具有集成多层冷却的功率转换器制造技术

功率转换器包括集成多层冷却结构。功率转换器包括以大体竖直布置堆叠在一起的多个印刷电路板(PCB)。液体冷却机构附接至最下部PCB，并且高损耗电路部件附接至最下部PCB的相对侧。低损耗电路部件附接至另外的PCB。磁性部件可以附接至另外的PCB。高损耗部件通过液体冷却机构进行主动冷却，并且低损耗部件和磁性部件进行被动冷却。液体冷却机构可以是冷板散热器。功率转换器可以包括设置在最上部PCB与最下部PCB之间的中间PCB，其中低损耗电路部件附接至中间PCB。附接至中间PCB。附接至中间PCB。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成多层冷却的功率转换器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本PCT国际专利申请要求于2019年1月24日提交的题为“Integrated Multi
‑
Layer Cooling(IMLC)”的美国临时专利申请序列第62/796,392号的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开内容涉及印刷电路板。更具体地，本公开内容涉及用于具有印刷电路板的功率转换器的冷却机构。

技术介绍

[0004]当今的功率转换器的任务是针对一系列不同的输出条件以更小的尺寸实现更大的功率。满足该需求的主要限制是热耗散。随着转换器和各个电子部件的整体尺寸减小，这些部件的损耗增加并且可用于耗散热量的表面积减少。损耗增加和表面积减少的结合对转换器的热设计提出了艰巨的挑战。
[0005]功率转换器使用不同的冷却解决方案来实现设计的热要求。通常地，功率转换器由一个印刷电路板(PCB)组成，印刷电路板具有焊接至所述板的顶侧的电子部件和磁性部件。这些部件通常在顶侧上使用散热器进行冷却，或者在底侧上通过到散热器的PCB进行冷却。已经开发了不同的创新来改进这种设计并且使来自装置的热耗散增加。
[0006]现有解决方案集中在改进现有冷却方法以改进现有电子装置的热性能。在一个示例中，冷却剂泵兼作用于冷却单元的散热器。
[0007]在另一示例中，实现不同的铜冷板散热器技术。在另一示例中，解决了热膨胀以维持液体冷却回路的长期寿命。
[0008]研究还集中在使用不同的冷却剂来改进散热。或者研究专门集中在改进冷却或PCB设计上。
[0009]鉴于以上，可以对PCB的构造和相关冷却机构进行改进来实现高效和优化的热性能，同时还减小整体装置体积。

技术实现思路

[0010]本公开内容的目的在于提供一种具有小装置体积的PCB结构。
[0011]本公开内容的目的在于提供一种用于PCB结构的冷却机构，该冷却机构有效地冷却PCB。
[0012]本公开内容的另一目的在于提供一种具有集成冷却机构的PCB，该集成冷却机构提高了冷却性能并且减小了装置体积。
[0013]所提出的集成多层冷却(IMLC)结构旨在改进冷却和PCB设计两者以在使装置体积最小化的同时实现最佳热性能。
[0014]在一个方面，提供了一种功率转换器。该功率转换器包括：至少一个印刷电路板
(PCB)，该至少一个印刷电路板(PCB)包括第一PCB；安装至至少一个PCB的多个电路部件；以及安装至第一PCB的液体冷却机构。多个电路部件包括高损耗电路部件和低损耗电路部件。高损耗电路部件相对于低损耗电路部件具有较高的损耗。高损耗电路部件附接至第一PCB。液体冷却机构可操作成至少主动冷却安装至第一PCB的高损耗电路部件。高损耗电路部件安装至PCB相对于液体冷却机构的相对侧。
[0015]在一个方面，至少一个PCB还包括附接至第一PCB的第二PCB，其中，第二PCB相对于第一PCB竖直设置。
[0016]在一个方面，低损耗电路部件附接至第二PCB。
[0017]在一个方面，功率转换器还包括将第一PCB连接至第二PCB的多个连接杆。
[0018]在一个方面，连接杆是铜的并且将第一PCB电连接至第二PCB。
[0019]在一个方面，第一PCB是最下部PCB并且第二PCB是最上部PCB，最下部PCB设置在最上部PCB的下方，其中，液体冷却机构附接至最下部PCB的底部表面并且高损耗电路部件附接至最下部PCB的上表面。
[0020]在一个方面，低损耗电路部件附接至最上部PCB。
[0021]在一个方面，功率转换器包括附接至最上部PCB的磁性部件。
[0022]在一个方面，磁性部件附接至最上部PCB的上表面并且低损耗电路部件附接至最上部PCB的下表面。
[0023]在一个方面，低损耗电路部件附接至最上部PCB的上表面和下表面两者。
[0024]在一个方面，功率转换器包括设置在最上部PCB与最下部PCB之间的至少一个中间PCB。
[0025]在一个方面，低损耗电路部件附接至中间PCB的上表面或下表面中的至少一个，并且磁性部件附接至最上部PCB的上表面。
[0026]在一个方面，液体冷却机构是具有入口和出口的冷板散热器，该冷板散热器被配置成使冷却剂循环通过该冷板散热器并且将热量从高损耗电路部件传递至液体冷却剂。
[0027]在另一方面，提供了一种冷却功率转换器的方法。该方法包括：操作功率转换器，其中，功率转换器包括：经由多个连接杆连接的多个印刷电路板(PCB)，所述多个PCB包括最下部PCB和最上部PCB；附接至最下部PCB的液体冷却机构；附接至最下部PCB的高损耗电路部件；以及附接至多个印刷电路板中的一个的低损耗电路部件。
[0028]该方法包括经由液体冷却机构主动冷却高损耗电路部件以及被动冷却低损耗电路部件。
[0029]在一个方面，主动冷却高损耗电路部件的步骤包括使冷却剂循环通过液体冷却机构并且将热量从高损耗电路部件传递至冷却剂。
附图说明
[0030]本专利技术的其他优点将容易理解，因为当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述可以更好地理解本专利技术的其他优点，在附图中：
[0031]图1是包括功率转换器的用于车辆的配电系统的示意图；
[0032]图2是具有两个印刷电路板(PCB)层的集成多层转换器(IMLC)结构的示意图；
[0033]图3是具有多于两个PCB层的IMLC结构的另一方面的示意图；
[0034]图4是经由从安装至底部PCB层的高损耗电路部件到冷板散热器的热传递进行主动冷却的示意图；
[0035]图5示出了用于冷却PCB的模拟结果；
[0036]图6示出了用于验证模拟结果的实验装备；
[0037]图7示出了在没有进行主动液体冷却的情况下的PCB温度的实验结果；
[0038]图8至图10示出了在进行主动液体冷却的情况下的PCB温度的实验结果；
[0039]图11示出了单层PCB与两层PCB结构之间的比较；以及
[0040]图12示出了实验结果的表格总结。
具体实施方式
[0041]图1是示出具有多个车轮14的机动车辆12的配电系统10的示意图。配电系统10包括高压(HV)总线20，该高压(HV)总线20连接至HV电池22以向马达24供电，马达24被配置成驱动车轮14中的一个或更多个。HV总线20可以具有250VDC至430VDC的标称电压，但是可以使用其他电压。马达24经由诸如变频交流(AC)驱动器的牵引转换器26和高压DC
‑
DC转换器28被供给电力。高压DC
‑
DC转换器(HDC)28向牵引转换器26供给经滤波和/或调节的DC电力，其具有可以大于、小于或等于HV总线20的DC电压的电压。低压DC
‑
DC转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率转换器，包括：至少一个印刷电路板(PCB)，所述至少一个印刷电路板(PCB)包括第一PCB；安装至所述至少一个PCB的多个电路部件；安装至所述第一PCB的液体冷却机构；其中，所述多个电路部件包括高损耗电路部件和低损耗电路部件，其中，所述高损耗电路部件相对于所述低损耗电路部件具有较高的损耗，其中，所述高损耗电路部件附接至所述第一PCB；其中，所述液体冷却机构能够操作成至少主动冷却安装至所述第一PCB的高损耗电路部件，其中，所述高损耗电路部件安装至所述PCB相对于所述液体冷却机构的相对侧。2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述至少一个PCB还包括附接至所述第一PCB的第二PCB，其中，所述第二PCB相对于所述第一PCB竖直设置。3.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，所述低损耗电路部件附接至所述第二PCB。4.根据权利要求2所述的功率转换器，还包括将所述第一PCB连接至所述第二PCB的多个连接杆。5.根据权利要求4所述的功率转换器，其中，所述连接杆是铜的并且将所述第一PCB电连接至所述第二PCB。6.根据权利要求3所述的功率转换器，其中，所述第一PCB是最下部PCB并且所述第二PCB是最上部PCB，所述最下部PCB设置在所述最上部PCB的下方，其中，所述液体冷却机构附接至所述最下部PCB的底部表面并且所述高损耗电路部件附接至所述最下部PCB的上表面。7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中，所述低损耗电路部件附接至所述最上部PCB。8.根据权利要求7所述的功率转换器，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈扬，刘文搏，安德鲁，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：