[发明专利]用于冷却模制电子电路的设备及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子器件的散热系统。更具体地说，一种散热系统，其允许更紧凑的设备封装，同时维持散热、温度平衡和过热预防的现行标准。特别地，本发明披露了根据本发明冷却的一种紧凑型AC/DC功率转换器。

背景技术

许多电子电路依赖于可靠的散热系统以确保稳定运行和效率。电系统中的热激励导致噪音增加。没有有效的散热系统的话，可能导致故障或不稳定运转。

常规的散热系统依靠下列一个或多个策略：直接在所述电子器件的发热元件上进行的强制对流；增设快速冷却方法，如风扇或液冷却系统；布置热沉，所述热沉与发热元件传导接触，热沉和所述元件随后达到热平衡，并通过对流方式使得两者散热。

为了提供较好的传热性能，新的散热设备必须更有效。风冷热沉的尺寸很难增加，因为一直在设备封装内填充越来越多的元件，为了保持或减少设备封装的尺寸，设备制造商处于巨大的竞争压力。此外，较大热沉通常将增加热沉元件的费用。因此，有竞争性的散热设备必须在尺寸上相对紧凑，并且完全按指标运行以防止高性能元件超出其运行的热规格。

常规的散热系统不能满足这些要求。热沉和快速冷却方案是庞大且需要在设备封装内额外的空间。即使强制对流冷却也需要在所述设备内分配空间以允许空气流动。

本领域的现有技术公开了一种类似于热沉但无需设备封装内额外的空间的方案。美国专利公开号2002-0092160披露了一种设备，其中结构壳体由导热材料构成，并且热连接到其中的电子元件，籍此壳体和电子元件处于热平衡，整个系统的强制对流冷却将比其他方式更迅速。

通过强制对流而散热的这类冷却系统适用于小功率、电池驱动的、便携式应用。大功率电子设备产生更多热量，通过所述设备封装的外部散热可能使得外表面到达危险温度。同理，将任何形式的热沉附着在所述设备的外部不仅仅增加了封装体积，还可能使用户接触到所使用的热元件。

例如用于手机的传统的AC/DC功率转换器通常包括塑料罩，并具有围绕电子功率转换器电路的空气或其它绝缘物。为了冷却，上述的电路依赖于大型的设备封装，并且在某些情况下，依赖通风孔的存在以实现封闭电路板的强制对流冷却，所述电路板具有设置于PCB上的多个电子元件。这个方案导致设备在尺寸上不方便地庞大。此外，即使具有通风孔，封闭空间中的冷却电路的对流方案效率很差，这导致对于所述电子设备来说较高的平衡工作温度。

由于若干原因这种结构方法导致了庞大的设备封装。常规功率转换电路包括主次电路：主级电路与待转换的AC功率输入直接连接，并且通过次级电路输出功率。安全规程要求在次级和主级电路之间存在6.4毫米的最短距离以通过空气。更进一步，由于政府规程要求在上述设备内的运行温度不超过环境温度以上的某一范围，采用现有技术的小型设备封装是不可行的：具有大表面面积的封装通常只有一种实现所需散热的手段。根据现有技术构造的设备具有一定尺寸。事实上即便是小功率设备，其通过小型封装可以获得充分的散热，因为它们满足了6.4毫米间距的流通空气要求。

由此，使用者必须使用一个不令人称心如意的大型功率转换器以驱动手机。在现有技术里众所周知相对较高的运行温度会导致设备失效的概率相对较大和运行效率较低。

因为目前冷却系统设计需要大型的设备封装，特别是在功率转换设备中，许多目前的功率转换器设计是庞大和不方便的。将驱动手机电池的功率适配器与标准的AC功率插头进行比较。常规的手机功率适配器使用大体积的壳体以容纳插头板和功率转换电路。由于上述强调过的散热要求，功率适配器的相对大尺寸是必需的。不考虑上述要求，很显然对于这样的功率适配器而言，一种小尺寸、更紧凑的设备封装是更优越的。由于手机适配器必须是便于携带的，这一结构的优点特别显著，并且因此从一种磨光器(sleeker)设备封装中充分受益。

由此可知，事实证明需要一种能处理由功率电子设备产生的大量热载荷的冷却系统，还要考虑紧凑的设备封装和对使用者不存在危险。所述需求在功率转换器制造业领域中尤其明显，在所述领域中，目前的冷却系统妨碍创造一种兼具效率和可靠性的紧凑型功率转换器。

发明内容

本发明描述一种对由外部驱动功率电子设备的现有技术冷却系统的改进。它提供延展型外部热沉组件的所有优点，当维持一个适度的冷却工作温度时允许紧凑的设备封装。但是，本发明除了多数情况采取墙壁插座形式的常见电源以外无须外部装置。