一种用于开关电源功率器件的散热结构及开关的制作方法

本实用新型涉及开关技术领域，尤其涉及一种用于开关电源功率器件的散热结构及开关。

背景技术：

随着电子元器件和电力电子技术的快速发展，开关电源技术也得到了进一步的发展，逐渐成为了电子工业中不可或缺的电源方式，各类电子工业产品对于开关电源不断提出新的要求，拥有较高体积功率比的开关电源更容易受到客户的青睐。因此，用较小体积的开关电源实现同等功率等级的输出成为了开关电源技术一个重要的发展方向。目前主流的方法是使用较高的开关频率，减小电容、电感、变压器等器件的体积，从而实现更小的开关电源。但是，随着开关频率的提高，会给开关器件带来更多的开关损耗。

现有技术中公开的一种光伏逆变器功率单元的散热结构，其开关器件mosfet管安装在pcb板底面，然后折弯mosfet管的引脚，让mosfet管的散热面紧贴整机的风冷散热冷板并通过螺钉固定。虽然解决了上述问题，但是存在以下两个问题：1.为了能够给安装在pcb底面的mosfet管上螺钉，需要在pcb板开孔，增大了电路板的面积；2.由于开关电源一般会使用多个mosfet管，由于工艺公差的客观存在，上述mosfet管的安装方式会导致mosfet管的引脚受力，长期运行可靠性得不到保证。

因此，急需一种新的技术方案来解决随着开关频率的提高，开关器件的开关损耗增加带来的散热问题，同时不会增加电路板面积和使mosfet管的引脚受力。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提供一种用于开关电源功率器件的散热结构及开关，通过对散热结构设计，在解决了mosfet引脚受力问题的前提下，解决了随着开关频率的提高，开关器件的开关损耗增加带来的散热问题，同时该散热结构使功率器件分布更加紧凑，优化具有其的开关的电路面积，减少开关电源整机体积。

本实用新型为实现上述的目标，采用的技术方案是：一种用于开关电源功率器件的散热结构，其包括pcb板，其底面设有散热装置；功率器件，安装在所述pcb板顶面，所述功率器件包括mosfet管和电感，其中，所述电感包括电感工作组件和密封所述电感工作组件的金属外壳，所述mosfet管绝缘设置在所述电感的金属外壳上并直插固定在所述pcb板的顶面；所述功率器件产生的热量通过所述电感的金属外壳传递至所述散热装置。mosfet管不安装在pcb底面，无需在pcb板开孔，不仅优化电路板的面积而且不存在引脚受力问题，提高电路的可靠性；金属外壳的设置不仅增强了电感的散热能力，同时对电感在高频工作时产生的电磁感应有良好的屏蔽效果；同时功率器件分布更加紧凑，减少具有该结构的开关整机体积。

进一步可选地，所述金属外壳包括与所述pcb板相对平行的顶面和底面，以及与所述金属外壳的顶面和底面形成密封结构的侧面，所述金属外壳的顶面上设有电感接线端子，且所述电感接线端子与所述金属外壳的顶面平行或垂直，所述mosfet管绝缘设置在所述金属外壳的任意侧面上，且所述mosfet管的引脚与所述电感接线端子垂直或平行。

进一步可选地，所述mosfet管带有金属的封装面与所述电感的金属外壳之间设有一绝缘垫。考虑到mosfet管封装的底部金属是带电散热，硅胶垫起到绝缘的作用，避免电感金属外壳导电，同时还可以使mosfet管可紧凑地贴附在电感的金属外壳上，减少两者间出现空隙。

进一步可选地，所述mosfet管通过螺钉固定在所述电感的金属外壳上。

进一步可选地，所述mosfet管直插固定在所述pcb板的顶部边缘。不仅有利于pcb板在整机上的安装，而且也能够为pcb板的布线上强弱电隔离提供便利。

进一步可选地，所述散热结构包括第一pcb板和第二pcb板，所述第一pcb板和第二pcb板间隔设置且二者的顶面位于同一水平面，所述电感两个相对的侧面上分别设有第一mosfet管和第二mosfet管，所述第一mosfet管和第二mosfet管分别直插固定在所述第一pcb板和所述第二pcb板顶部的边缘，所述电感的金属外壳的底面与所述散热装置完全接触。该布局使对于采用并联拓扑的功率变换器在均流方面起到积极的作用。

进一步可选地，所述散热结构包括第一pcb板和第二pcb板，所述第一pcb板垂直于所述第二pcb板的顶面，所述电感的一侧面上设有第一mosfet管和第二mosfet管，且所述第一mosfet管与所述第二mosfet管相互垂直设置；所述第一mosfet管直插固定在所述第一pcb板的顶部，所述第二mosfet管直插固定在所述第二pcb板的顶部，所述电感的金属外壳的底面与所述散热装置部分接触。该布局可以充分利用垂直方向上的空间，使得功率变换器整体结构更加紧凑，从而提高体积功率比。

进一步可选地，所述散热结构包括第一pcb板和第二pcb板，所述第一pcb板垂直于所述第二pcb板的顶面，所述电感的两个相对的侧面上分别设有第一mosfet管和第二mosfet管，且所述第一mosfet管与所述第二mosfet管相互垂直设置；所述第一mosfet管直插固定在所述第一pcb板的顶部，所述第二mosfet管直插固定在所述第二pcb板的顶部，所述电感的金属外壳的底面与所述散热装置部分接触。该布局可以充分利用垂直方向上的空间，使得功率变换器整体结构更加紧凑，从而提高体积功率比。

进一步可选地，所述散热装置为水冷散热装置。

本实用新型还提供一种开关，其具有上述任一项所述的散热结构。

本实用新型提供的一种用于开关电源功率器件的散热结构及开关，起功率部件中的电感采用金属外壳，不仅增强了电感的散热能力同时对电感在高频工作时产生的电磁感应有良好的屏蔽效果。mosfet管安装在电感金属外壳上，以电感外壳作为冷板进行散热，mosfet管可垂直安装在pcb顶层，不仅优化了pcb布局，减少了其引脚的受力，使得功率变换器整体结构更加紧凑，从而提高体积功率比。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本实用新型公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中mosfet管与电感装配的主视图；

图2是本实用新型实施例中mosfet管与电感装配的俯视图；

图3是本实用新型实施例中散热结构示意图；

图4是本实用新型实施例中散热结构示意图。

图中：

1-第一pcb板；2-第二pcb板；3-第一mosfet管；4-第二mosfet管5-电感；51-电感接线端子；52-定位螺孔；6-铜条；7-散热装置

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

现有技术中用较小体积的开关电源实现同等功率等级的输出成为了开关电源技术一个重要的发展方向，开关频率的提高给开关器件带来更多的开关损耗成为克服该技术的一大问题。现有技术中优化开关中的结构来解决这一问题，但是会存在着增大了电路板的面积，mosfet管的引脚受力影响其工作可靠性的问题。鉴于此，本使用新型提供一种用于开关电源功率器件的散热结构，通过对散热结构设计，解决mosfet引脚受力问题，且使功率器件分布更加紧凑，优化具有其的开关的电路面积，减少开关电源整机体积。为更好的理解本实用新型的技术方案，给出以下实施例。

实施例

如图1-2所示，本实施例提供一开关，其具有一种开关电源功率器件的散热结构，该散热结构包括pcb板，功率器件，和散热装置7，其中pcb板的底面设有散热装置7；功率器件安装在pcb板顶面，具体的，功率器件包括mosfet管和电感5，其中，电感5包括电感工作组件和密封电感工作组件的金属外壳，mosfet管绝缘设置在电感5的金属外壳上并直插固定在pcb板的顶面；功率器件产生的热量通过电感5的金属外壳传递至散热装置7。优选的，mosfet管为直插固定式元器件封装，3pin或4pin引脚均能适用。进一步优选的，mosfet管为直插固定式封装。

本实施例中的开关，解决了随着开关频率的提高，开关器件的开关损耗增加带来的散热问题，同时其功率器件中的mosfet管不安装在pcb底面，无需在pcb板开孔，不仅优化电路板的面积而且解决了mosfet管引脚受力的问题，提高了电路的可靠性；同时功率器件分布更加紧凑，减少具有该结构的开关整机体积。电感的金属外壳不仅能有效得屏蔽电感在高频工作时产生的电磁干扰，同时提供良好的导热能力为电感内部的电感工作组件散热。

实现在电感5金属外壳上安装mosfet管的方案有多种，本实施中优选的，金属外壳包括与pcb板相对平行的顶面和底面，以及与金属外壳的顶面和底面形成密封结构的侧面，金属外壳的顶面上设有电感接线端子51，该电感接线端子51与金属外壳的顶面垂直，mosfet管绝缘设置在金属外壳的任意侧面上，且mosfet管的引脚与电感接线端子51垂直或平行。该设计不仅优化了功率器件的体积，同时mosfet管与金属壳体热耦合增加开关的散热效果，电感5的放置方式分为使接线端子相对pcb板垂直向上或者接线端子相对pcb板水平朝外，具体的放置方式需结合开关电源内部结构布局考虑。

考虑到mosfet管封装的底部金属是带电散热，因此mosfet管是绝缘设置在电感5上的，实现该绝缘设置的方案有多种，本实施例优选的，mosfet管带有金属的封装面与电感5的金属外壳之间设有一绝缘垫。优选的，绝缘垫的厚度为1～3m，进一步优选的，绝缘垫的厚度为1.5mm。优选的，绝缘垫为硅胶垫。绝缘垫的设置不仅能够避免电感5的金属外壳导电，还能使mosfet管可紧凑地贴附在电感5的金属外壳上，避免两者间出现空隙，增加二者的热耦合效应以及连接强度，还能减少功率器件的体积，进而减少开关的体积。实现mosfet管设置在金属外壳上的方式有多中，本实施中优选的，mosfet管通过螺钉固定在电感5的金属外壳上。

在pcb板上的布局时，优选的，mosfet管直插固定在pcb板的顶部边缘。即mosfet管的引脚优先安装在pcb电路板的四周的周边上，此安装方式不仅有利于电路板在整机上的安装，而且也能够为pcb布线上强弱电隔离提供便利。

针对本实施例提供的散热结构，本实施例提供多种布局方式，如图3所示，优选的，散热结构包括第一pcb板1和第二pcb板2，第一pcb板1和第二pcb板2相平行，第一pcb板1和第二pcb板2间隔设置且二者的顶面位于同一水平面，电感5两个相对的侧面上分别设有第一mosfet管3和第二mosfet管4，第一mosfet管3和第二mosfet管4分别直插固定在第一pcb板1和第二pcb板2顶部的边缘，电感5的金属外壳的底面与散热装置7完全接触。第一pcb板1和第二pcb板2上的电路可以尽量对称布局使对于采用并联拓扑的功率变换器在均流方面起到积极的作用。

不仅局限于上述布局方式，如图4所示，本实施例优选的，散热结构包括第一pcb板1和第二pcb板2，第一pcb板1垂直于第二pcb板2的顶面，电感5的一侧面上设有第一mosfet管3和第二mosfet管4，且第一mosfet管3与第二mosfet管4相互垂直设置；第一mosfet管3直插固定在第一pcb板1的顶部，第二mosfet管4直插固定在第二pcb板2的顶部，电感5的金属外壳的底面与散热装置7部分接触。该布局可以充分利用垂直方向上的空间，使得功率变换器整体结构更加紧凑，从而提高体积功率比。实现上述技术效果的方案还可以根据开关电路具体的布局，优选的，散热结构包括第一pcb板1和第二pcb板2，第一pcb板1垂直于第二pcb板2的顶面，电感5的两个相对的侧面上分别设有第一mosfet管3和第二mosfet管4，且第一mosfet管3与第二mosfet管4相互垂直设置；第一mosfet管3直插固定在第一pcb板1的顶部，第二mosfet管4直插固定在第二pcb板2的顶部，电感5的金属外壳的底面与散热装置7部分接触。

以上实施例中示例性的给出了一个电感5的一侧面或两个侧面上的一个或两个第二mosfet管4在块和两块pcb板上的布局方式，在实际工作中，结合本实施例提供的技术方案，还需考虑开关电路设计的需求，单个电感5金属外壳的散热能力以及mosfet管的电压等级来考虑开关中mosfet管在单个电感5设置的数目和方式。具体的，单个电感5金属外壳的散热能力由其与散热装置7的接触面积决定，然后再结合单个电感5和单个mosfet管的散热量需求确定mosfet管在单个电感5上最多可安装数目；在热量需求满足的前提下，还需考虑mosfet管的电压等级，确定mosfet管之间的电气间隔，然后结合电感5的大小确定金属外壳单面最多可放置的mosfet管数目，需要按照国标要求保证电气间隙，如电压等级不小600v时，强弱电pin脚之间需满足8mm的间隔。

本实施中优选的，pcb板的底部安装有铜条6，作为开关电源强电回路的电器元件，该铜条6的安装位置与pcb板的顶面上功率器件安装的位置向对应其与与pcb板底面无间隙接触。优选的，pcb板与散热装置7平行并留有一定高度的空隙，上述铜条6位于该空隙内。

优选的，散热装置7为水冷散热装置，进一步优选的，该水冷散热装置为水冷冷板，其包括一设置在冷板内的水流道和与水流到连通的进水口和出水口，便于冷却介质在从进水口流进冷板，在水流道内流通，从出水口流出带走开关电源中产生的热量。电感的金属外壳上设有定位螺孔52，其通过定位螺栓固定在该冷板上，mosfet管和电感产生的热量通过电感金属外壳底面传递到冷板，由冷板把热量带走。本实施中的散热装置7并不局限与上述水冷的方式，还可以采用风冷翅片散热的方式，也能达到同等的效果。

本实用新型提供一种用于及开关，通过对散热结构设计，同时该散热结构使功率器件分布更加紧凑，优化具有其的开关的电路面积，减少开关电源整机体积。

本实施例提供的开关，通过对其开关电源功率器件的散热结构的设计中，电感采用金属外壳，不仅增强了电感的散热能力同时对电感在高频工作时产生的电磁感应有良好的屏蔽效果。mosfet管安装在电感金属外壳上，以电感外壳作为冷板进行散热，mosfet管可垂直安装在pcb顶层，不仅优化了pcb布局，减少了其引脚的受力，使得功率变换器整体结构更加紧凑，从而提高体积功率比。

综上，本实用新型提供的一种用于开关电源功率器件的散热结构及开关，该散热结构包括pcb板，其底面设有散热装置；功率器件，安装在pcb板顶面，功率器件包括mosfet管和电感，其中，电感包括电感工作组件和密封电感工作组件的金属外壳，mosfet管绝缘设置在电感的金属外壳上并直插固定在pcb板的顶面；功率器件产生的热量通过电感的金属外壳传递至散热装置。解决了随着开关频率的提高，会给开关器件带来更多的开关损耗的问题，同时其功率器件中的mosfet管不安装在pcb底面，无需在pcb板开孔，不仅优化电路板的面积而且解决了mosfet管引脚受力的问题，提高了电路的可靠性；同时功率器件分布更加紧凑，减少具有该结构的开关整机体积。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。