开关电源制造技术

本发明专利技术涉及一种开关电源，它具有变压器（１），该变压器包括至少一个初级绕组，该绕组可以通过开关元件（４）连接在直流电压上，该变压器还包括至少一个次级绕组，它可以通过包括至少一个二极管（２）的整流器电路连接在负载上，其中所述开关电源包括至少一个压电风扇（８），它在变压器（１）和／或开关元件（４）和／或二极管（２）上引起气流。产生的气流可以有目的地偏转到要被冷却的组件上，其中使气流量总体上保持较小，由此不会由于空气颗粒引起脏污。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种开关电源，它具有变压器，该变压器包括至少一个 初级绕组，该初级绕組可以通过开关元件连接在直流电压上，并且该变 压器还包括至少一个次级绕組，该次级绕组可以通过包括至少一个二极 管的整流器电路连接在负载上。
技术介绍
已知不同形式的开关电源，它们用于使电负载连接在电网或电源 上。例如区分不同的开关电源，它们作为闭塞变流器、推挽变流器或磁 通变流器等工作。通过变压器使电能从初级侧传递到次级侧。在此使施 加在初级侧上的电压利用开关元件发出脉冲，其中脉冲频率对应于电源 频率的数倍。由于脉冲频率较高，可以使变压器相应较小地构成。在此要注意，在开关电源的组件中产生热量，它必需通过适合的措 施排出，从而使单个组件的温度达到低的临界值。此外可以通过开关电 源所传递的功率取决于单个组件的温度。尤其要注意在变压器内、在开关元件内和在次级侧的整流器二极管内产生热量。按照现有技术已知不同的方法用于导出在开关电源中产生的热量。 在此要考虑要消耗的用于使可能存在的冷却装置运行的能量。例如US 2003/0107卯7描述了一种开关电源，它利用开关元件的寄 生能量驱动通风^L。但是，按照现有技术已知的利用风扇提高开关电源外壳内的冷却气 流量是有缺陷的，设置在外壳内的组件由于空气中的各种颗粒快速脏 污。这可能对功能性产生不利影响，因此通常在外壳的通风入口上设置 灰尘过滤器。但是这导致增加维护费用，因为这种灰尘过滤器必需定期 更换。4姿照现有技术，开关电源为了冷却通常利用自然空气对流。在此在 开关电源外壳内设置通风孔，穿过通风孔使加热的空气向上逸出并使新 鲜空气从下面流入。在外壳内部产生热量的组件的布置通常顺应于产生的流体特性。在JP 2001 095 233中例如描述了多个换流器模块在开关电 源外壳内部的布置。较高功率的换流器模块通过这种布置比较低功率的 换流器模块更好地冷却。附加地可以设置冷却体，它们与要被冷却的组件热连接并且将热量 排到外界。例如JP 2005 033 088描述了冷却筋结构，它们从外壳伸出来 并从而使热量从开关电源组件排到周围。其它已知的用于冷却开关电源的措施涉及产生热量的单个组件的 形状结构。在US 2004/0080393中公开了 一种用于安装在开关电源内的 环形变压器，在该变压器中绕组材料有利于排出热量。在JP 2006041314 Al中也描迷了 一种用于开关电源内的变压器的 特殊的绕组材料结构。在此变压器的次级绕组由热管构成，从而在微小 对流时也能够实现良好排出热量。但是在此要注意在设计变压器时的结 构费用和局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是，对于开关电源提供一种用于冷却产生热量的组件 的方案，其中要使结构费用、维护费用和能耗微少，其中不产生由于太 大的冷却气流量而引起脏污。按照本专利技术这个目的通过上述形式的开关电源得以实现，其中所述 开关电源包括至少一个压电风扇，它在变压器和/或开关元件和/或二极 管上引起气流。用于安装在开关电源内的压电风扇的优点在于这种功能原理；产生 的气流可以有针对性地偏转到要被冷却的组件上，其中使气流量总体上 保持微少，从而也不产生由于空气中的脏污颗粒引起的污染。此外压电 风扇只消耗非常少的能量，因此对于开关电源效率的影响微小到可以忽略。与通风机不同，对于压电风扇不存在限制使用寿命的轴承也无需空 气过滤器，因此按照本专利技术的开关电源基本上是无需维护的。压电风扇 的简单结构还允许在开关电源内部实现简单的结构布置。在本专利技术的有利结构中，为了控制开关元件和所述至少一个压电风 扇而设有微控制器。这个微控制器可以通过简单的方式用于转换不同的 控制要求。本专利技术的另 一有利方案规定，所述至少 一个压电风扇由基本呈带状 的叶片构成，其中叶片的一端设置成自由振动，叶片的另一端固定在支 架内，并且使叶片导电地与控制单元连接。这种压电风扇已经能以可靠 的质量在市场上得到，并且可以以简单方式装配。此外有利的是，所述开关电源包括偶数的压电风扇，它们以这种方 式设置，使叶片自由振动端部的惯性力在叶片镜像反转地同步激励时被 抵消。由此进一步降低对压电风扇在开关电源内部固定的结构要求，因 为省去具有奇数叶片数量的用于避免振动所需的支架体质量。也有利的是，所述至少 一 个压电风扇的支架与变压器刚性地连接。 由此一方面利用变压器质量用于避免振动，另一方面使气流直接导引到 作为热关键的结构部件之一的变压器上。以相同的方式有利的是，使所述至少一个压电风扇的支架与设置在 开关电源内的冷却体刚性地连接。在这个方案中，冷却体作为压电风扇 的平衡质量并通过产生的气流直接冷却。同样将与冷却体处于热接触的 开关元件冷却。对于运行按照本专利技术的开关电源的方法有利的是，利用控制信号使 所述至少一个压电风扇以预定的激励频率置于振动。通过这种方式可靠 地保证，由压电风扇产生的气流可以随时匹配于开关电源内的热状态。在此有利的是，利用微控制器形成控制信号。开关电源通常具有可 编程的微控制器，它可以无需附加硬件费用地用于产生适合的压电风扇 控制信号。此外有利的是，产生正弦信号作为控制信号。开关电源的微控制器 根据其功能作为控制单元对于具有正弦形电流消耗的开关电源尤其适用于产生正弦信号，例如利用D/A转换器或者作为平滑的或滤波的 PWM信号。叶片的机械振动形式也是基本正弦形的，因此正弦形控制 信号使叶片的机械应力保持微小。因此开关电源特别适合于使用压电风扇。本方法的有利方案还规定，根据激励频率利用微控制器检测所述至 少 一个压电风扇的功率消耗，由此在最大功率消耗时识别出谐振频率。 因为谐振频率对于每个单个的压电风扇可以轻松地改变，通过这种方法 保证，安装在开关电源中的压电风扇的谐振频率作为控制参数供使用。在此有利的是，在运行期间通过步进地改变激励频率，使由于环境影响例如环境温度所引起的变化的谐振频率在预定的时间间隔中重新 设定，并且在开关电源投入运行时，将最后设定的谐振频率规定作为激 励频率。用于适配于谐振频率的预定的时间间隔可以非常地短，由此使 压电风扇在环境条件变化时持续地以最大功率消耗运行。此外有利的是，对于预定的激励频率和从属的误差值(为了考虑变 化的环境条件)给微控制器编程写入在所述至少 一 个压电风扇的叶片无 损坏的自由振动的情况下所检测出的功率值，并且在运行期间，使控制 信号的频率以预定的时间间隔变化，由此识别出变化的谐振频率。由此 在微控制器中立刻识别出压电风扇的谐振频率变化超出误差边界，这通 常由于叶片裂紋或者碰撞异物所引起。由此提供前提条件，在开关电源 的结构部件受到损伤之前，使开关电源在压电风扇的临界状态下断开， 并且可以将结果发出信号给维护或操作人员。附图说明下面借助于附图以示例的方式详细描述本专利技术。附图中图1示出开关电源元件相对于压电风扇8的布置，图2示出压电风扇8在冷却体5a上的布置，图3示出压电风扇8在变压器1上的布置，图4示出在图3中所示的布置的A视图，图5示出按照在图3中所示布置的线圏体12,图6示出压电风扇8在变压器1上的备选的布置，图7示出按照图6所示的布置的线圈体12a,图8示出压电风扇8在变压器1上的另一备选布置，图9示出按照图8所示布置的线圈体12b,图IO示出两个压电风扇8在块本文档来自技高网...

【技术保护点】
开关电源，具有变压器（１），该变压器包括至少一个初级绕组，该初级绕组能够通过开关元件（４）连接在直流电压上，并且所述变压器还包括至少一个次级绕组，该次级绕组能够通过包括至少一个二极管（２）的整流器电路连接在负载上，其特征在于，所述开关电源包括至少一个压电风扇（８），该压电风扇在变压器（１）和／或开关元件（４）和／或二极管（２）上引起气流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2006-10-4 102006046982.81. 开关电源，具有变压器(1)，该变压器包括至少一个初级绕组，该初级绕组能够通过开关元件(4)连接在直流电压上，并且所述变压器还包括至少一个次级绕组，该次级绕组能够通过包括至少一个二极管(2)的整流器电路连接在负载上，其特征在于，所述开关电源包括至少一个压电风扇(8)，该压电风扇在变压器(1)和/或开关元件(4)和/或二极管(2)上引起气流。2. 如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，利用微处理器控制 所述开关元件和至少一个压电风扇。3. 如权利要求1或2所述的开关电源，其特征在于，所述至少一个 压电风扇(8)由基本呈带状的叶片(10)这样构成，使得叶片的一端自由振动地设置，而叶片的另一端固定在支架(9)内；并且所述叶片 导电地与控制单元连接。4. 如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源包括 偶数的压电风扇(8),该压电风扇以这种方式布置，使得叶片(10) 的自由振动端部的惯性力在叶片(10)镜像反转地同步激励时被抵消。5. 如权利要求3或4所述的开关电源，其特征在于，所述至少一个 压电风扇(8)的支架与变压器(1)刚性地连接。6. 如权利要求3或...

【专利技术属性】
技术研发人员：B埃克霍纳，H施韦格特，
申请(专利权)人：奥地利西门子公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]