JP2022530673A - 電力増幅器内の熱管理用の水冷プレート - Google Patents
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Abstract
固体電力増幅器用の冷却プレートのための方法及び装置が、本明細書において提供される。幾つかの実施形態では、固体電力増幅器の冷却プレートが、第２の側壁の反対側の第１の側壁及び第４の側壁の反対側の第３の側壁を有する、矩形状の本体、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された、本体の第１の側面に配置された複数の孔、並びに、本体内に配置され、第１の側壁に配置された第１のポートから第１の側壁に配置された第２のポートまで延在する、複数のセグメントを有するチャネルを含む。【選択図】図１
Description
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、電力増幅器用の冷却プレートに関する。
[0002] 固体電力増幅器（SSPA）のような電力増幅器は、マイクロ波及び高周波（RF）用途向けの電力増幅を提供する。SSPAには、熱を生成する超小型電子部品が含まれる。典型的には、強制空気対流が、SSPAを冷却するために使用される。しかし、より高い電力（＞２００W）のコンパクトサイズのSSPAにとって、強制空気対流は高い熱放散には制限がある。
[0003] したがって、本発明者らは、SSPAを冷却するための改善された方法及び装置を提供した。
[0004] 固体電力増幅器用の冷却プレートのための方法及び装置が、本明細書において提供される。幾つかの実施形態では、固体電力増幅器の冷却プレートが、第２の側壁の反対側の第１の側壁及び第４の側壁の反対側の第３の側壁を有する、矩形状の本体、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された、本体の第１の側面に配置された複数の孔、並びに、本体内に配置され、第１の側壁に配置された第１のポートから第１の側壁に配置された第２のポートまで延在する、複数のセグメントを有するチャネルを含む。
[0005] 幾つかの実施形態では、固体電力増幅器が、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された第１の側面、及び冷却プレート内に配置され且つ入口から出口まで延在するチャネルを有する。入口及び出口は、冷却プレートの第１の側壁に配置される。チャネルは、冷却剤を循環させるように構成される。冷却プレートは、約１５．０mmから４５．０mmの厚さを有する。
[0006] 幾つかの実施形態では、固体電力増幅器を冷却する方法が、冷却プレート内に入口から出口まで延在するチャネルを生成するために、冷却プレートの側壁に穿孔することを含む。冷却プレートは、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された第１の側面を有する。チャネルは、冷却液を循環させるように構成される。方法は更に、冷却剤源からチャネルを通して冷却液を流すことを含む。
[0007] 本開示の他の実施形態及び更なる実施形態について、以下で説明する。
[0008] 上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。
[0012] 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりではなく、分かり易くするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
[0013] 固体電力増幅器（SSPA）用の冷却プレートのための方法及び装置の実施形態が、本明細書で提供される。SSPAは、複数の熱を生成する超小型電子部品を含む。幾つかの実施形態では、複数の熱を生成する超小型電子部品が、約５．０～７．０ギガヘルツのマイクロ波周波数範囲において、約０．０３ワットのマイクロ波入力から８００ワットより大きいマイクロ波出力を提供するように構成される。幾つかの実施形態では、複数の熱を生成する超小型電子部品が、電界効果トランジスタ（FET）を含む。本明細書で提供される方法及び装置では、冷却プレートが、SSPAを冷却するために内部で冷却剤を流すように構成されたチャンネルを含む。幾つかの実施形態では、チャネルが、複数の熱を生成する超小型電子部品のレイアウトに従って構成される。有利なことに、冷却プレートはコンパクトに設計されている。有利なことに、チャンネルが、冷却プレートの本体内に穿孔し、孔を接続することによって作製され、高価な溶接オプションを使用しないので、冷却プレートは、費用効率に優れた設計となっている。有利なことに、チャネルは、続いて、チャネルを密封するために入口又は出口に一致しない箇所でプラグによって塞ぐことができる。
[0014] 図１は、本開示の幾つかの実施形態による冷却プレートの概略上面図である。冷却プレートは、本体１００の第１の側面１０４上に複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるのに適した形状を有する本体１００を含む。幾つかの実施形態では、本体１００が矩形状を有する。幾つかの実施形態では、本体１００が、約１５．０mmから約４５．０mmの厚さを有する。幾つかの実施形態では、本体が、良好な熱伝導率を有する材料で形成される。幾つかの実施形態では、本体が、約１５０W／m-K以上の熱伝導率を有する。幾つかの実施形態では、本体が、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、又は銀（Ag）を含む。
[0015] 図１で示されているように、本体１００は、第２の側壁１２０の反対側の第１の側壁１１０及び第４の側壁１４０の反対側の第３の側壁１３０を含む。幾つかの実施形態では、本体１００が、第３の側壁１３０から第４の側壁１４０までの距離によって規定される、約３５０．０mmから約５００．０mmの幅を有する。幾つかの実施形態では、幅が、SSPAを１９．０インチのラック上に取り付けるのに適している。幾つかの実施態様では、本体１００が、第１の側壁１１０から第２の側壁１２０までの距離によって規定される、約３００．０mmから約７００．０mmの長さを有する。幾つかの実施形態では、長さが、約５００．０mmから約７００．０mmである。本体１００は、第１の側壁１１０に近接する第１の部分１５２、及び第２の側壁１２０に近接する第２の部分１５４を含む。図１では矩形として示されているが、冷却プレートは、他の幾何学的形状を有する本体１００を有してもよい。
[0016] 幾つかの実施形態では、第１の部分１５２が、SSPAの部品を収容するように構成された凹部１７４を含む。幾つかの実施形態では、第１の部分１５２が、SSPAの部品を収容するように構成された、本体１００を貫通して延在する１以上の切り欠き１７６を含む。幾つかの実施形態では、第２の部分１５４が、SSPAの部品を収容するように構成された凹部１７２を含む。幾つかの実施形態では、本体１００が、SSPAの他の部品への本体１００の結合を容易にするように構成された、本体１００の第１の側面１０４の周辺縁部に近接する複数の開口部１７８を含む。
[0017] 本体１００は、本体１００内に配置された複数のセグメント１５０を有するチャネル１０２を含む。チャネル１０２は、冷却剤源１８０に結合される。動作では、冷却剤源１８０内に配置された冷却液が、SSPAを冷却するために本体１００を通して流される。幾つかの実施形態では、本体１００を通る冷却剤の流量が、入口冷却剤温度に基づいて計算される。幾つかの実施形態では、冷却液が水である。幾つかの実施形態では、冷却液が、脱イオン水、エチレングリコール（CH2OH）2、水とエチレングリコール（CH2OH）2との混合物、又は任意の他の適切な冷却剤を含む。幾つかの実施形態では、冷却液が、摂氏約５．０から約２５．０度の温度を有する。幾つかの実施形態では、冷却液が、分当たり約３．０リットルから約１２．０リットルの速度で、本体１００を通して流される。幾つかの実施形態では、冷却液が、分当たり約６．０リットルから約８．０リットルの速度で、本体１００を通して流される。
[0018] 幾つかの実施形態では、チャネル１０２が、第１の側壁１１０に配置された第１のポート１０６から、第１の側壁１１０に配置された第２のポート１０８まで延在する。幾つかの実施形態では、第１のポート１０６が、第３の側壁１３０に近接する。幾つかの実施形態では、第２のポート１０８が、第４の側壁１４０に近接する。幾つかの実施形態では、第１のポート１０６が出口に一致し、第２のポート１０８が入口に一致する。幾つかの実施形態では、第１のポート１０６が入口に一致し、第２のポート１０８が出口に一致する。幾つかの実施形態では、チャネル１０２が、約４．０mmから約１５．０mmの直径を有する円形断面を有する。
[0019] チャネル１０２の複数のセグメント１５０は、第１のポート１０６から第２の側壁１２０に向けて第１の接合部１３２へ延在する第１のセグメント１１２を含む。幾つかの実施形態では、第１のセグメント１１２が、第３の側壁１３０に近接して配置される。複数のセグメント１５０は、第１の接合部１３２から第４の側壁１４０に向けて第２の接合部１３４へ延在する第２のセグメント１１４を含む。幾つかの実施形態では、複数のセグメント１５０が、第２の接合部１３４から第２のポート１０８に延在する第３のセグメント１１６を含む。幾つかの実施形態では、複数のセグメント１５０が、第２の接合部１３４から第３の接合部１３６に延在する第３のセグメント１１６、第３の接合部１３６から第３の側壁１３０に向けて第４の接合部１３８へ延在する第４のセグメント１１８、第４の接合部１３８から第１の側壁１１０に向けて第５の接合部１４２へ延在する第５のセグメント１２２、第５の接合部１４２から第４の側壁１４０に向けて第６の接合部１４４へ延在する第６のセグメント１２４、及び第６の接合部１４４から第２のポート１０８に延在する第７のセグメント１２６を含む。有利なことに、複数のセグメント１５０は、熱を生成する超小型電子部品のより高い密度に対応するエリアにおいて、より多くの冷却を提供するように配置される。
[0020] 幾つかの実施形態では、第２のセグメント１１４、第４のセグメント１１８、及び第６のセグメント１２４が、互いに対して実質的に平行である。幾つかの実施形態では、第１のセグメント１１２、第３のセグメント１１６、第５のセグメント１２２、及び第７のセグメント１２６のうちの少なくとも２つが、互いに対して実質的に平行である。幾つかの実施形態では、互いに対して平行に延在する複数のセグメント１５０のうちの隣接するセグメントが、冷却剤を反対方向に流すように構成される。有利なことに、冷却剤を反対方向に流すことは、それらの領域においてより多くの冷却を提供する。例えば、第２のセグメント１１４は、第４のセグメント１１８内の冷却剤の流れと反対方向に冷却剤を流すように構成される。
[0021] 図２及び図３は、図１の冷却プレートの斜視図である。幾つかの実施形態では、第２の部分１５４が、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成されたネジ孔２０２を有する取り付け領域２０４を含む。複数のセグメント１５０は、取り付け領域２０４に対応する。幾つかの実施形態では、第２のセグメント１１４が、第２の接合部１３４を通って第４の側壁１４０内の第１の開口部２１０に延在する。幾つかの実施形態では、第４のセグメント１１８が、第３の接合部１３６を通って第４の側壁１４０内の第２の開口部２２０に延在する。幾つかの実施形態では、第６のセグメント１２４が、第６の接合部１４４を通って第４の側壁１４０内の第３の開口部２３０に延在する。幾つかの実施形態では、チャネル１０２を密封するために、第４の側壁１４０に隣接する第２のセグメント１１４、第４のセグメント１１８、及び第６のセグメント１２４の各々の中に、プラグ１６８が配置される。
[0022] 幾つかの実施形態では、複数のセグメント１５０が、第２の側壁１２０の開口部３０４から第２の接合部１３４又は第３の接合部１３６に延在する第１のガイドチャネル１４８を含む。幾つかの実施形態では、第１のガイドチャネル１４８が、凹部１７２によって第１のガイドチャネル１４８の残りの部分から分離された上側部分１４６を含む。凹部１７２を有する幾つかの実施形態では、第１のガイドチャネル１４８が、第２の側壁１２０の開口部３０４と整列した凹部１７２の側壁の開口部３０８を含む。幾つかの実施形態では、チャネル１０２を密封するために、開口部３０８に隣接する第１のガイドチャネル１４８内にプラグ１６８が配置される。
[0023] 幾つかの実施形態では、複数のセグメント１５０が、第４の接合部１３８から凹部１７４に延在する第２のガイドチャネル１５６を含む。幾つかの実施形態では、チャネル１０２を密封するために、第２のガイドチャネル１５６が凹部１７４に隣接したプラグ１６８を含む。幾つかの実施形態では、チャネル１０２が、本体１００の側壁を穿孔することによって生成される。幾つかの実施形態では、第２のセグメント１１４、第４のセグメント１１８、第５のセグメント１２２、及び第６のセグメント１２４を生成するために、本体１００に穿孔する前に、第１のガイドチャネル１４８及び第２のガイドチャネル１５６を生成するために、本体１００が穿孔される。チャネル１０２は、続いて、入口又は出口に一致しない任意の側壁又は凹部に隣接する箇所でプラグによって塞がれ得る。
[0024] 上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよい。
Claims (15)
- 固体電力増幅器の冷却プレートであって、
第２の側壁の反対側の第１の側壁及び第４の側壁の反対側の第３の側壁を有する、矩形状の本体、
複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された、前記本体の第１の側面に配置された複数の孔、並びに
前記本体内に配置され、前記第１の側壁に配置された第１のポートから前記第１の側壁に配置された第２のポートまで延在する、複数のセグメントを有するチャネルを含む、冷却プレート。 - 前記第１のポートは出口に一致し、前記第２のポートは入口に一致する、請求項１に記載の冷却プレート。
- 前記チャネルは、約４．０mmから約１５．０mmの直径を有する、請求項１に記載の冷却プレート。
- 前記第１の側壁と前記第２の側壁との間の距離が、約３００．０mmから約７００．０mmである、請求項１に記載の冷却プレート。
- 前記複数のセグメントは、取り付け領域内で互いに対して平行に延在し、互いに対して平行に延在する隣接したセグメントは、反対方向に冷却剤を流すように構成されている、請求項１に記載の冷却プレート。
- 前記本体は、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、又は銀（Ag）を含む、請求項１に記載の冷却プレート。
- 前記複数のセグメントは、前記第１のポートから前記第２の側壁に向けて第１の接合部へ前記第３の側壁に近接するように沿って延在する第１のセグメント、前記第１の接合部から前記第４の側壁に向けて第２の接合部へ延在する第２のセグメント、及び前記第２の接合部から前記第２のポートに向けて延在する第３のセグメントを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却プレート。
- 前記第３のセグメントは、前記第２の接合部から前記第２のポートに向けて第３の接合部へ延在し、前記複数のセグメントは、前記第３の接合部から前記第３の側壁に向けて第４の接合部へ延在する第４のセグメント、前記第４の接合部から前記第１の側壁に向けて第５の接合部へ延在する第５のセグメント、前記第５の接合部から前記第４の側壁に向けて第６の接合部へ延在する第６のセグメント、及び前記第６の接合部から前記第２のポートに延在する第７のセグメントを更に含む、請求項７に記載の冷却プレート。
- 前記第２のセグメント、前記第４のセグメント、及び前記第６のセグメントは、互いに対して実質的に平行である、請求項８に記載の冷却プレート。
- 請求項１に記載の冷却プレートを備える固体電力増幅器であって、前記複数の熱を生成する超小型電子部品が、前記冷却プレートに取り付けられ、前記熱を生成する超小型電子部品のうちの少なくとも幾つかが、電界効果トランジスタを含む、固体電力増幅器。
- 固体電力増幅器を冷却する方法であって、
冷却プレート内に入口から出口まで延在するチャネルを生成するために、前記冷却プレートの側壁に穿孔することを含み、前記冷却プレートは、複数の熱を生成する超小型電子部品を取り付けるように構成された第１の側面を有し、前記チャネルは、冷却液を循環させるように構成され、
前記方法は更に、冷却剤源から前記チャネルを通して冷却液を流すことを含む、方法。 - 前記冷却液を流すことは、水、脱イオン水、又はエチレングリコール（CH2OH）2のうちの少なくとも１つを流すことを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記冷却液は、摂氏約５．０度から摂氏約２５．０度の温度を有する、請求項１１に記載の方法。
- 前記冷却液を流すことは、分当たり約３．０リットルから約１２．０リットルの流量で、前記冷却液を循環させることを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記入口又は前記出口に一致しない前記冷却プレートの側壁の開口部において、前記チャネルをプラグで塞ぐことを更に含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
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