一种水冷散热汽车DC-DC变换器散热布局结构的制作方法

本实用新型涉及dc-dc变换器散热技术领域，具体为一种水冷散热汽车dc-dc变换器散热布局结构。

背景技术：

节能减排是当下中国汽车行业的重点，根据工信部制定的第四阶段平均燃料消耗标准，乘用车产品平均消耗量将从6.7l/100km，降至2020年的5l/100km。为实现2020年目标汽车生产商通过轻量化、电气化等技术革新来进一步提升燃油经济性、降低二氧化碳的排放。显然单纯靠提高发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能完成的任务，汽车混动化，纯电动化是最佳技术路线。纯电动化虽然是汽车的终极目标，但是由于高成本以及续航问题，无法在短期内大量普及。48v轻混系统相比高压混动系统而言，成本更低，却可以达到高压混动系统(电池电压>100v)大部分节能效果，48v轻混系统是高压轻混系统成本的30％，能达到高压轻混系统70％的节能效果。

而48vdc-dc变换器是bsg系统中必须的关键部分，它的功能是bsg轻混系统的48v高压侧与12v低压侧电压转换，在保证电能连续转换的同时，要完全杜绝48v高压侧电压贯穿至12v低压侧，以保证bsg系统节能高效运行、正常安全运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种水冷散热汽车dc-dc变换器散热布局结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种水冷散热汽车dc-dc变换器散热布局结构，包括壳体组件、印刷电路板、水道盖板、下密封盖板和连接端子，所述印刷电路板安装在壳体组件下侧，水道盖板、下密封盖板分别设置在壳体组件的上下侧，且通过连接螺丝7安装固定，连接端子设置在壳体组件侧面，并通过连接螺丝7固定；所述壳体组件中设置有冷却水道，冷却水道设置有进水口和出水口；所述印刷电路板中设置有多路buck-boost双向变换拓扑电路，所述buck-boost双向变换拓扑电路包括hv-port高压侧、lv-port低压侧、变换功率电感、变换采样电阻和mosfet，其中mosfet设置有两组，分别为同步整流上下管转换mosfet和背靠背保护mosfet。

优选的，所述buck-boost双向变换拓扑电路中，hv-port高压侧连接到48v锂电池，hv-port高压侧连接同步整流上下管转换mosfet，同步整流上下管转换mosfet的源极和gnd相连，同步整流上下管转换mosfet中间点连接到变换储能电感，变换储能电感和变换采样电阻相连，变换采样电阻和背靠背保护mosfet连接，背靠背保护mosfet和lv-port低压侧连接，lv-port低压侧连接到12v铅酸电池。

优选的，所述水道盖板、下密封盖板与壳体组件上下侧之间分别设置有密封圈6。

优选的，所述印刷电路板上设置有第一滤波电感、储能电容、储能电感、第二滤波电感、转换mosfet、第一保护mosfet、第二保护mosfet，且通过导热材料和壳体组件相互接触；其中第一滤波电感、储能电容、储能电感、第二滤波电感设置在印刷电路板同一侧，转换mosfet、第一保护mosfet、第二保护mosfet设置在另一侧。

优选的，所述第一滤波电感为48v侧滤波电感，靠近48v侧端子放置，所述第二滤波电感为12v侧滤波电感，靠近12v侧端子放置；所述储能电容为48v转换12v过程中能量支撑储能的电容结构，所述储能电感为多路buck-boost双向变换拓扑电路中储能的电感结构。

优选的，所述第一保护mosfet、第二保护mosfet相互并联，并排设置；所述转换mosfet、第一保护mosfet、第二保护mosfet采用贴片安装，在印刷电路板上设置有铺铜面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型应用于汽车48v系统dc-dc变换器，dc-dc变换器发热器件均匀分布，形成热平衡散热，采用水冷散热，提高散热效率，贴片mosfet、功率电感等发热器件通过导热材料和水冷壳体组件进行热量传导，从而保证散热效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的印刷电路板背侧结构示意图；

图3为本实用新型的buck-boost双向变换拓扑电路图；

图中标号：1、壳体组件；2、印刷电路板；21、第一滤波电感；22、储能电容；23、储能电感；24、第二滤波电感；25、转换mosfet；26、第一保护mosfet；27、第二保护mosfet；3、水道盖板；4、下密封盖板；5、连接端子；6、密封圈；7、连接螺丝。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种水冷散热汽车dc-dc变换器散热布局结构，包括壳体组件1、印刷电路板2、水道盖板3、下密封盖板4和连接端子5，所述印刷电路板2安装在壳体组件1下侧，水道盖板3、下密封盖板4分别设置在壳体组件1的上下侧，且通过连接螺丝7安装固定，连接端子5设置在壳体组件1侧面，并通过连接螺丝7固定；所述壳体组件1中设置有冷却水道，冷却水道设置有进水口和出水口；所述印刷电路板2中设置有多路buck-boost双向变换拓扑电路，所述buck-boost双向变换拓扑电路包括hv-port高压侧、lv-port低压侧、变换功率电感、变换采样电阻和mosfet，其中mosfet设置有两组，分别为同步整流上下管转换mosfet和背靠背保护mosfet。

进一步的，所述buck-boost双向变换拓扑电路中，hv-port高压侧连接到48v锂电池，hv-port高压侧连接同步整流上下管转换mosfet，同步整流上下管转换mosfet的源极和gnd相连，同步整流上下管转换mosfet中间点连接到变换储能电感，变换储能电感和变换采样电阻相连，变换采样电阻和背靠背保护mosfet连接，背靠背保护mosfet和lv-port低压侧连接，lv-port低压侧连接到12v铅酸电池。

进一步的，所述水道盖板3、下密封盖板4与壳体组件1上下侧之间分别设置有密封圈6。

进一步的，所述印刷电路板2上设置有第一滤波电感21、储能电容22、储能电感23、第二滤波电感24、转换mosfet25、第一保护mosfet26、第二保护mosfet27，且通过导热材料和壳体组件1相互接触；其中第一滤波电感21、储能电容22、储能电感23、第二滤波电感24设置在印刷电路板2同一侧，转换mosfet25、第一保护mosfet26、第二保护mosfet27设置在另一侧。

进一步的，所述第一滤波电感21为48v侧滤波电感，靠近48v侧端子放置，所述第二滤波电感24为12v侧滤波电感，靠近12v侧端子放置；所述储能电容22为48v转换12v过程中能量支撑储能的电容结构，所述储能电感23为多路buck-boost双向变换拓扑电路中储能的电感结构。

进一步的，所述第一保护mosfet26、第二保护mosfet27相互并联，并排设置；所述转换mosfet25、第一保护mosfet26、第二保护mosfet27采用贴片安装，在印刷电路板2上设置有铺铜面。

工作原理：本实用新型所提供的的dc-dc变换器和汽车上bsg电机、48v锂离子电池单元、12v铅酸电池组成轻混48v系统。12v总线将继续为点火、照明、信息娱乐和音频系统供电。48v总线将向主动底盘系统、空调压缩机、可调悬挂、电子超级电容器、涡轮增压机供电并支持再生制动。另外，48v总线还能支持引擎起动，这将使软起动操作更加平稳。再者，较高的电压意味着所需的电缆截面积较小，这将减小电缆尺寸和重量。本实用新型所提供的的dc-dc变换器和车上混合动力控制单元ecm通过can通讯进行指令下达及数据传输，可以实现buck和boost两种模式下运行。

如图3所示，展示了本实用新型变换拓扑图，可根据实际需要实现升降压功能。如hv-port高压侧加载输入电压，调节上管mosfet的开通占空比得到lv-port低压侧所需电压幅值，同时调整下管mosfet的占空比得到不同功率大小；同样lv-port低压侧加载输入电压，调节上管mosfet的开通占空比得到hv-port高压侧所需电压幅值，同时调整下管mosfet的占空比得到不同功率大小。图示中lm根据设计需要计算出适合的感值及过流能力，图示中rcs根据设计需要选择适合的阻值及功率满足实际的电流采样功能。两个mosfet可实现保护功能，当出现上或下管mosfet短路时，可通过背靠背两个mosfet关断实现hv-port和lv-port两侧电气断开，降低短路波及范围及实现短路保护功能。

dc-dc变换器通过can和车上混合动力控制单元ecm进行通讯，完成指令下达及数据传输。在48v侧需要给12v侧负载提供能量时，ecm会先下发precharge指令，dc-dc变换器接收到预充指令，通过预充电路跳过靠近lv-port侧breakmosfet的电气阻隔，lv-port电池侧通过预充电电路、远离lv-port侧breakmosfet、rcs、lm、靠近hv-port侧上管mosfet电气路径分两个阶段给hv-port侧预充电，hv-port侧预充到48v时锂电池单元控制继电器吸合，然后可以buck模式把bsg电机发电储存在48v锂电池的能量转换到12v电池侧供负载所需。在车子起步加速时，bsg电机需要提供反向动力，同样ecm会先下发precharge指令，dc/dc变换器接收到预充指令，通过预充电路跳过靠近lv-port侧breakmosfet的电气阻隔，lv-port电池侧通过预充电电路、远离lv-port侧breakmosfet、rcs、lm、靠近hv-port侧上管mosfet电气路径分两个阶段给hv-port侧预充电，hv-port侧预充到48v时锂电池单元控制继电器吸合，然后可以boost模式把12v电池侧的能量转换到48v锂电池供bsg电机逆变所需动力。在车子正常行驶时，可正常完成buck和boost之间模式切换，可实现大负载和加速所需，从而实现节能减排的目的。

印刷电路板2能够接收输入电压并将输入电压转换成预定的输出电压，例如将直流48v电压转换为直流12v电压。为此，印刷电路板2可包括电压转换电路，输入电压经所述电压转换电路转换而得到满足要求的输出电压。本实用新型采用四路buck-boost双向变换拓扑电路，但也不限于此，可根据功率大小调整并联buck-boost双向变换拓扑电路路数。

第一滤波电感21为48v侧滤波电感，靠近48v侧端子放置；第二滤波电感24为12v侧滤波电感，靠近12v侧端子放置，配合储能电容22可有效地起到emc抑制及散热布局；储能电感23均匀分布，方便和壳体组件1的散热均匀传导。转换mosfet25、第一保护mosfet26、第二保护mosfet27三者均匀分布，从而方便和壳体组件1的散热均匀传导，为了达到良好的散热传导效果可以调整印刷电路板2的散热铺铜面。各个发热器件通过匹配尺寸及厚度的导热材料和壳体组件1达到热量均衡传导。

装置整体上通过印刷电路板2将输入电压转换成预定的输出电压，并采用导热材料把各个发热器件热损耗传导到壳体组件1上；之后壳体组件1通过水冷的方式将各个发热器件的热量散出去；连接端子5将印刷电路板2的转换电压和外部进行电气连接，并提供接口供外部电压信号给印刷电路板2提供工作电压及can通讯。

壳体组件1的形状、尺寸以及导热材料的厚度、尺寸，均根据发热器件决定，配合形成安装组合形态；密封圈6的设置，能够达到防水漏水的目的，并简化的生产工艺流程。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。