本實(shí)用新型涉及有源濾波裝置的散熱技術(shù)，尤其是涉及一種散熱性好的模塊式有源濾波裝置。

背景技術(shù)：

目前，市場(chǎng)上很多有源濾波裝置轉(zhuǎn)向了“模塊式”結(jié)構(gòu)。雖然這種結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)勢(shì)，比如體積小(約24寸行李箱大小)、重量輕、生產(chǎn)便利、成本低廉、方便擴(kuò)容等，但卻頻頻出現(xiàn)核心元件(IGBT、MOSFET、整流管、開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)、濾波電感)失效、爆炸、燃燒等較為惡劣的情況。對(duì)發(fā)熱器件而言，同樣功率損耗的前提下，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量相同的情況下，散熱面積越小，熱流密度就越高；裝置體積越小，熱輻射范圍就越小，熱傳導(dǎo)效率就越低。如果此類(lèi)發(fā)熱器件沒(méi)有有效的跟空氣進(jìn)行熱交換，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置內(nèi)部溫度過(guò)高，當(dāng)達(dá)到某些元器件使用溫度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上述元件失效、爆炸、燃燒等情況。所以有源濾波裝置在進(jìn)行模塊式設(shè)計(jì)的同時(shí)，熱設(shè)計(jì)尤為重要，沒(méi)有熱設(shè)計(jì)或者熱設(shè)計(jì)不成熟成為市場(chǎng)上很多模塊式有源濾波裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的最大障礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種散熱性好的模塊式有源濾波裝置。

本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種散熱性好的模塊式有源濾波裝置，包括外殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)，所述的內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)包括高溫高熱單元、低溫易干擾單元、風(fēng)機(jī)單元和導(dǎo)風(fēng)板，所述的風(fēng)機(jī)單元包括進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元和抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元，所述的導(dǎo)風(fēng)板把內(nèi)部功能單元分成兩個(gè)獨(dú)立風(fēng)道的腔體，分別為上腔體和下腔體，所述的低溫易干擾單元和抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元設(shè)在上腔體內(nèi)，所述的高溫高熱單元和進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元設(shè)在下腔體內(nèi)。

所述的高溫高熱單元包括功率單元和電抗單元，所述的低溫易干擾單元包括驅(qū)動(dòng)單元、電容單元、顯示單元、邏輯單元和控制單元。

所述的導(dǎo)風(fēng)板上重疊一塊環(huán)氧板。

所述的功率單元中的IGBT布置在進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元的進(jìn)風(fēng)口，所述的驅(qū)動(dòng)單元布置在抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元的抽風(fēng)口，所述的電抗單元布局在出風(fēng)口。

所述的進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元和抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元中的風(fēng)機(jī)采用并聯(lián)方式設(shè)置。

所述的裝置還包括散熱器，該散熱器為鋁制散熱器，橫穿入裝置內(nèi)。

所述的散熱器基板厚度為10-15mm。

所述的散熱器齒片數(shù)設(shè)有多個(gè)，齒間距為3-5mm，并采用波紋齒。

所述的進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元和抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元中的風(fēng)機(jī)與散熱器的距離大于風(fēng)機(jī)的直徑。

所述的外殼結(jié)構(gòu)包括上蓋板、掛耳、前蓋板、折疊把手、后蓋板和底板，通過(guò)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元將外部空氣吹進(jìn)內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱，空氣依次流經(jīng)功率單元和電抗單元后通過(guò)下腔出風(fēng)口流出，下腔出風(fēng)口為后蓋板上的方孔，下腔進(jìn)風(fēng)口為前蓋板上的方孔；

上腔通過(guò)抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元將內(nèi)部空氣抽出內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱，熱空氣依次流經(jīng)電容單元、驅(qū)動(dòng)單元、控制單元和邏輯單元后排出上腔，上腔進(jìn)風(fēng)口為上蓋板和底板上的方孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、安全可靠：市場(chǎng)上大部分模塊化有源濾波裝置的不可靠性主要表現(xiàn)在元件生效，而元件失效大部分是高溫所致。本實(shí)用新型綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元件布局、風(fēng)道設(shè)計(jì)、風(fēng)扇布局、散熱器設(shè)計(jì)、通風(fēng)孔設(shè)計(jì)等多方面因素，最終使得整個(gè)裝置的工作溫度一直處于安全可靠的范圍。

二、功率高：本實(shí)用新型方案所應(yīng)用裝置的額定功率可達(dá)80KW，而市場(chǎng)上常見(jiàn)模塊化有源濾波裝置的功率為35KW～65KW。

三、體積小：本實(shí)用新型考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，產(chǎn)品體積小會(huì)減少很多運(yùn)營(yíng)成本。本實(shí)用新型可使80KW的模塊式有源濾波裝置體積減小到475*610*215(mm)，正常配電柜內(nèi)可以疊加7個(gè)模塊，總功率達(dá)560KW。

四、生產(chǎn)便利：本實(shí)用新型將所有元器件分為8個(gè)獨(dú)立的單元，各功能單元都是PCB板，集成度很高，且整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以生產(chǎn)時(shí)只需將各功能單元進(jìn)行正確組裝后用排線插接即可。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型外殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型外殼結(jié)構(gòu)的另一角度結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)的另一角度結(jié)構(gòu)示意圖。

其中1、上蓋板，2、掛耳，3、前蓋板，4、折疊把手，5、后蓋板，6、底板； 7、驅(qū)動(dòng)單元，8、電容單元，9、進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元，10、顯示單元，11、功率單元， 12、電抗單元，13、邏輯單元，14、抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元，15、控制單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型的鈑金外殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部功能單元結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，所有鈑金和功能單元通過(guò)螺絲有效裝配。裝置通過(guò)折疊把手4進(jìn)行搬運(yùn)，通過(guò)左右掛耳2進(jìn)行固定。

裝置正常運(yùn)行時(shí)，功率單元11和電抗單元12屬于高溫高熱單元，且是干擾源，通過(guò)導(dǎo)風(fēng)板將它們隔開(kāi)形成下腔，整個(gè)下腔為單獨(dú)風(fēng)道，通過(guò)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)單元9將外部空氣吹進(jìn)模塊進(jìn)行散熱，空氣依次流經(jīng)功率單元11和電抗單元12后通過(guò)下腔出風(fēng)口流出模塊，下腔出風(fēng)口為后蓋板5上的方孔，下腔進(jìn)風(fēng)口為前蓋板3上的方孔。同時(shí)，將導(dǎo)風(fēng)板有效接地后可屏蔽電磁干擾，一舉兩得。上腔通過(guò)抽風(fēng)風(fēng)機(jī)單元 14將內(nèi)部空氣抽出模塊進(jìn)行散熱，熱空氣依次流經(jīng)電容單元8、驅(qū)動(dòng)單元7、控制單元15和邏輯單元13后排出上腔，上腔進(jìn)風(fēng)口為上蓋板1和底板6上的方孔。上腔進(jìn)風(fēng)口的布局為本次散熱設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將進(jìn)風(fēng)口分開(kāi)設(shè)置在三個(gè)需要嚴(yán)格控制溫度的核心元件旁，保證這些核心元件運(yùn)行在最佳溫度內(nèi)，最終使整個(gè)裝置的工作溫度一直處于安全可靠的范圍。

顯示單元10通過(guò)RS485接口對(duì)控制單元15進(jìn)行信息的顯示和參數(shù)的修改。

所述的控制單元、邏輯單元、電抗單元、驅(qū)動(dòng)單元、電容單元均為PCB板，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們稱(chēng)之為“板載”，即將所有元器件通過(guò)貼片或者錫焊的方式固定在PCB板上。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是集成度高，不需要接線。所有單元之間通過(guò)銅條、銅柱或者排線進(jìn)行電流的傳導(dǎo)和信號(hào)的交換。

所述的顯示單元為4.3寸液晶顯示觸摸屏，通過(guò)RS485接口對(duì)控制單元進(jìn)行信息的顯示和參數(shù)的修改。

所述的風(fēng)機(jī)單元為5個(gè)軸流風(fēng)機(jī)組成的進(jìn)風(fēng)單元和4個(gè)軸流風(fēng)機(jī)組成的出風(fēng)單元。

所述的功率單元為4個(gè)IGBT和1個(gè)散熱器。

本實(shí)用新型的具體工作原理如下：

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本實(shí)用新型將所有元器件按功能分為8個(gè)單元，分別是控制單元、邏輯單元、電抗單元、功率單元、驅(qū)動(dòng)單元、電容單元、風(fēng)機(jī)單元、顯示單元，其中控制單元、邏輯單元、電抗單元、功率單元、驅(qū)動(dòng)單元、電容單元都為集成度很高的板載式結(jié)構(gòu)，極為便于裝配和接線。鈑金外殼包括底板、前蓋板、后蓋板、上蓋板、掛耳、折疊把手。所有內(nèi)部功能單元通過(guò)螺絲和鈑金外殼有效裝配，掛耳用于固定裝置，把手用于搬運(yùn)。

元件布局：將模塊內(nèi)部空間分為上腔和下腔。上腔為發(fā)熱量低、溫度敏感且易受電磁干擾的單元，如控制單元、邏輯單元、驅(qū)動(dòng)單元；下腔為發(fā)熱量高、開(kāi)關(guān)頻率高的單元，如功率單元、電抗單元；上腔和下腔通過(guò)導(dǎo)風(fēng)板完全隔開(kāi)，并重疊一塊環(huán)氧板增加熱阻，防止上下腔熱量的疊加和相互的電磁干擾。將IGBT、驅(qū)動(dòng)單元等熱敏感核心元件布局在靠近風(fēng)扇和進(jìn)風(fēng)口位置，以達(dá)到最佳的換熱效果；將電抗單元布局在出風(fēng)口，因?yàn)槠鋼p耗最大，發(fā)熱量最高，布局在進(jìn)風(fēng)口或者中間位置的話會(huì)極大提高下游元件的溫升。

風(fēng)道設(shè)計(jì)：上腔和下腔為兩個(gè)相互獨(dú)立的風(fēng)道，分開(kāi)散熱，避免了熱量的疊加；上下風(fēng)道皆為直通風(fēng)道，避免了氣流轉(zhuǎn)彎，使風(fēng)壓損失降到最小；進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在裝置前端，出風(fēng)口設(shè)置在裝置末端，進(jìn)、出風(fēng)口遠(yuǎn)離、避免了氣流短路；上腔內(nèi)布局的都是發(fā)熱量低的元件，各區(qū)域換熱強(qiáng)度相差不大，要求流場(chǎng)均勻且呈現(xiàn)層流，故采用抽風(fēng)方式；下腔內(nèi)布局的都是高溫高熱的元器件，如IGBT、散熱器、電感，抽風(fēng)方式會(huì)使得風(fēng)扇馬達(dá)過(guò)熱影響使用壽命，故采用吹風(fēng)方式；抽風(fēng)方式可以設(shè)置多個(gè)進(jìn)風(fēng)口，對(duì)多個(gè)布局在進(jìn)風(fēng)口處的熱敏感元件進(jìn)行散熱；吹風(fēng)方式風(fēng)量相對(duì)集中，可以以較大的風(fēng)速針對(duì)IGBT和散熱器進(jìn)行集中冷卻。

風(fēng)扇布局：為了保證送風(fēng)的均勻和足夠的風(fēng)量，采用風(fēng)扇并聯(lián)的使用方式，風(fēng)扇并聯(lián)時(shí)風(fēng)量疊加，風(fēng)壓保持不變；由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量(SWIRL)的影響，加之實(shí)際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流場(chǎng)充分發(fā)展，所以在吹風(fēng)方式場(chǎng)合，風(fēng)扇后的流場(chǎng)在到達(dá)被冷卻物時(shí)存在明顯的死區(qū)，故必須保證風(fēng)扇到散熱器間的距離大于一個(gè)風(fēng)扇的直徑，以使得流場(chǎng)盡可能充分發(fā)展而變得均勻；風(fēng)扇遠(yuǎn)離被冷卻物可有效降低裝置噪音，以大于風(fēng)扇直徑最佳。

散熱器設(shè)計(jì)：采用鋁制散熱器，制造工藝為鋁擠壓技術(shù)，性價(jià)比高，應(yīng)用廣泛；散熱器左右橫穿裝置以使得散熱器尺寸最大；散熱器基板厚度以10-15mm為最佳，太薄熱容量太小，太厚熱阻太大；盡可能增加散熱器齒片數(shù)，齒間距以3-5mm最佳；可采用波紋齒的方式增加散熱面積，波紋齒深度一般小于0.5mm。

通風(fēng)孔設(shè)計(jì)：通風(fēng)孔面積為所有風(fēng)扇通風(fēng)面積之和的1.5-2倍；將上腔風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口分別設(shè)置在三個(gè)需要嚴(yán)格控制溫度的核心元件旁，分別是驅(qū)動(dòng)板、IGBT和濾波電感，使其處于風(fēng)速高速區(qū)并處于風(fēng)路的上游，保證空氣以較大的風(fēng)速無(wú)阻力流過(guò)此區(qū)域。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。