电源转换装置和包括该电源转换装置的光伏设备及制造电源装置的方法

电源转换装置和包括该电源转换装置的光伏设备及制造电源装置的方法
【专利摘要】公开了一种电源转换装置和包括该电源转换装置的光伏设备及制造电源装置的方法。电源转换装置包括印刷电路板（PCB）、在PCB上的电子和电气元件、分隔物和灌封胶。每个分隔物在其边缘处与PCB接触，使得PCB的至少一个区域被一个或多个分隔物围绕以形成一个或多个隔离区域，每个隔离区域在PCB的不同区域之上限定分隔空间并且仅在与PCB的相对的一侧敞开，PCB的每个此类区域支承一个或多个电子或电气元件，每个此类分隔空间至少部分地填充有灌封胶，使得灌封胶完全包覆位于区域中的所有电子或电气元件，并且在未被分隔物围绕的PCB的部分中，PCB被灌封胶完全覆盖。
【专利说明】电源转换装置和包括该电源转换装置的光伏设备及制造电 源装置的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电源转换装置和包括该电源转换装置的光伏设备。

【背景技术】
[0002] 电源转换器和逆变器适用于多种电源管理应用。具体地讲，微型逆变器和电源优 化器是用于光伏系统的关键元件。
[0003] 电源优化器是为了使能源生产能力最大化而开发的直流-直流转换器技术，以用 于从光伏或风力发电系统得到最佳功率。电源优化器结构简单，仅包括电容器和转换器模 块，不具有逆变器模块。电源优化器可以很小，其尺寸通常小于300 (宽）X200 (高）X100 (深)mm，并且优选地其宽度小于250、200、150或甚至100mm，其高度小于150、100、70或甚至 50mm，其深度小于70、50、30或甚至15mm。在这些小型电源优化器中，容纳电源优化器元件 的壳体的体积通常小于3升，小于2、1、0. 75、0. 5升，或甚至小于0. 25升。
[0004] 微型逆变器是电源转换器中的一类，其最常与光伏板一起使用，但也可具有其他 应用。微型逆变器基本上将电源优化器与小型逆变器组合在单个壳体中，并且用于光伏系 统中的每个板，而电源优化器则将逆变器留在单独的盒中，且仅一个逆变器适用于整个光 伏板阵列。当微型逆变器与光伏板一起使用时，其直接位于光伏板附近并设置为与光伏板 电气连接，并且常被整合进光伏板的结构。每个微型逆变器通过对与其电气连接的光伏板 进行最大功率点跟踪以获得光伏板的最佳功率。与常规逆变器的尺寸相比，微型逆变器的 尺寸较小，微型逆变器的尺寸通常小于500 (宽）X 300 (高）X 100 (深）毫米（mm)，并且优 选地其宽度小于250、200、150或甚至100mm，其高度小于150、100、70或甚至50mm，其深度 小于80、70、50、30或甚至15mm。容纳微型逆变器元件的壳体的体积通常小于3升，小于2、 1、0. 75、0. 5升，或甚至小于0. 25升。微型逆变器不同于常规逆变器，因为它们适于运用较 小量的低电压电流，由微型逆变器产生的热量少于由常规逆变器产生的热量。
[0005] 由于微型逆变器通常与光伏板处于同一位置，所以它们需要更稳固的保护以免受 到环境要素（例如水、水分、变化的温度以及紫外线和其他辐射）的影响。微型逆变器具有 (包括在热管理和环境保护方面的）高可靠性要求，从而经受住在户外使用时暴露于各环境 要素的考验。当前领先的微型逆变器和电源优化器公司为其产品提供了 25年的保修期，并 且填充这些装置的导热性灌封胶是实现该保护的关键材料。微型逆变器在例如美国专利 7796412中有所描述，该专利全文以引用方式并入本文。
[0006] 附图中相应的数字表示相应的部件。图1是一般现有技术的电源转换器的示意 图。简而言之，电源转换器100包括通常含有由金属和其他耐用材料制成的壳体101和封 盖102,在电源转换器内部可操作地设置着支承电气元件103的电子印刷电路板（PCB) 104。 出于本专利申请的目的，电气元件103是一个或多个用于稳定输入电流的电容器和一个或 多个转换器模块的集合，所述转换器模块包括用于提高输入电压的变压器，且通过硅控整 流器可操作地连接到逆变器模块，所述逆变器模块包括一个或多个电感器和其他部件以便 能够稳定功率转换和反相。电气元件103的每个部件的标识未在附图中示出。
[0007] 除上述元件之外，电源转换器还包括一个或多个散热器以用于管理产生的热量。 在现有技术的电源转换器中，具有电子和电气元件的整个PCB包覆在灌封胶105中，所述灌 封胶通常通过孔106分配到壳体101中，以保护电子元件免受环境要素的影响。在典型的 电源转换器中，相对于其上定位有电气和电子元件的PCB，元件的高度是有差别的。如图1 中所指出的那样，现有技术的电源转换器完全填充有灌封胶材料。
[0008] 在现有技术的电源转换器中，散热灌封胶用于填充电源转换器内的整个空隙空 间，以保护元件免受环境的影响，并延长装置的使用寿命。然而，我们认识到灌封胶对电源 转换器的元件施加有热应力。减小该应力将进一步延长转换器的寿命。


【发明内容】

[0009] 本发明涉及使用减少量的灌封胶保护电子装置内元件的方法，以及涉及通过此类 方法制造的电子装置。此类方法的实施方案尤其适用于小型电源逆变器或转换器。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是一般现有技术的电源转换器的示意图。
[0011] 图2a-2b是具有分区灌封布置的电源转换器的示意图，其使用压敏粘合剂来锚定 分隔物。
[0012] 图3a-3b是具有分区灌封的电源转换器的示意图，其使用连接部件来锚定分隔 物。

【具体实施方式】
[0013] 本专利申请中使用术语"电源转换器"意指包括一个或多个半导体模块和电气元 件的电子装置，其用于（1)将直流电（DC)转换为更强的DC，即电源优化器，（2)将DC转换 为交流电（AC)，即逆变器，或（3)将AC转换为DC，如发光二极管（LED)模块。
[0014] 本发明涉及任何类型或尺寸的电源转换器，但在特定实施方案中，本发明涉及小 型电源优化器或微型逆变器，其不限于但通常与光伏板一起使用、通常直接安装到光伏板 的后面，使得每个板由其自身的电源转换器直接提供服务，从而提高转换效率。本发明还涉 及包括小型电源优化器或微型逆变器的LED模块或光伏板。
[0015] 本发明的电源转换器。本专利申请涉及关于电源转换装置的发明，所述电源转换 装置包括：具有至少一个区域的印刷电路板（PCB);在PCB上的电子和电气元件，此类元件 彼此间可操作地连接以用于转换电力；一个或多个分隔物，每个分隔物具有边缘；和灌封 胶，其中每个分隔物在其边缘处与PCB接触，使得PCB的至少一个区域被一个或多个分隔物 围绕，从而形成一个或多个分隔区域，每个分隔区域在PCB的不同区域之上限定分隔空间 并且仅在与PCB的相对的一侧敞开，PCB的每个此类区域支承一个或多个电子或电气元件， 每个此类分隔空间至少部分地填充有灌封胶，使得灌封胶完全包覆位于该区域中的所有电 子或电气元件，并且在未被分隔物围绕的PCB区域中PCB被灌封胶完全覆盖，其中在PCB的 至少一个区域存在位于灌封胶之上的空隙，所述灌封胶覆盖PCB的至少一个区域中的电子 或电气元件。
[0016] 本发明的电源转换器是有结构的，因此可以根据此类元件的高度使得灌封胶完全 覆盖每个电子或电气元件，但不需要完全填充介于电子或电气元件顶部和电源转换器封盖 之间的空隙空间。在典型的电源转换器中，定位在PCB上的电气和电子元件在垂直于PCB方 向所测得的高度上有所差别。然而，在PCB上具有多于一个具有彼此相同或类似高度的元 件，并且此类类似高度的元件中的一些彼此相邻。在本发明的一个实施方案中，此类类似高 度的元件集合在一起，并且被高度超过所述元件高度且灌封胶不可渗透的分隔物围绕。然 后，将灌封胶分配到被周围的分隔物所形成的分隔空间中，以便完全覆盖其中的元件。在现 有技术的电源转换器中，灌封胶均匀地填充壳体并到达封盖，与之相比，在本发明实施方案 中，填充灌封胶的分隔空间所容纳元件的高度较小，此时灌封胶会覆盖元件并在灌封胶之 上留下空隙空间。换句话讲，覆盖一个空间内的元件所需的灌封胶的量不仅根据分隔空间 内PCB的面积、还根据该分隔空间内元件的高度而变化。
[0017] 出于说明的目的，可将元件归类为不同高度的集群：A组、B组和C组。A组是最高 的元件，并包括变压器和电容器。B组是中等高度元件，并包括电感器、电阻器以及其他电气 和电子元件。C组是最低的元件，例如表面贴装器件（SMD)和集成电路（1C)芯片。高度的 分组和元件集群的数量可在必要时且可通过电源转换器的布局和设计进行选择，但通常存 在两个、三个或四个高度分组，以及一个、两个、三个、四个或五个集群。分隔物可以按任何 构型设置，只要分隔物形成分隔空间，其中灌封胶的量得以保留且在灌封胶固化前不会迁 移到闭合区域的外部即可。
[0018] 不存在将限定"类似的"高度的特定高度差，可出于方便将任何元件分到合适的 组。然而，作为非限制性实例，在第一组的最长元件短于第二组的最短元件的情况下，第一 组的最长元件和第二组的最短元件之间的差值可为3至5_。微型逆变器和小型电源转换 器元件的典型高度以及示例性的分组为如下：
[0019]

【权利要求】
1. 一种电源转换装置，包括： 具有至少一个区域的印刷电路板（PCB); 在所述PCB上的电子和电气元件，此类元件能够操作地彼此连接以用于转换电力； 一个或多个分隔物，每个分隔物具有边缘；和 灌封胶， 其特征在于每个分隔物在其边缘处与所述PCB接触，使得所述PCB的所述至少一个区 域被一个或多个分隔物围绕以形成一个或多个隔离区域，每个隔离区域在所述PCB的不同 区域之上限定分隔空间并且仅在所述与PCB的相对的一侧敞开，所述PCB的每个此类区域 支承一个或多个电子或电气兀件， 每个此类分隔空间至少部分地填充有所述灌封胶，使得所述灌封胶完全包覆位于所述 区域中的所有电子或电气元件， 并且在未被所述分隔物围绕的所述PCB的部分中，所述PCB被所述灌封胶完全覆盖，其 中在所述PCB的至少一个区域之上存在位于所述灌封胶之上的空隙，所述灌封胶覆盖所述 PCB的至少一个区域中的电子或电气元件。
2. 根据权利要求1所述的电源转换装置，其中所述分隔物通过连接方式连接到所述 PCB。
3. 根据权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于所述连接方式是粘合剂。
4. 根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于所述粘合剂是压敏粘合剂。
5. 根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于所述分隔物还包括支承部件。
6. 根据权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于所述分隔物穿过所述支承部件连 接到所述PCB。
7. 根据权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于所述分隔物通过连接方式并通过 所述支承部件连接到所述PCB。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的电源转换装置，其特征在于所述分隔物包含聚氨 酯、有机聚硅氧烷、聚异丁烯、或它们的共聚物。
9. 根据权利要求1所述的电源转换装置，所述电源转换装置为接线盒、微型逆变器、电 源优化器或发光二极管转换器。
10. -种光伏设备，包括根据权利要求1所述的电源转换装置。
11. 一种制造电源装置的方法，所述方法包括以下步骤： a) 将电气和电子元件与印刷电路板（PCB)可操作地组装在一起以用于转换电力，从而 获得初级组装的转换器元件，所述PCB具有至少一个区域； b) 通过将分隔物每个边缘连接到所述PCB的连接方式将一个或多个各具有边缘的分 隔物可操作地连接到所述组装的转换器元件的PCB，从而形成限定一个或多个分隔空间的 一个或多个分隔区域，每个分隔区域仅在所述与PCB的相对的一侧敞开，从而获得二级组 装的转换器部元件； c) 将所述二级组装的转换器元件放置到壳体中； d) 将灌封胶分配到所述二级组装的转换器元件的每个分隔空间中，以完全包覆在所述 分隔空间中的所有电气和电子元件； e) 分配所述灌封胶以完全包覆所述二级组装的转换器元件的PCB的剩余部分；以及 f)固化所述灌封胶以获得所述电源装置，其中在所述PCB的至少一个区域之上存在 位于所述灌封胶之上的空隙，所述灌封胶覆盖所述PCB的至少一个区域中的电子或电气元 件。
【文档编号】H05K3/00GK104065248SQ201310092846
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】邹鲁, 金弘燮, K·R·拉森, N·L·莫里斯 申请人:道康宁(中国)投资有限公司, 陶氏康宁公司