CN222381502U - 一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，包括外壳体、内壳体、PCBA功率板、磁性器件、散热铝框、功率MOS管、内循环风扇、外循环风扇以及防水接头，PCBA功率板分别与第一散热器的下端壁和下封板的上端壁之间的间隙形成内循环风道，外壳体的另一端壁设有多个出风孔，进风口、两相邻的散热片之间的间隙以及出风孔形成外循环风道。本实用新型能够实现内循环风道与外循环风道相互独立隔离，可以均匀高效地将功率器件热量快速消散到外环境中，不但可实现大批量自动化生产，而且散热效率可以达到传统风冷的效果，而且还实现了电源模块内部元器件与外界空气及灰尘完全隔离，从而大大提升开关电源的使用寿命。

Description

一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源。

背景技术

开关电源工作于高压开关状态，一般的风冷开关电源由于风扇的作用，环境中的昆虫、灰尘、盐雾等有害物质会源源不断的进入电源内部并在不同位置累积；长期累积的异物(灰尘、盐雾、昆虫等)吸收空气中的湿气后会成为导电物质(有的异物本身即为导电物质)，当这些物质把电源内部的不同导体短路则会导致电源失效。

解决这个问题有很多方法，其中设计满足IP65的电源是追求长寿命电源的常用方法。满足IP65的电源可以实现内部器件与使用环境的完全隔离，可以杜绝内部元器件被环境异物短路而导致电源失效。

传统的IP65电源的功率一般在5KW以内，几百瓦到一点几个千瓦的比较多，使用密封的外壳且没有风扇，一般具有庞大的尺寸；但是随着充电桩和工业场合(环境特别脏)供电需求的发展，大功率IP65电源(比如30KW)的需求越来越多，这么大功率的电源如果使用传统的IP65方式，其体积、重量和成本将难以接受。

现有满足IP65的模块电源方案如图1所示，功率开关管及电磁元件分别焊接在功率板PCB的背面和上表面；然后功率MOS管通过螺钉，压板及绝缘件贴装在壳体内；电磁元件通过导热硅胶把热量传递到铝壳上。壳体内部组装密封后满足IP65防护等级，壳体外部通过自然散热方式带出内部功率器件发出的热量。

铝外壳的设计有两种方案，一是如下图所示上盖设计成U型(截面)铸铝，底部使用铸铝或铝型材，加上橡胶垫或打胶实现密封和散热；二是反过来，下部设计成U型(截面)铸铝，上部使用铸铝或铝型材实现密封和散热。

传统满足IP65电源模块为自然冷却模块，功率器件完全密封在一个铝壳内，电源单板PCBA上的主要功率器件直接或间接通过导热材料贴装在铝外壳内壁，利用铝外壳将功率器件产生的热量通过传导及自然对流的方式消散到外环境中。此为传统被动散热方式，散热效率很低效，其散热能力与散热面积有很大关系，当整机热耗很大时，需要巨大的散热器来解决散热问题。

此外传统自然冷却模块由于大部分插件器件在PCB的上表面，但是功率开关管为了贴在铝外壳内壁散热则必须安装在PCB的背面，这就导致了PCB两面均有插件器件，无法使用波峰焊工艺完成两面插件器件的自动化焊接；一般情况下功率开关管的数量相对PCB的上表面的器件数量少很多，因此一般情况下会选择手工焊接功率开关管。

此时有两种组装方式，一是焊接好功率开关管后组装，二是组装好后焊接功率开关管。第一个方案PCBA加工简单，但是因无法避免的装配公差导致功率开关管承受应力(这会给功率元器件的长期可靠性带来隐患)；第二个方案可以解决装配公差问题，但是一是组装麻烦(先把功率开关管插到相应的位置，然后放入外壳，放入外壳过程中功率开关管容易掉下去；而且功率元器件打螺钉时容易扭动而带来绝缘问题)，二是组装好后进行焊接，工作量大且容易带来质量隐患(静电问题、清洁问题等)。

综上所述，不管如何组装，都会带来很多问题。

因此，现提出一种具有内外循环隔离风道的高效散热大功率开关电源IP65散热方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，旨在解决现有的开关电源散热效率低，无法使用波峰焊工艺完成两面插件器件的自动化焊接，需要手工焊接，劳动强度大，效率低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，包括外壳体、内壳体、PCBA功率板、磁性器件、散热铝框、功率MOS管、内循环风扇、外循环风扇以及防水接头，所述内壳体设置于所述外壳体内，所述外壳体包括底壳和上盖板，所述上盖封闭地设置于所述底壳的上端部，所述内壳体包括第一散热器、第二散热器、第三散热器以及下封板，所述第二散热器和第三散热器分别设置于所述第一散热器的下端壁的两侧，所述第一散热器的下端壁与第二散热器和第三散热器的内侧壁之间合围形成一容置槽，所述下封板封闭地设置于所述容置槽的下端部，形成一内循环密封腔体，所述PCBA功率板设置有1块，所述PCBA功率板设置于所述容置槽内，所述散热铝框设置于PCBA功率板的上端部，所述散热铝框的上端壁通过导热绝缘膜或陶瓷基片与所述第一散热器的下端壁固定连接，所述磁性器件设置于所述散热铝框内，所述磁性器件与所述散热铝框固定连接，形成一体式结构，所述功率MOS管的外侧壁分别与所述第二散热器和第三散热器的内侧壁固定连接，且所述磁性器件和功率MOS管的下端部引脚通过焊接与所述PCBA功率板的上端壁固定连接，所述PCBA功率板的两端均分别与所述下封板的端壁间隔连接，所述PCBA功率板分别与所述第一散热器的下端壁和下封板的上端壁间隔连接，所述内循环风扇设置于所述PCBA功率板的一端的中间，所述PCBA功率板分别与所述第一散热器的下端壁和下封板的上端壁之间的间隙形成内循环风道，所述第一散热器的上端壁和第二散热器以及第三散热器的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片，所述外壳体的一端壁凹设有至少3个进风口，所述进风口分别位于所述散热片的外侧设置，所述外循环风扇分别可拆卸地设置于所述进风口的内侧，所述外壳体的另一端壁设有多个出风孔，所述进风口、两相邻的散热片之间的间隙以及出风孔形成外循环风道，所述防水接头分别设置有所述下封板的端壁上。

可选地，所述第一散热器的上端壁成平面结构设置，所述第二散热器和第三散热器的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片，所述外循环风扇设置有两个，所述进风口分别设置于所述外壳体的一端壁的两侧，所述外循环风扇分别设置于所述进风口的内侧。

可选地，所述PCBA功率板设置有两块，所述PCBA功率板左右并排地设置于所述容置槽内，两所述PCBA功率板之间通过铜排、导线或PCBA板固定连接，两所述PCBA功率板之间凸设有一隔板，所述隔板的上端壁与所述第一散热器的下端壁抵接，所述隔板的两端均与所述下封板的端壁间隔连接，所述内循环风扇位于所述隔板的一侧，所述隔板分别与所述第二散热器和第三散热器的内侧壁之间的间隙形成内循环风道。

可选地，所述外循环风扇设置有1个，所述第二散热器的外侧壁成平面结构设置和第三散热器的外侧壁间隔地凸设有多个散热片或第二散热器的外侧壁间隔地凸设有多个散热片和第三散热器的外侧壁呈平面结构设置，所述进风口分别设置于所述外壳体的一端壁的一侧，所述进风口位于所述散热片的内侧设置，所述外循环风扇分别设置于所述进风口的内侧。

可选地，所述外壳体和内壳体均采用铝合金材质形成。

可选地，所述外壳体和内壳体的防护等级均为IP65。

可选地，所述外循环风扇采用防水风扇。

可选地，所述内循环风扇的转速低于其最高转速的75％。

可选地，所述散热铝框的两侧壁间隔地凸设有多个散热片。

可选地，所述第一散热器、第二散热器以及第三散热器之间的结合处，以及所述第一散热器、第二散热器以及第三散热器与下封板之间的结合处均设有一防水橡胶条，从而使得内循环风道与外循环风道完全的隔离，使其满足IP65的要求。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

1、内循环风道与外界隔离，可满足IP65防护等级，内循环风道可以PCBA功率板成上下风道，也可以通过两块左右并排的PCBA功率板、隔板及内循环风扇隔组成左右风道；

2、第一散热器、第二散热器以及第三散热器组装成一个整体后，分别与功率器件组装后，功率器件再通过插件的方式整体与PCBA功率板焊接，此方案可以满足工厂经济、大批量生产；同时本组装方案还可以消除功率器件管脚装配应力，从而提升开关电源模块长期工作可靠性；

3、第一散热器可以根据PCBA功率板的布局需要，设置风扇及散热片主动散热，也可以不带风扇及散热片被动自然散热；

4、第二散热器和第三散热器可以根据PCBA功率板的布局需要，带风扇及散热片主动散热，也可以不带风扇及散热片被动自然散热；

5、外循环风道位于产品需要散热的PCBA功率板的两侧、上部(或下部)，不会位于PCBA的中间；

6、需要散热的功率器件位于PCBA功率板的边缘且散热面朝外，以便于把热量传递到散热器上；

7、外循环风扇使用防水风扇，相应的连接器使用防水连接器；

8、内部循环风扇不会全速转动，以提升内部循环风扇的寿命；

9、对于需要散热的电磁元件，功率变压器和功率电感，先通过灌导热绝缘膜或陶瓷基片的方式和散热铝框固定在一起，然后可以贴在第二散热器和第三散热器上，还可以贴在第一散热器上；

10、本实用新型的技术方案不但可实现大批量自动化生产，而且散热效率可以达到传统风冷的效果，而且还实现了电源模块内部元器件与外界空气及灰尘完全隔离，从而大大提升开关电源的使用寿命。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1现有的满足IP65的开关电源的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的另一视角的整体结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的又一视角的整体结构示意图；

图5为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的分解结构示意图；

图6为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的剖面结构示意图；

图7为本实用新型实施例一的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的另一剖面结构示意图；

图8为本实用新型实施例二的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的剖面结构示意图；

图9为本实用新型实施例二的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的另一剖面结构示意图；

图10为本实用新型实施例三的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的剖面结构示意图；

图11为本实用新型实施例三的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的另一剖面结构示意图；

图12为本实用新型实施例四的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的剖面结构示意图；

图13为本实用新型实施例四的一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源的另一剖面结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源。

实施例一

如图2至图7所示，在本实施例中，该具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，包括外壳体101、内壳体102、PCBA功率板103、磁性器件104、散热铝框105、功率MOS管106、内循环风扇107、外循环风扇108以及防水接头109，内壳体102设置于外壳体101内，外壳体101包括底壳1011和上盖板1012，上盖1012封闭地设置于底壳1011的上端部，内壳体102包括第一散热器1021、第二散热器1022、第三散热器1023以及下封板1024，第二散热器1022和第三散热器1023分别设置于第一散热器1021的下端壁的两侧，第一散热器1021的下端壁与第二散热器1022和第三散热器1023的内侧壁之间合围形成一容置槽1025，下封板1024封闭地设置于容置槽1025的下端部，形成一内循环密封腔体，PCBA功率板103设置有1块，PCBA功率板103间设置于容置槽1025内，散热铝框105设置于PCBA功率板103的上端部，散热铝框105的上端壁通过导热绝缘膜或陶瓷基片与第一散热器1021的下端壁固定连接，磁性器件104设置于散热铝框105内，磁性器件104通过导热绝缘膜或陶瓷基片与散热铝框105固定连接，功率MOS管106的外侧壁分别通过导热绝缘膜或陶瓷基片与第二散热器1022和第三散热器1023的内侧壁固定连接，整体组装后，磁性器件104和功率MOS管106的下端部引脚再通过插件的方式与PCBA功率板103的上端壁焊接固定连接，PCBA功率板103的两端均分别与下封板1024的端壁间隔连接，PCBA功率板103分别与第一散热器1021的下端壁和下封板1024的上端壁间隔连接，内循环风扇107设置于PCBA功率板1024的一端的中间，PCBA功率板103分别与第一散热器1021的下端壁和下封板1024的上端壁之间的间隙形成上下循环的内循环风道110，第一散热器1021的上端壁和第二散热器1022以及第三散热器1023的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片111，外壳体101的一端壁凹设有至少3个进风口112，进风口112分别位于散热片111的外侧设置，外循环风扇108分别设置于进风口112的内侧，外壳体101的另一端壁设有多个出风孔113，进风口112、两相邻的散热片111之间的间隙以及出风孔113形成一外循环风道114，防水接头109分别设置有下封板1024的端壁上。

具体地，外壳体101和内壳体102均采用铝合金材质形成，外壳体101和内壳体102的防护等级均为IP65。

具体地，外循环风扇为防水风扇，采用如下特殊设计，外循环风扇通过对角线两颗螺钉与外壳体之间实现可拆卸固定连接，安装和拆卸只需要拧动对角线两颗螺钉，以便于更换风扇，外循环风扇的外侧设有风扇保护盖板，风扇保护盖板使用单独部件，同时实现风扇保护和固定作用，靠近内循环风扇处，采用电缆对电缆的防水连接器，取下上盖即可方便断开连接器。

具体地，第一散热器、第二散热器以及第三散热器之间的结合处，以及第一散热器、第二散热器以及第三散热器与下封板之间的结合处，均使用防水橡胶条实现密封，从而使得内循环风道与外循环风道能够完全的隔离，实现IP65的要求。

具体地，在本实施例中，所述内循环风扇的转速低于其最高转速的75％，由于内循环风扇的转速没有达到其最高转速(不满转)，从而能够提升内循环风扇的使用寿命。

具体地，在本实施例中，所述散热铝框的两侧壁间隔地凸设有多个散热片，可增加散热面积，从而可加强散热铝框的散热效果。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：

如图8和图9所示，在本实施例中，第一散热器1021的上端壁成平面结构设置，第二散热器1022和第三散热器1023的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片111，外循环风扇108设置有两个，进风口112分别设置于外壳体101的一端壁的两侧，外循环风扇108分别设置于进风口112的内侧。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于：

如图10和图11所示，在本实施例中，PCBA功率板103设置有两块，PCBA功率板103左右并排地设置于容置槽1025内，两PCBA功率板103之间通过铜排、导线或PCBA板焊接固定连接，两PCBA功率板103之间凸设有一隔板115，隔板115的上端壁与第一散热器1021的下端壁抵接，隔板115的两端均与下封板1024的端壁间隔连接，内循环风扇107位于隔板115的一侧，隔板115分别与第二散热器1022和第三散热器1023的内侧壁之间的间隙形成左右循环的内循环风道110。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：

如图12和图13所示，在本实施例中，外循环风扇108设置有1个，第二散热器1022的外侧壁成平面结构设置和第三散热器1023的外侧壁间隔地凸设有多个散热片111或第二散热器1022的外侧壁间隔地凸设有多个散热片111和第三散热器1023的外侧壁呈平面结构设置，进风口112分别设置于外壳体101的一端壁的一侧，进风口112位于散热片111的内侧设置，外循环风扇108分别设置于进风口112的内侧。

具体地，本实用新型，由于内循环风道与外循环风道相互独立隔离，当开关电源工作时，可以均匀高效地将功率器件热量快速消散到外环境中。另外，第一散热器、第二散热器以及第三散热器分别与功率器件组装完成后，以整体插件的方式焊接在PCBA功率板中，可以消除功率器件管脚装配应力，从而提升开关电源模块的可靠性及使用寿命。

本实用新型的技术方案具有以下优势：

(1)功率开关管以标准波峰焊方式焊接，效率高、无质量风险且无功率开关管引脚装配应力；这可以极大提高大批量生产的效率；

(2)散热器可以使用铝型材，相对传统的铸铝，成本低且散热效率高；因有风扇，散热效率可与风冷媲美；这可以使开关电源模块达到重量轻、成本低等优点；

(3)内循环风道使元器件温升更加均匀，提高了散热效率，避免温升过高，使开关电源模块的使用寿命更长；

(4)PCBA功率板不需要手工焊接(可以使用标准回流焊和波峰焊工艺自动焊接)，且整机可以满足IP65要求。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，包括外壳体、内壳体、PCBA功率板、磁性器件、散热铝框、功率MOS管、内循环风扇、外循环风扇以及防水接头，所述内壳体设置于所述外壳体内，所述外壳体包括底壳和上盖板，所述上盖封闭地设置于所述底壳的上端部，所述内壳体包括第一散热器、第二散热器、第三散热器以及下封板，所述第二散热器和第三散热器分别设置于所述第一散热器的下端壁的两侧，所述第一散热器的下端壁与第二散热器和第三散热器的内侧壁之间合围形成一容置槽，所述下封板封闭地设置于所述容置槽的下端部，形成一内循环密封腔体，所述PCBA功率板设置有1块，所述PCBA功率板设置于所述容置槽内，所述散热铝框设置于PCBA功率板的上端部，所述散热铝框的上端壁通过导热绝缘膜或陶瓷基片与所述第一散热器的下端壁固定连接，所述磁性器件设置于所述散热铝框内，所述磁性器件与所述散热铝框固定连接，形成一体式结构，所述功率MOS管的外侧壁分别与所述第二散热器和第三散热器的内侧壁固定连接，且所述磁性器件和功率MOS管的下端部引脚通过焊接与所述PCBA功率板的上端壁固定连接，所述PCBA功率板的两端均分别与所述下封板的端壁间隔连接，所述PCBA功率板分别与所述第一散热器的下端壁和下封板的上端壁间隔连接，所述内循环风扇设置于所述PCBA功率板的一端的中间，所述PCBA功率板分别与所述第一散热器的下端壁和下封板的上端壁之间的间隙形成内循环风道，所述第一散热器的上端壁和第二散热器以及第三散热器的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片，所述外壳体的一端壁凹设有至少3个进风口，所述进风口分别位于所述散热片的外侧设置，所述外循环风扇分别可拆卸地设置于所述进风口的内侧，所述外壳体的另一端壁设有多个出风孔，所述进风口、两相邻的散热片之间的间隙以及出风孔形成外循环风道，所述防水接头分别设置有所述下封板的端壁上。

2.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述第一散热器的上端壁成平面结构设置，所述第二散热器和第三散热器的外侧壁均分别间隔地凸设有多个散热片，所述外循环风扇设置有两个，所述进风口分别设置于所述外壳体的一端壁的两侧，所述外循环风扇分别设置于所述进风口的内侧。

3.根据权利要求2所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述PCBA功率板设置有两块，所述PCBA功率板左右并排地设置于所述容置槽内，两所述PCBA功率板之间固定连接，两所述PCBA功率板之间凸设有一隔板，所述隔板的上端壁与所述第一散热器的下端壁抵接，所述隔板的两端均与所述下封板的端壁间隔连接，所述内循环风扇位于所述隔板的一侧，所述隔板分别与所述第二散热器和第三散热器的内侧壁之间的间隙形成内循环风道。

4.根据权利要求3所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述外循环风扇设置有1个，所述第二散热器的外侧壁成平面结构设置和第三散热器的外侧壁间隔地凸设有多个散热片或第二散热器的外侧壁间隔地凸设有多个散热片和第三散热器的外侧壁呈平面结构设置，所述进风口分别设置于所述外壳体的一端壁的一侧，所述进风口位于所述散热片的内侧设置。

5.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述外壳体和内壳体均采用铝合金材质形成。

6.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述外壳体和内壳体的防护等级均为IP65。

7.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述外循环风扇采用防水风扇。

8.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述内循环风扇的转速低于其最高转速的75%。

9.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述散热铝框的两侧壁间隔地凸设有多个散热片。

10.根据权利要求1所述的具有内外循环隔离风道的高效散热开关电源，其特征在于，所述第一散热器、第二散热器以及第三散热器之间的结合处，以及所述第一散热器、第二散热器以及第三散热器与下封板之间的结合处均设有一防水橡胶条。