用于控制电源转换系统中的热的方法和装置的制造方法_2

文档序号:9732569阅读:来源:国知局
适配器1可以连接至电线104以使得能够使用连接器106将电源适配器连接至电子设备。连接器106可以具有适于连接至消费性电子设备的DC电源输入端的各种形状中的任一种形状。
[0038]图1示出了壳体100可以包括用于使得气流能够进入和/或离开壳体100的一个或更多个开口 108、112。在一些实施方式中,电源适配器可以包括致动式热移除设备202(例如,参见图3)。致动式热移除设备202可以是例如风扇或能够迫使气流通过壳体100的另一设备。例如,如果致动式热移除设备202包括风扇,则可以使用任何适当类型的风扇,如压电风扇或静电风扇。在一些实施方式中,风扇被配置成直接在风扇马达上抽取冷空气,从而延长了风扇的使用寿命。在一些实施方式中使用的另一适当类型的致动式热移除设备是机电空气栗(例如,风箱)。机电空气栗可以驱动阵阵空气进入和离开壳体。在一些实施方式中,如果使用机电空气栗,则壳体的一部分可作为可致动构件工作以驱动空气在壳体内运动。在一些实施方式中,可致动构件可以是柔性膜。可致动构件可以位于与室形成连续空间的任何位置。
[0039]在一些实施方式中,致动式热移除设备可以驱动空气向电源适配器1的电源转换电路流动或者驱动空气远离电源适配器1的电源转换电路流动。如上所述,图1示出了可以在壳体100上提供一个或更多个开口 112和一个或更多个开口 108以使空气流入壳体或从壳体流出。在一些实施方式中,开口 112可以用作使空气流入壳体100的入口,并且开口 108可以用作使空气从壳体100流出的出口。在一些实施方式中,可以在壳体100的沿电源适配器1的纵轴设置的每一侧面上提供一个或更多个开口。在图1的实施方式中,壳体具有沿电源适配器的纵轴设置的四个侧面,四个侧面中的每个侧面包括开口 112 (例如,入口)和开口 108(例如,出口)。图2示出了图1的电源适配器沿虚线A-A’的截面。如在图2中所示的,电源适配器可以具有沿由虚线A-A ’限定的截面的四个侧面。
[0040]发明人已经认识到,电源适配器的一个或更多个侧面可以抵靠一个或更多个物体(例如地板、墙壁、家具、毯子等),所述一个或更多个物体会阻挡空气流动通过开口 108和/或开口 112。因此,在空气流动通过壳体受到电源适配器的一个或更多个侧面上的物体阻挡的情况下,可以是合乎期望的是,提供开口使得空气能够在电源适配器的不止一个侧面上流动通过壳体。通过在电源适配器的不止一个侧面上提供开口,如果电源适配器的第一侧面抵靠阻挡空气的物体,则可以通过电源适配器的另一侧面上的一个或多个开口提供通过壳体100的气流。在图1至图3的实施方式中,在电源适配器的四个侧面上提供开口,使得即使电源适配器的三个侧面的气流受到阻挡,也可以由通过电源适配器的第四个侧面上的一个或更多个开口的气流提供冷却。然而,本文中描述的技术不限于此,如一些实施方式对于在其上设置有开口的电源适配器的侧面的数量不受限制。
[0041]在一些实施方式中,如果通过壳体100中的所有开口的气流受到阻挡,则电源适配器的控制器可以控制由电源适配器传递的电力的量减小。电源适配器可以包括温度传感器以在电源转换电子产品或另一位置处感测电源适配器的内部温度。当由温度传感器所感测的温度超过阈值时,控制器可以控制电源转换电子产品使得在输出端传递的电力的量减小,或者使得电力的传递停止。当电源适配器冷却并且电源适配器的温度达到适当的工作点时,控制器可以控制电源转换电子产品使得重新开始电力传递和/或增加电力传递。
[0042]图3示出了图示电源适配器1的内部的截切侧视图。如在图3中所示的,电源适配器1包括电源与控制电路206,电源与控制电路206包括用于将AC输入信号(例如,在插头102处接收的)转换成DC输出信号(例如,经由电线104提供至外部电子设备)的电力电子产品和控制电路。
[0043]在一些实施方式中,可以将电源与控制电路206设置在散热器204上。散热器204可以具有突出部205,突出部205提供高表面面积,使得由电源与控制电路206产生的热量能够在壳体内的室中耗散。突出部205还可以在腔内产生湍流气流,从而便利热从散热器204的表面排出。还在图2中示出了散热器204的突出部205。
[0044]如上所述,致动式热移除设备202可以是将空气吹向散热器204或者将空气从散热器204吹开的风扇。在一个实施方式中,在图3中所示,致动式热移除设备202被配置成将来自一个或更多个入口开口 112(以虚线示出)的空气压向散热器204并且使所述空气通过一个或更多个出口开口 108(也是以虚线示出)离开。然而,本文中描述的技术不限于此,如在一些实施方式中,致动式热移除设备202可以被配置成在相反方向上驱动气流。
[0045]在一些实施方式中,电源与控制电路206可以被围在气密壳中(并且可选地密封)。将电源与控制电路206密封在气密壳中可以将电源与控制电路206与空气经由其穿过的室隔离,这可以保护电源与控制电路206免受外部物质例如液体泄漏、污物、灰尘等的污染。如果电源与控制电路206内的部件发生故障,则使用气密壳将电源与控制电路206密封可以防止放出难闻的气味,例如,这可以利于遵守FAA规则。
[0046]可以由电源与控制电路206通过壳体100内的适当的控制连接(未示出)来控制致动式热移除设备。类似地,可以在壳体100内提供传导装置(未示出)以提供插头102和电源与控制电路206之间的连接。
[0047]上述是其中在电源适配器1的侧面上提供有壳体100中的一个或更多个开口的实施方式。然而,本文中描述的技术不限于在电源适配器1的侧面上提供壳体100中的开口,如在一些实施方式中,可以在适配器的一端或两端提供一个或更多个开口。例如,如果包括插头102,则开口可以被提供在插头的插脚之间以使得空气能够流入电源适配器1和/或从电源适配器1流出。在一些实施方式中,可以在端盖110上包括一个或更多个隔离片以确保端盖110与电插座分离,从而创建室。
[0048]在一些实施方式中,考虑到可靠性、成本和噪声,可以提供非能动热移除系统。非能动热移除系统可以在不使用致动式热移除设备的情况下移除热。
[0049]现有的电源适配器具有由在峰值负荷的条件下适配器中耗散的功率设置的最小外表面面积。耗散的功率Pdiss与由适配器效率τι确定的适配器输入功率与输出功率的差对应,并且耗散的功率?也88等于:?(1丨88=((1-11)/11)*?0111:。?(1丨88的大小确定待运送至适配器的表面的总热通量以确保内部部件没有过热。进而,热通量在其上扩散的表面面积(适配器系统的表面面积)影响壳体的外表面的温度。当壳体的表面是可直接地接近(例如,可以由人或其他物体接触)时,可以将壳体的表面维持在低于安全温度。针对塑料的情况,安全温度可以是85°C;针对金属的情况,安全温度可以是75°C。除了表面面积之外,其他因素也影响表层温度,包括其发射率、形状因素、定向、周围环境,以及在可以用于多种环境的适配器的情况下,其是否与另一表面(例如地毯、桌面或沙发垫)接触。可以使外表面的工作温度保持在低于安全温度,可以是合乎期望的是,保持壳体的外表面的温度甚至更低,例如低于50°C或低于60°C,使得用户不会感到设备摸起来不舒服或感觉发生故障。
[0050]对于电源适配器中存在的常规电力电子部件(如主电源转换器)的功率耗散、表面面积、表层温度与某些尺寸限制之间的关系的结果用于设置针对给定的电源适配器效率的电源适配器的最小体积(例如,边界盒(bounding-box))。在不超过期望的外表面温度的情况下,可以将电源适配器制成不小于边界盒体积。一般的工业理解是,出于目前的考虑,非能动地冷却的适配器越小,需要使其越高效。
[0051]相对于标准电源适配器的电力电子产品显著地减小电力电子产品的尺寸引入了设计空间的另外的自由度。在一些实施方式中,具有1MHz或更大的相对高的开关频率的电力电子产品可以使得能够将电力电子产品的尺寸减小差不多十分之一或更多。在一些实施方式中,电力电子产品可以具有在VHF范围(30MHz至300MHz)内的开关频率,并且可以利用谐振开关技术和/或软开关技术以使效率最大化。在PCT申请W02012/024542(PCT/US2011/048326)中描述了适当的电源转换电路的示例,其全部内容通过引用被并入本文中。由于可以显著地减少电力电子产品的尺寸,所以甚至在与目前水平相当的效率下,针对非能动热移除的另外的选项也是可行的。
[0052]如上所述,由电力电子产品生成的热可能需要通过电源适配器壳体的边界表面进行耗散。如果效率没有提高,则可能需要排出相同的热通量以将内部适配器部件维持在其工作极限内的温度,并且将外表面维持在可接受的温度范围内。与其中电源适配器壳体中的几乎所有空间都被电力电子产品占据的常规的电源适配器相比,可以将以高的开关频率切换的电力电子产品制造的小得多,并且可以占据电源适配器壳体的较小部分的体积。
[0053]在一些实施方式中,电源适配器壳体可以具有内壳和外壳。围住电力电子产品的内壳可以具有比外壳的温度更高的温度。外壳可以具有不超过温度范围(例如,低于安全温度和/或在适于触摸的范围内)的外表面。较高温度的内壳便于通过对流将热从适配器电子产品移除。借助于内壳与外壳之间的室使得对流能够形成。较高温度的内壳有助于驱动较强的对流气流并且使得能够在较小的总表面面积的情况下进行有效的热移除。外部较低温度的壳带走一些热,而维持温度不会超过温度范围(例如,低于安全温度和/或在适于触摸的范围内)。
[0054]图4A不出了根据一些实施方式的具有由室603隔开的内壳604和外壳602的电源适配器601的截面。图4B示出了具有用虚线示出的内壳604的电源适配器601的立体图。如在图4A中所示的,电源与控制电路206可以被围在内壳604内(例如,密封在内)。
[0055]内壳604可以具有从内壳604延伸的突出部606以增加内壳604在室603中的表面面积并且改善对流。突出部606可以包括鳍片、热管或鳍片与热管的组合或其他结构。内壳604与外壳602之间的空气体积形成了室603,其中热被转移至可以流过外壳602中的开口 605的对流地驱动的空气气流。开口 605可以具有任何适当的形状。至少部分地因为内壳604的增加的温度和较小的电力电子产品,所以可以将电源适配器的总体积制造的比具有相同效率和功率水平的现有的适配器更小。可以由分配给室603的总体积、突出部606的形状和表面面积、内壳604的外表面的发射率以及其他因素来限制内壳604的峰值温度。
[0056]在一些实施方式中,内壳604可以具有比外壳602
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