散熱裝置及功率變換設備的制作方法

本實用新型涉及散熱裝置及功率變換設備。

背景技術：

功率變換設備用于輸入電壓轉變為穩定的輸出電壓的電子設備。例如，功率變換設備可以是DC/DC變換器，分為三類：升壓型DC/DC變換器、降壓型DC/DC變換器以及升降壓型DC/DC變換器。DC/DC變換器包括變壓器、功率開關和電容，功率開關與變壓器的初級繞組連接，電容與變壓器的次級繞組連接。功率開關在控制電路的控制下周期性導通和斷開，使得電容的兩端產生相應的輸出電壓。在DC/DC變換器的工作期間，控制電路通過改變控制信號的占空比，使得輸出電壓維持為恒定值。

在上述功率變換設備中，變壓器、功率開關和電容在工作期間均會產生大量的熱量。因此，功率變換設備使用高耐溫元件，并且包括散熱裝置，例如與功率開關接觸的散熱器。如果考慮設備重量體積及成本，功率變換設備的功率無法做大。散熱裝置的熱阻是由材料的導熱性和體積內的有效面積決定的，實體鋁或銅散熱裝置在體積達到0.006立方米時，再加大其體積和面積也不能明顯減小熱阻了，對于雙面散熱的分立半導體器件，風冷的全銅或全鋁散熱裝置的熱阻只能達到0.04℃/W。

應用于航天中的功率變換設備由于空間小散熱效果差，采用在散熱裝置及殼體涂有輻射散熱涂層，以達到散熱要求。然而，僅僅采用輻射散熱涂層，仍然難以滿足惡劣環境下的大功率的功率變換需求。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供散熱裝置及功率變換設備，以解決現有技術中的技術問題。

根據本實用新型的一方面，提供一種散熱裝置，包括散熱部、吸熱部以及將所述散熱部和所述吸熱部相連接的熱管，所述吸熱部用于安裝分立元件且吸收其產生的熱量，并且所述熱管與所述散熱部和所述吸熱部接觸且內部設置有冷媒。

優選地，所述吸熱部包括多個隔板，所述多個隔板中的至少一個隔板設置有凹槽，所述熱管嵌入所述凹槽內。

優選地，所述熱管位于所述多個隔板的相鄰隔板之間。

優選地，所述散熱部包括多個散熱器，所述多個散熱器分別包括通孔，所述熱管穿過所述通孔。

優選地，所述多個散熱器分別包括多個翅片，所述通孔穿過所述多個翅片。

優選地，所述多個散熱器分別包括輻射散熱涂層。

優選地，所述熱管設置有多個。

根據本實用新型的另一方面，提供一種功率變換設備，包括：殼體、位于殼體內的功率電路板、控制電路板和分立元件、以及上述的散熱裝置，其中，所述殼體包括多個側壁，多個側壁圍繞形成一內部空間，所述散熱裝置的吸熱部和散熱部分別位于殼體的內部和外部，所述吸熱部將所述內部空間分為上部空間和下部空間，所述功率電路板和所述分立元件位于所述上部空間中，所述控制電路板位于所述下部空間中。

優選地，所述功率電路板和所述控制電路板安裝在所述多個側壁中的一個側壁上，所述分立元件安裝在所述吸熱部上。

優選地，所述散熱部包括多個散熱器，所述多個散熱器安裝在所述殼體的多個側壁上并且位于所述殼體外部，所述熱管穿過所述多個散熱器、所述多個側壁和所述吸熱部，從而實現所述散熱部和所述吸熱部之間的連接。

優選地，所述多個散熱器的表面和所述殼體的外部表面分別包括輻射散熱涂層。

優選地，所述分立元件包括選自功率開關、電容和變壓器的至少一種。

優選地，所述功率變換設備為DC/DC變換器。

本實用新型提供的散熱裝置，其中使用熱管，利用冷媒汽液相轉化進行導熱，通過在全封閉真空管內工質的汽、液相變來傳遞熱量，具有極高的導熱性，高達純銅導熱能力的上百倍。因此，該功率變換設備在自然對流條件下其散熱性能比實體散熱裝置的性能高很多，提高了功率變換器的能量密度、可靠性、惡劣環境適用性等。在優選的實施例中，散熱器及殼體涂有輻射散熱涂層，能高效輻射降溫并隔熱。從而進一步改善散熱效果。

本實用新型提供的功率變換設備，散熱裝置的散熱部和吸熱部分別位于殼體的外部和內部，吸熱部將內部空間分為上部空間和下部空間，功率電路板和分立元件位于所述上部空間中，控制電路板位于所述下部空間中。由于散熱部和分立元件分別位于殼體外部和內部，因此實現產生熱量的分立元件與散熱部之間的分離布置，利用熱管導熱，從而減少熱量在殼體內部的累積。將控制電路板設置在殼體的下部空間，可以減少熱量對控制電路的穩定工作造成不利的影響。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1為本實用新型提供的功率變換設備結構示意圖；

圖2-3分別為本實用新型的的第一散熱器和第二散熱器的結構示意圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本實用新型的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。

圖1為本實用新型提供的功率變換設備結構示意圖，圖2-3分別為本實用新型的第一散熱器和第二散熱器的結構示意圖。本實用新型提供的功率變換設備100例如是DC/DC變換器。

功率變換設備100包括殼體101、位于殼體101內的功率電路板141、控制電路板142和分立元件151至153。分立元件151至153例如分別是功率開關、電容和變壓器。這些分立元件在工作期間均會產生大量的熱量。

功率變換設備100還包括散熱裝置。如圖1所示，散熱裝置包括吸熱部110、散熱部120以及將二者相連接的熱管131至138。吸熱部110用于安裝分立元件151至153且吸收其產生的熱量。熱管131至138與吸熱部110、散熱部120接觸且內部設置有冷媒。

功率變換設備100的殼體101包括多個側壁，多個側壁圍繞形成一內部空間。散熱裝置的吸熱部110和散熱部120分別位于殼體101的外部和內部。所述吸熱部110設置于所述內部空間，并將內部空間間隔為上部空間和下部空間，功率電路板141和分立元件151至153位于上部空間中，控制電路板142位于下部空間中。例如，采用螺釘，將功率電路板141和控制電路板142固定在殼體101的內側壁上。

吸熱部110包括相互貼合的第一隔板111和第二隔板112，分別設置有凹槽，且第一隔板111和第二隔板112的凹槽相對設置，構成熱管收容孔。熱管131至138的一端嵌入所述熱管收容孔內，并且熱管131至138的外壁與凹槽的內壁貼合，從而實現熱管131至138與吸熱部110的接觸。

在該實施例中，熱管131至138是彼此獨立的管路，其中分別流通各自的冷媒。在替代的實施例中，熱管131至138可以彼此連通使得公共的冷媒流經所有的熱管。優選地，熱管131至138在殼體101的外部包括各自的分支管路，在殼體101的內部包括公共的主管路。該主管路的數量和形狀，與第一隔板111和第二隔板112的凹槽的數量和形狀相對應。

散熱部120包括分別設于殼體101相對兩側壁上的第一散熱器121和第二散熱器122。其中，熱管131至134各自的一端分別穿設于第一散熱器121上，各自的另一端分別穿設于吸熱部110內的熱管收容孔內，用于連通吸熱部110與第一散熱器121；熱管135至138各自的一端分別穿設于第二散熱器122上，各自的另一端分別穿設于吸熱部110內的熱管收容孔內，用于連通吸熱部110與第二散熱器122；所述熱管131至134所對應的熱管收容孔設置于吸熱部110的與第一散熱器121鄰近的位置，所述熱管135至138所對應的熱管收容孔設置于吸熱部110的與第二散熱器122鄰近的位置；第一散熱器121和第二散熱器122均包括多個翅片，且均包括穿過所述多個翅片的通孔。進一步地，殼體101的側壁上形成有與所述熱管收容孔相連通的開口。熱管131至138依次穿過散熱器中的通孔、殼體101側壁上的開口以及第一隔板111和第二隔板112凹槽所構成的熱管收容孔，從而實現散熱部120與吸熱部110之間的連接。如圖1所示，在殼體101的內部，熱管131至138在第一隔板111和第二隔板112之間橫向延伸，在殼體101的外部，熱管131至138在殼體101的側壁上縱向延伸。

該功率變換設備100的殼體101、第一散熱器121和第二散熱器122、第一隔板111、第二隔板112、熱管131至138均進行導熱，因此優選由銅或鋁之類的金屬制成。在優選的實施例中，第一散熱器121和第二散熱器122的表面和殼體101的外部表面可以分別包括輻射散熱涂層。

在進一步優選的實施例中，殼體101的尺寸為300mm*300mm*450mm。第一散熱器121和第二散熱器122的尺寸分別為250mm*190mm*50mm，其中，橫向翅片15片，翅片厚度3mm。第一隔板111和第二隔板112的厚度分別為8mm。熱管131至138呈U型，直徑6mm，長端200mm、短端100mm。

在功率變換設備100的工作期間，第一隔板111、第二隔板112及殼體101的側壁吸收熱量，然后傳遞給熱管131至138。熱管131至138中的冷媒吸熱后汽化，從殼體101的內部流至外部，到達第一散熱器121和第二散熱器122。第一散熱器121和第二散熱器122的翅片與空氣接觸面積大，能夠迅速散發熱量，從而使熱管131至138中的冷媒散熱液化。液化后的冷媒流回到熱管131至138內繼續吸熱。以此循環進行散熱。此時，設置于第一隔板111和第二隔板112內的部分為熱管的蒸發端1000，而穿設于第一散熱器121和第二散熱器122的部分為熱管的冷凝端2000。

該功率變換設備100可以工作于環境溫度-55℃至75℃。在地面高溫75℃下，通過熱管及散熱器散熱，功率變換設備100可以全額定功率工作，內部溫升不會超出元件的極限溫度。在高空-55℃、低氣壓下及高空50℃、低氣壓下，通過輻射及熱管散熱，功率變換設備100可以全額定功率工作，內部溫升不會超出元件的極限溫度。該功率變換設備100可以解決高溫應用環境的散熱問題、航天空間少對流環境中通過傳導、輻射的散熱等問題。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。