本發明涉及電氣散熱技術領域,具體為一種電源模塊及其散熱系統。
背景技術:
現有技術中電氣散熱方面,常用的包括風冷、液冷、換熱器和空調等方式。液冷散熱相比其他散熱手段,具有安靜、降溫穩定、對環境依賴小等優點。美國專利us9389368b1公開的receptacleassemblyandsetofreceptacleassembliesforacommunicationsystem,為通訊領域一種可熱插拔的光模塊散熱系統,屬于自然散熱原理。中國專利cn204858256u公開的一種激光器用臥式水冷模塊”提供一種激光器用臥式水冷模塊,可以在解決水冷板底部由于受熱不均而形成的水滴;可以增加電器光學元件與上表面的接觸面積;能夠適當解決元器件之間的電磁干擾問題;能夠解決臥式水冷板管道積水問題;能夠進行冷卻能力評估,定位冷卻故障。
綜合分析上述的現有技術,其存在以下兩個問題:
1.現有技術中,如水冷svg、水冷環流閥系統中,水冷電源模塊若電氣硬件故障時,維護繁雜,需要先放水,排完模塊側主回路管道的水,再進行電氣連接和水頭接口的拆卸,才可順利拔出模塊進行維護,模塊維護完成后,需要重新連接電氣段子和進出水頭接口,最后進行系統注水和管路打壓工作,檢驗管路是否有滲漏,維護工作非常繁雜和不便。
2.現有水冷模塊自身或水頭接口若有滲漏等問題,對電源模塊自身或者整機電源配電和控制保護電氣將造成致命危害,嚴重影響整機電源產品的安全和可靠性。
技術實現要素:
針對現有技術中存在的問題,本發明提供一種電源模塊及其散熱系統,結構簡單,設計合理,防護性高,安全性和可靠性高,可插拔設置,能夠通過兩相液冷實現模塊散熱。
本發明是通過以下技術方案來實現:
一種電源模塊,包括嵌入在電源模塊內部的至少一個熱管,所述熱管用于將電源模塊內部的熱量傳導至低溫一側。
優選的,所述的熱管為相變熱管。
一種電源模塊的散熱系統,包括液冷系統和鑲嵌有熱管的電源模塊;
所述的液冷系統包括用于傳導電源模塊熱量的液冷墻;所述的液冷墻包括連接在液冷系統循環回路上的導熱通道,若干液冷墻依次呈間隙設置依次并聯在液冷系統的循環回路上;
所述的電源模塊插接在相鄰液冷墻之間的間隙中,每個電源模塊與兩側液冷墻的接觸面導熱連接,電源模塊內部的熱量經熱管和液冷墻傳導到液冷系統散熱。
優選的,所述的熱管鑲嵌在電源模塊內部上下方兩個散熱基板內。
優選的,所述的熱管鑲嵌在電源模塊內部上方或下方的散熱基板內,散熱基板外設置呈一體化的插拔側基板;熱管延伸鑲嵌在插拔側基板內;插拔側基板插接在相鄰液冷墻之間的間隙中用于導熱傳遞。
進一步的,所述的液冷墻與電源模塊的接觸面上設置有若干凸起的彈性金屬結構,用于壓緊導熱連接后的電源模塊。
進一步的,所述的彈性金屬結構采用凸字型或圓弧形的金屬彈片。
優選的,還包括電源設備機柜;
所述的液冷系統還包括液冷主機單元和外冷單元;液冷墻、液冷主機單元和外冷單元依次連接形成散熱回路;
所述的電源設備機柜為密閉容置空間,液冷墻、液冷主機單元均設置在密閉容置空間內;外冷單元設置在電源設備機柜外,用于將電源設備機柜內部的液冷系統各個單元吸收的熱量釋放到外界大氣中。
進一步的,還包括設置在密閉容置空間內的吸熱單元,所述的吸熱單元與液冷系統導熱連接,用于吸收電源設備機柜內部的余熱和空間的輻射熱。
再進一步的,所述的吸熱單元包括相變熱管和連接在相變熱管一端的換熱翅片,相變熱管的另一端穿過電源設備機柜與外冷單元導熱連接。
再進一步的,所述的吸熱單元包括盤路水管和連接在盤路水管上的換熱翅片,盤路水管的兩端連接在液冷主機單元的循環回路上。
進一步的,所述的液冷主機單元包括分別連接在外冷單元輸出端和輸入端的液冷主機側干路和液冷主機側干路回路,
液冷主機側干路上設置主循環泵和穩壓單元膨脹罐;液冷主機側干路依次經液冷系統的模塊側干路連接每個液冷墻的輸入端;
液冷主機側干路回路上設置過濾單元和高位補液箱;液冷主機側干路回路依次經模塊側干路回路連接在每個液冷墻的輸出端上。
進一步的,所述的外冷單元采用冷卻塔或者液冷散熱器和換熱器風機的組合單元;當采用組合單元時,液冷散熱器設置于電源設備機柜外部側面或頂部,換熱器風機設置在液冷散熱器上。
與現有技術相比,本發明具有以下有益的技術效果:
本發明通過電源模塊與液冷墻的插接導熱使其兩者的結構能夠彼此獨立,各自維護時互不影響,電源模塊電氣故障時,可以快速拔出模塊進行單獨維護,對散熱的液冷循環系統無任何影響;并且除最外側的兩個液冷墻,其余位于中間的每個液冷墻對相鄰的兩個電源模塊都能夠起到吸熱降溫的作用,從而提高導熱散熱的效率。另外,由于電源電氣側與散熱系統彼此可以物理隔離,液冷系統側有滲漏等問題發生時,也不會影響和危害電源模塊、控制保護和電氣配電的安全和可靠性,能夠達到ip65防護等級。從而使得電源模塊結構簡單、防護等級高、可熱插拔、維護性強、傳熱效率高、系統安全性和可靠性高。
進一步的,電源模塊能夠通過基板鑲嵌的多條導熱熱管,且導熱熱管延伸至插接側基板中;能夠通過插接側基板優異的導熱性能與液冷墻充分發揮熱傳導。
進一步的,液冷系統液冷墻設置有一個或多個凸起的彈性金屬結構,保證了帶有熱管的插拔基板與液冷墻的緊配力矩和充分的接觸,且彈性金屬結構設置在液冷墻的一面或兩面上,確保了熱量高效地傳至液冷墻中。
進一步的,通過設置在柜內的吸熱單元,能夠在柜體形成的密閉空間內,對電源模塊和其他配件沒有被液冷墻帶走的其他熱量進行吸收,即通過內部吸收傳熱外部散熱的方式進行解決,節省了額外使用空調和壁掛式換熱器的成本,且占用空間小,密閉腔體溫升低,噪聲小,設備內部傳感器、配電二次設備儀器使用壽命長,故障率低。
附圖說明
圖1為本發明實例1中所述的散熱系統的結構示意圖。
圖2為圖1中電源模塊的俯視圖。
圖3為本發明實例2中所述的散熱系統的結構示意圖。
圖4為本發明實例3中所述的散熱系統的結構示意圖。
圖5為本發明實例4中所述的散熱系統的結構示意圖。
圖中:電源模塊1,熱管2,插拔側基板3,液冷墻4,彈性金屬結構5,液冷墻進出水管路6,電源設備機柜7,模塊側干路8,模塊側干路回路9,液冷主機側干路回路10,液冷主機側干路11,過濾單元12,主循環泵13,穩壓單元膨脹罐14,高位補液箱15,液冷散熱器16,換熱器風機17,電源設備控制和保護單元18,吸熱單元19。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明,所述是對本發明的解釋而不是限定。
實例1
參見圖1和圖2,本發明提供了一種電源模塊的傳熱系統,主要由電源模塊1和液冷墻4組成。電源模塊1的基板鑲嵌了一根或多根熱管2,其中散熱基板熱管2延伸至插拔側基板3中,液冷墻4的底面設置了一個或多個凸起的彈性金屬結構5。熱管2呈均勻排布,本優選實例中以相變熱管為例進行說明,插拔側基板3能夠采用導熱較為優異的鋁或銅制成;液冷墻4包括連接在液冷系統循環回路上的吸熱通道,其可由吸熱管路密鋪而成,也可以包括殼體和設置在殼體內的吸熱通道實現,以及其他形式能夠實現吸熱循環的吸熱通道均可。
所述的電源模塊1防護等級ip65,防沙塵、防鹽霧、防氧化、防凝露,電源模塊1主要的發熱器件半導體和磁性器件的熱量,通過散熱基板鑲嵌的多條相變熱管高效傳導至電源模塊可插拔段基板上,電源模塊插拔側基板3上下面均勻涂抹少許導熱硅脂,插入液冷系統的兩個液冷墻4之間,液冷墻4底面或頂面的導熱接觸面上設置凸起的彈性金屬結構5,使得與電源模塊1的插拔段基板3與液冷墻4緊密配和,并接觸良好,保證傳導來的熱量被液冷墻4高效吸收,最后通過液冷墻進出水管路6連接外圍的液冷系統循環回路,排放到大氣中。該實例中電源模塊1本身位于液冷墻4的外部,插拔側基板4插入液冷墻4之間。
實例2
如圖3所示,電源模塊1與液冷墻4接觸的上部分和/或下部分設置多條相變熱管,整個電源模塊1設置為可插拔模式,電源模塊1全部插入液冷系統的兩個液冷墻4之間,擴大了電源模塊1與液冷墻4的散熱接觸面積,提高了散熱效率。
實例3
如圖4所示,還包括電源設備機柜7和吸熱單元19;所述的液冷系統還包括液冷主機單元和外冷單元;液冷墻4、液冷主機單元和外冷單元依次連接形成散熱回路;所述的電源設備機柜7形成密閉容置空間,電源模塊1、液冷墻、液冷主機單元和吸熱單元19均設置在密閉容置空間內;外冷單元設置在電源設備機柜7外,用于將電源設備機柜7內部的液冷系統各個單元吸收的熱量釋放到外界大氣中;所述的吸熱單元19與液冷系統導熱連接,用于吸收電源設備機柜7內部的余熱和空間的輻射熱。
該實例3中,電源模塊1和液冷主機單元分別設置在電源設備機柜7內部的兩側,對應為模塊側和液冷主機側,模塊側內可以設置一個或多個吸熱單元19,電源設備機柜7內部還設置有電源設備控制和保護單元18,液冷系統的模塊側干路8、液冷主機側干路11和模塊側干路回路9、液冷主機側干路回路10,過濾單元12,主循環泵13,穩壓單元膨脹罐14,高位補液箱15。液冷系統外冷單元由液冷散熱器16和換熱器風機17組成。其中,液冷系統外冷單元可以為具有將液冷系統吸收的熱量釋放到外界大氣中功能的其他單元,如冷卻塔。
吸熱單元3與液冷墻4并聯的;所述的吸熱單元3包括盤路水管和連接在盤路水管上的換熱翅片,盤路水管的兩端連接在液冷主機單元的循環回路上;所述的吸熱單元19設置于電源設備機柜7的頂部位置,且呈水平布置。
當電源模塊1插入液冷墻4中,系統穩定運行后,電源模塊1的發熱器件的熱量通過相變熱管傳導至液冷墻4中,液冷墻4中的熱量再通過液冷循環系統傳至外界大氣。另外,吸熱單元19吸收機柜內部的余熱和空間的輻射熱,通過液冷循環系統釋放至外界大氣中。
實例4
如圖5所示,還包括電源設備機柜7和吸熱單元19;所述的液冷系統還包括液冷主機單元和外冷單元;液冷墻4、液冷主機單元和外冷單元依次連接形成散熱回路;所述的電源設備機柜7形成密閉容置空間,電源模塊1、液冷墻4、液冷主機單元和吸熱單元19均設置在密閉容置空間內;外冷單元設置在電源設備機柜7外,用于將電源設備機柜7內部的液冷系統各個單元吸收的熱量釋放到外界大氣中;所述的吸熱單元19與液冷系統導熱連接。
吸熱單元19包括相變熱管和連接在相變熱管一端的換熱翅片,相變熱管的另一端穿過電源設備機柜7與外冷單元導熱連接;所述的吸熱單元19設置于電源設備機柜7的頂部位置,且呈水平布置或豎直布置。
當電源模塊1插入液冷墻4中,系統穩定運行后,電源模塊1的發熱器件的熱量通過相變熱管傳導至液冷墻4中,液冷墻4中的熱量再通過液冷循環系統傳至外界大氣。另外,吸熱單元19通過相變熱管,將收集到的機柜內部的余熱和空間的輻射熱傳導至外冷單元,再通過液冷散熱器16釋放至外界大氣中。
實例5,
本發明還提供了一種電源模塊,包括嵌入在電源模塊1內部的至少一個熱管2,所述熱管2上布置有電源模塊內部的發熱器件,用于將電源模塊內部的熱量傳導至低溫一側。其中,本優選實例中熱管2為相變熱管。如圖1、圖2和圖3中電源模塊1的結構所示,電源模塊1中與熱管的具體關系和構造能夠采用實例1-4中所提到的任意一種。
本發明中所述的散熱系統的方案能夠應用于大功率電源設備中,如大功率的直流充電設備,對應的電源模塊為充電模塊;大功率的直流充電設備中的充電模塊僅為電源模塊中的一種。其中的液冷的冷媒可以為水,也可以為其他冷媒液體。