使用热管以连接不均衡产生热的电子组件的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明主题涉及电子系统和方法，并且，更具体地，涉及热沉设备、使用热沉的系统和相关方法。
【背景技术】
[0002]电子系统通常使用功率电子电路，诸如功率转换器，其会产生显著数量的热。例如，典型地，不间断电源(UPS)系统包含整流器、反相器、电池转换器和其他会产生热的功率电子子系统。这样的热可以通过使用热沉散发，热沉可以使用例如流动的空气或其它流体而被冷却。在典型的UPS应用中，用在转换器电路中的功率晶体管或其他功率半导体器件可以在模块中封装，模块是配置以安装在热沉表面上的，使得在封装中产生的热可以传输到热沉中，以冷却其中的器件。
【发明内容】
[0003]本发明主题的一些实施例主要是提供一种设备，包括至少一个热沉以及安装在所述至少一个热沉上处于相应的第一和第二安装位置上且配置成不均衡地产生热的第一和第二电子组件。例如，第一和第二电子组件可以是不间断电源(UPS)的相应子系统的以至少部分互补的方式产生热的部件，诸如整流器和电池转换器。设备进一步包括热耦合至所述至少一个热沉上并且在邻近第一和第二安装位置的位置之间延伸的至少一个热管。
[0004]在一些实施例中，所述至少一个热沉可以包括分开的第一和第二热沉。第一和第二电子组件可以安装在第一和第二热沉中的相应一者上。所述至少一个热管可热耦合第一和第二热沉。所述至少一个热管可包括多个平行的热管。在一些实施例中，第一和第二热沉可各包括基底和多个翅片，所述基底的一侧面上安装有相应的第一和第二电子组件，所述翅片从基底的另一侧面延伸。第一和第二热沉可以这样定位，以使得其翅片相互面对面，并且所述至少一个热管可以在第一和第二热沉的基底之间穿过。
[0005]在进一步的实施例中，所述至少一个热沉可包括单个热沉，并且第一和第二电子组件可安装在单个热沉上处于间隔开的位置。第一和第二电子组件可以沿一方向间隔开，并且所述至少一个热管可沿相同方向延伸。所述至少一个热管可以包括多个平行的热管。
[0006]在一些实施例中，所述至少一个热沉可包括第一和第二基底板和在第一和第二基底板之间延伸的多个翅片。第一和第二电子组件可以安装在第一和第二基底板中的相应一者上位于其与翅片相对的侧面上。所述至少一个热管可以热耦合第一和第二基底板。
[0007]在一些实施例中，第一和第二电子组件可以包括第一和第二功率转换器电路组件的相应部件。所述部件包括例如相应的第一和第二功率半导体器件。
[0008]进一步的实施例提供了UPS，包括配置用于以不均衡的方式产生热的至少两个子系统。UPS还包括至少一个热沉，在该热沉上在相应的第一和第二安装位置安装有所述至少两个子系统的相应一者的相应第一和第二部件。UPS进一步包括至少一个热管，热管热耦合到所述至少一个热沉上并且在接近第一和第二安装位置的位置之间延伸。所述至少两个子系统可以包括，例如，整流器电路、反相器电路、电池转换器电路和旁路电路中的至少两者。第一和第二部件可以包括相应第一和第二功率半导体器件。
[0009]在本发明主题涉及的一些方法实施例中，第一和第二功率半导体器件安装在所述至少一个热沉的相应第一和第二安装位置处。所述至少一个热沉具有至少一个热管，热管热耦合到其上并且在接近第一和第二安装位置的位置之间延伸。这样操作所述第一和第二功率半导体器件，使得他们不均衡地产生热。
【附图说明】
[0010]图1A和IB是图示根据使用具有在电子组件的安装位置间延伸的热管的单个热沉(heat sink,冷源，吸热设备)的一些实施例的设备的侧视图。
[0011]图2和3图示了根据一些实施例的不同热管配置的截面图。
[0012]图4A和4B分别是图示根据用于电子组件的使用通过热管热耦合的两个相对热沉的一些实施例的设备的侧视图和透视图。
[0013]图5是图示根据使用热管热耦合的两个热沉的进一步实施例的设备的侧视图。
[0014]图6是图示根据使用具有连接在共同翅片上并且通过热管连接的第一和第二基底部分的热沉的一些其他实施例的设备的侧视图。
[0015]图7A和7B图示根据进一步实施例的不间断电源系统的示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面参考附图对本发明主题涉及的具体的示意性实施方式进行描述。然而，本发明主题以许多不同的方式体现，并且不解释为限制于此阐述的实施例;而是，提供这些实施例以使得本说明书详细和完整，并且向本领域技术人员充分表达了本发明的主旨范围。在附图中，相同的参考数字指的是相同元件。可以理解的是，当元件称为“连接”或“耦合”到其他元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件或者是存在中介元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出词条的任何和所有组合。
[0017]本文使用的专业术语仅仅是为了描述具体实施例，并且不意指限制本发明的主旨。如本文中所使用的，单数形式“一个”和“其”意指也包括复数形式，除非明确限定了。可以进一步理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”和/或“含有”，当在说明书中使用时，说明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，不排除存在或额外增加特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
[0018]除非明确表述了，本文使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与本发明主题所属技术领域的技术人员所通常理解的意思相同的意思。可以进一步理解的是，术语，诸如这些通常在字典中定义了的，可以认为与它们在说明书和相关技术的文本中的意思一致，并且不认为是理想化的或者过于正规的意思，除非于此明确这样定义了。
[0019]本发明主题的一些实施例源自发明意识:很多电子系统，诸如UPS，可包括具有不均衡(即，以至少部分非并行(non-concurrent)的方式操作)产生热的功率电子电路的子系统。例如，典型的双转换器UPS可以包括整流器、反相器、电池转换器和旁路子系统，每个包括当子系统激活时产生显著热的功率电子部件(即晶体管和SCR)。然而，这些子系统的典型操作可以包含其中子系统的某些激活同时其他子系统没有激活和/或以产生显著较少热的方式操作的模式。例如，在UPS中，当UPS是在“电池开启”模式，当UPS使用电池转换器提供电至反相器时，整流器未激活。相似地，当旁路电路激活时反相器未激活。提供单个冷却系统，即，单个分开的热沉，由于这些热沉的尺寸要与子系统的热输出峰值(即，峰值功率条件)相匹配，对于这些子系统的每一个，会出现空间和材料的无效使用。根据本发明主题的一些实施例，通过使用热管以从更活跃部件位置传输热至不活跃或者较不活跃部件位置，可回收与不活跃或者较不活跃的子系统相关联的“闲置”冷却能力，允许使用与不活跃或者较不活跃部件关联的冷却源，如热沉堆、冷却翅片区域等等，以冷却更活跃部件。这可允许使用更紧凑和成本更低廉的冷却系统。
[0020]图1A和IB图示了根据一些实施例的设备。设备包括热沉110，这里示出为包括多个翅片114从其延伸的基底部分112。在基底部分112的与翅片114相对侧的表面115上，第一和第二电子组件130、140安装在隔开的第一和第二安装位置111、113。第一和第二电子组件配置以不均衡的方式产生热，使得在指定时间，电子组件130、140中的一个产生实质上比另外一个更多的热。例如，电子组件130、140可以是以互补或非并行的方式操作的功率转换器电路的功率半导体部件(如晶体管、SCR和/或包括多个所述器件中的一者的模块)。热管120热耦合到热沉110上(如嵌入热沉110中)并且在邻近第一和第二安装位置111、113的位置间延伸，这样，根据电子组件130、140哪个产生更多热，热管120可以以方向A或B在这些位置之间传导热。
[0021]如本领域技术人员可以理解的，热管是使用热传导性和相变以提供热转移的热转移结构。热管的与热表面接触的部分从该表面吸收热并且在管中蒸发液体。蒸汽在热管中穿行至与另外表面的低温界面并凝聚回液体，其释放潜热。通过毛细作用、重力或其他机制，液体再循环至热界面，产生热和冷界面间传递热的循环。典型的热管包括由热传导材料形成的密封的管子，诸如铜或铝，其在部分真空下充有冷却剂流体。可以使用各种不同的冷却剂，并且热管可以具有各种各样的截面形状，例如圆形、卵形、椭圆形、平面形等。
[0022]热管120可以以很多不同的方式热耦合到热沉110和/或电子组件130、140上。例如，如图2所示，热管120可以嵌入到热沉110的基底部分112的通道118中，通道118位于电子组件130安装位置的正下方。这样配置通道118，使得例如电子组件130的传热表面可以与热管120的上部分接触以改进他们之间的热传导。由电子组件130造成的热管120的压缩还可以使得热管120压紧通道118的壁，这样改善热沉110的基底112的热传导性。可以预期的是，热传导材料(例如热润滑脂)可以插入到热管120和热沉110和/或电子组件130间的结合处以改善热传导性。图3示出了一可选择的配置，其中热沉110具有包括第一和第二部分112a、112b的两部分基底，第一和第二部分112a、112b具有相应通道118&、11813，通道118&、11813用来将热管120夹在其间。电子组件130可以安装在一个基底部分112b上。
[0023]根据进一步实施例，热沉设备可以利用通过一个或多个热管耦合的多个热沉以具有相似作用。例如，图4A和4B图示了包括第一和第二热沉410a、410b的设备，第一和第二热沉410a、410b这样配置使得他们的翅片414相互面对。不均衡(例如，至少部分非并行地)产生热的第一和第二电子组件430、440安装在第一和第二热沉410a、410b中相应的一者上。热沉410a、410b通过布置在热沉410a、410b的基底部分412a、412b中并且在其间延伸的热管热耦合。取决于组件430、440中的哪一者产生更多的热量，热管420促进热沉410a、410b间的热传递。热沉410a、410b的排布允许使用单一空气流(例如自一个风扇或风扇组)以散发自热沉410a、410b发出的热。然而，如图5中所示，具有如图4A和4B中示出的不同物理排