所述第一发热模组的一侧。

在一种实施例中，所述隔热板和所述液冷板为金属材质，以隔离所述第一发热模组块和所述第二发热模组块对所述控制模块的电磁干扰。

在一种实施例中，所述液冷板包括吸热件和液体循环管道，所述第一发热模组贴装在所述吸热件一侧的表面，所述液体循环管道穿过所述吸热件内部且用于与外部换热装置连接。

在一种实施例中，在所述第一安装空间内还安装有电容模组，靠近所述电容模组的箱体上还安装有第二风冷装置，用于对所述电容模组进行散热。

在一种实施例中，所述第一风冷装置和所述第二风冷装置包括安装在所述箱体上的风扇和箱体上的通风孔。

在一种实施例中，所述电容模组，所述电力电子器件模组和所述电感模组按照电流流向依次设置。

在一种实施例中，所述电容模组和所述电力电子器件模组通过叠层母排连接，且通过铜排与所述电感模组连接。

在一种实施例中，所述液冷板的外接口和所述电源功率模块的电源外接口位于所述箱体同一侧。

本申请至少具有如下有益效果：

电源功率模块包括箱体，以及位于所述箱体内，并通过隔热板隔离的第一安装空间和第二安装空间；在所述第一安装空间内至少安装有液冷板和安装在所述液冷板一侧的第一发热模组，在所述第二安装空间内至少安装第一风冷装置和第二发热模组，其中，所述第一发热模组的发热量大于第二模组的发热量。电源功率模块中的往往具有多种发热模组，不同的发热模组的发热量不同，并且，不同的发热模组的最佳工作温度也不同，因此，通过隔热板将箱体划分为第一安装空间和第二安装空间，分别在不同的安装空间内安装不同的发热模组，并且，不同的发热模组对应不同形式的散热装置，通过液冷板对发热量较大的第一发热模组进行液冷散热，通过第一风冷装置对发热量相对较小的第二发热模组进行风冷散热，并且，通过隔热板将第一发热模组和第二发热模组进行隔离，以减少不同区域的空气的对流，使得各元器件能够工作在最佳的温度条件下，满足了大功率，小体积下的最佳的散热效果。

进一步，由于液冷板的散热能力较强，因此，可以复用液冷板为控制模块进行散热，具体的，在本实施例中，在所述第一安装空间内还安装有控制模块，所述控制模块安装在所述液冷板上背离所述第一发热模组的一侧。在本实施例中，控制模块可以包括电源功率模块的控制板和IGBT的驱动板。液冷板在对第一发热模组进行散热的同时，利用其冗余的散热能力对控制模块进行散热，充分利用了液冷板的散热能力，减少了控制模块的散热装置，有效减少了器件数量， 使得电源功率模块在满足散热的前提下结构紧凑， 体积更小。

进一步，通过隔热板不仅能够起到隔离空气对流，防止热量串扰，还能够起到隔离强电和弱电的作用，同时配合金属材质的液冷板，将弱电模块封闭，在实现散热的同时，进一步加强强电和弱电的隔离作用，减少电磁屏蔽零件，使电源功率模块结构的合理布置、功能集成和“一物两用”有效的减少了零件的数量，进而电源功率模块结构紧凑， 体积小，满足更多场景和环境的使用要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种示例性的电源功率模块的主视结构示意图；

图2为本申请实施例中的一种示例性的电源功率模块的第一视角结构示意图；

图3为本申请实施例中的一种示例性的电源功率模块的第二视角结构示意图；

图4为本申请实施例中的一种示例性的电源功率模块中的液冷板的结构示意图。

附图标记说明：

100、箱体；200、第一安装空间；210、液冷板；211、吸热件；212、液体循环管道；2121、管道外接口；220、第一发热模组；221、电力电子器件模组；230、控制模块；240、第二风冷装置；250、电容模组；260、叠层母排；300、第二安装空间；310、第一风冷装置；320、第二发热模组；321、电感模组；400、隔热板；500、铜排；510、电源外接口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1至图3所示，本申请提供一种电源功率模块，其中图1为省略细节的电源功率模块的示意图，图2和图3分别为对应视图下箱体侧盖打开状态。如图1所示，该电源功率模块包括：箱体100，以及位于所述箱体100内，并通过隔热板400隔离的第一安装空间200和第二安装空间300；在所述第一安装空间200内至少安装有液冷板210和安装在所述液冷板210一侧的第一发热模组220，在所述第二安装空间300内至少安装第一风冷装置310和第二发热模组320，其中，所述第一发热模组220的发热量大于第二发热模组320的发热量。

在一种实施例中，电源功率模块中往往具有多种发热模组，不同发热模组的发热量不同，并且，不同发热模组的最佳工作温度也不同，因此，在本实施例中，通过隔热板400将箱体100划分为第一安装空间200和第二安装空间300，分别在不同的安装空间内安装不同的发热模组，并且，不同的发热模组对应不同形式的散热装置，通过液冷板210对发热量较大的第一发热模组220进行液冷散热，通过第一风冷装置310对发热量相对较小的第二发热模组320进行风冷散热，并且，通过隔热板400将第一发热模组220和第二发热模组320进行隔离，以减少不同区域的空气的对流，使得各元器件能够工作在最佳的温度条件下，满足了大功率，小体积下的最佳的散热效果。

在一种实施例中，如图2和图3所示，第一发热模组220可以包括电力电子器件模组221，例如，可以包括IGBT模组，MOS模组等，还可以包括功率二极管等大功率整流器件模组等，第一发热模组220还可以包括功率电阻模组等。在本实施例中，第一发热模组220可以以IGBT模组为例进行说明。第二发热模组320可以包括电感模组321，变压器件模组等。在本实施例中，第二发热模组320可以以电感模组321为例进行说明。

在一种实施例中，由于IGBT模组在使用过程中产生的热量较高，因此针对IGBT模组的冷却方式采用液冷方式进行冷却。在本实施例中，液冷板210中的冷却液可以采用水，也可以采用乙二醇水溶液、矿物油、氟化液等冷却液。具体的，IGBT模组安装于水冷板上，IGBT模组与液冷板210的接触面涂抹有导热硅脂，可以很好的将IGBT模组产生的热量传导到液冷板210上，再经由流经液冷板210的冷却液将传到液冷板210的热量吸收，从而保证了IGBT模组的散热要求。

同时，由于IGBT和电感的工作温度范围不同，箱体100设置了隔热板400，减少第一安装空间200和第二安装空间300的空气的对流，使得各元器件能够工作在最佳的温度条件下。电感采用风冷装置将热空气排出或将冷空气引入，实现独立散热。在本申请中使用了水冷和风冷相结合的冷却方式，满足了大功率小体积的功率电源模块的散热需求。

在一种实施例中，由于液冷板210的散热能力较强，因此，可以复用液冷板210为控制模块230进行散热，具体的，如图3所示，在所述第一安装空间200内还安装有控制模块230，所述控制模块230安装在所述液冷板210上背离所述第一发热模组220的一侧。在本实施例中，控制模块230可以包括电源功率模块的控制板和IGBT的驱动板。液冷板210在对第一发热模组220进行散热的同时，利用其冗余的散热能力对控制模块230进行散热，充分利用了液冷板210的散热能力，减少了控制模块230的散热装置，有效减少了器件数量， 使得电源功率模块在满足散热的前提下结构紧凑， 体积更小。

在一种实施例中，电源功率模块中IGBT模组和电感模组321的电流较大，容易对控制模块230的信号造成电磁干扰，因此，在本实施例中，首先将电感与控制模块230安装在不同的安装空间，具有一定距离，以减少电磁干扰，并且，所述隔热板400和所述液冷板210为金属材质，利用金属材质的隔热板400和冷却板将所述第一发热模组200和所述第二发热模组300与控制模块230进行电磁隔离，可以有效的将强电和弱电更好的隔离，从而避免强电干扰弱电的问题。

在本实施例中，通过隔热板400不仅能够起到隔离空气对流，防止热量串扰，还能够起到隔离强电和弱电的作用，同时配合金属材质的液冷板210，将弱电模块封闭，在实现散热的同时，进一步加强强电和弱电的隔离作用，减少电磁屏蔽零件，使电源功率模块结构的合理布置、功能集成和“一物两用”有效的减少了零件的数量，进而电源功率模块结构紧凑， 体积小，满足更多场景和环境的使用要求。

参见图4所示，所述液冷板210包括吸热件211和液体循环管道212，所述第一发热模组220贴装在所述吸热件211一侧的表面，所述液体循环管道212穿过所述吸热件211内部且用于与外部换热装置连接。具体的，液体循环管道212在吸热件211内部弓形布置，以增大液体循环管道212与吸热件211的接触面积，在箱体100外部设置有外部换热装置，通过液体循环管道212将吸收热量的液体循环到外部换热装置，通过外部换热装置将热量排出以将冷却液进行冷却，并将冷却后的冷却液重新循环至吸热件中，进而对第一发热模组220进行持续的散热。

在一种实施例中，电源功率模块还可以包括有储能模组，在本实施例中以电容模组为例，电容模组在工作中也产生热量，如图3所示，对电容模组250独立设置第二风冷装置240 ，通过第二风冷装置240对电容模组250进行散热。

在另一种实施例中，电容模组250可以与第一发热模组220，例如IGBT模组处于同一安装空间内，也可以通过隔热板400形成第三安装空间，将电容模组250单独设置在第三安装空间内，通过第二风冷装置240独立为电容模组250散热，以减少空气流动，尽量避免电容模组250和IGBT模组之间的热量干扰，使得各元器件能够工作在最佳的温度条件下。在本实施例中，可以以电容模组250与第一发热模组220共用第一安装空间200为例进行说明。

在一种实施例中，如图3所示，第一风冷装置310和第二风冷装置240可以包括安装在箱体100上的风扇以及箱体100上的通风孔，风扇可以安装在箱体100的一个侧面，通风孔可以开设在另一个或几个面上，以在箱体100空间内风道，风扇可采用进风风扇或出风风扇。示例性的，在箱体100的底部和侧部留有进气孔，冷空气从底部进入，热空气从风扇所在位置排除，实现独立散热。

在一种实施例中，所述电容模组250，所述电力电子器件模组221和所述电感模组321按照电流流向依次设置（如图2中铜排500上标注的箭头方向为电流流向）。在本实施例中，电容模组250通过外部电源接口与外部电源连接，在箱体100内部，按照电流方向依次通过铜排500连接所述电容模组250，所述电力电子器件模组221和所述电感模组321，缩短了电路连接的距离，减少了内部铜排500数量，使内部结构更为简洁。

为了更为简化内部铜排500的结构，在一种实施例中，如图2所示，所述电容模组250（在图2中未示出）和所述电力电子器件模组221通过叠层母排260连接，且通过铜排500与所述电感模组321连接。采用了叠层母排260实现电容模组250和电力电子器件模组221的连接，将复杂的铜排连接简化成了一个零件，以使内部电路连接更为简化，结构紧凑，有效的减小了电源功率模块体积和结构复杂度。

在一种实施例中，如图3所示，液冷板210的外接口2121和所述电源功率模块的电源外接口510位于所述箱体100同一侧，在本实施例中，电源外接口510可以为铜排接口，铜排接口和液冷板210的外接口2121可以位于箱体前侧，方便多模块并联使用时的电连接与液路连接。箱体采用宽度较窄、长度较长的结构布局，方便多个模块同时使用的布置与接线。多个电源模块可以并联使用，以应用与更大功率的场合。

在一种实施例中，电源功率模块的箱体顶部安装有多个吊环螺钉，方便将对电源功率模块进行移动。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源功率模块，其特征在于，包括：箱体，以及位于所述箱体内，并通过隔热板隔离的第一安装空间和第二安装空间；

在所述第一安装空间内至少安装有液冷板和安装在所述液冷板一侧的第一发热模组，在所述第二安装空间内至少安装第一风冷装置和第二发热模组，其中，所述第一发热模组的发热量大于第二模组的发热量。

2.如权利要求1所述的电源功率模块，其特征在于，

所述第一发热模组包括电力电子器件模组；所述第二发热模组包括电感模组。

3.如权利要求1所述的电源功率模块，其特征在于，在所述第一安装空间内还安装有控制模块，所述控制模块安装在所述液冷板上背离所述第一发热模组的一侧。

4.如权利要求3所述的电源功率模块，其特征在于，所述隔热板和所述液冷板为金属材质，以隔离所述第一发热模组和所述第二发热模组对所述控制模块的电磁干扰。

5.如权利要求1所述的电源功率模块，其特征在于，所述液冷板包括吸热件和液体循环管道，所述第一发热模组贴装在所述吸热件一侧的表面，所述液体循环管道穿过所述吸热件内部且用于与外部换热装置连接。

6.如权利要求2所述的电源功率模块，其特征在于，在所述第一安装空间内还安装有电容模组，靠近所述电容模组的箱体上还安装有第二风冷装置，用于对所述电容模组进行散热。

7.如权利要求6所述的电源功率模块，其特征在于，所述第一风冷装置和所述第二风冷装置包括安装在所述箱体上的风扇和箱体上的通风孔。

8.如权利要求6所述的电源功率模块，其特征在于，所述电容模组，所述电力电子器件模组和所述电感模组按照电流流向依次设置。

9.如权利要求8所述的电源功率模块，其特征在于，所述电容模组和所述电力电子器件模组通过叠层母排连接，且通过铜排与所述电感模组连接。

10.如权利要求1所述的电源功率模块，其特征在于，所述液冷板的外接口和所述电源功率模块的电源外接口位于所述箱体同一侧。