Планарный индуктивный элемент и способ отвода тепла от его обмоток

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания в качестве способа отвода тепла от обмоток в планарном индуктивном элементе (ПИЭ). Технический результат - обеспечение эффективного отвода тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в многослойной печатной плате (МПП), за счет сокращения длины теплового пути и уменьшения теплового сопротивления между обмотками и окружающей средой. Достигается тем, что отвод тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в МПП, осуществляется путем формирования на поверхности МПП контактных площадок; выполнением соединения контактных площадок с концами обмоток; установкой на контактные площадки разных обмоток токопроводящего теплоотводящего элемента (ТТЭ), причем передача тепла от обмоток осуществляется путем обеспечения теплового контакта поверхности ТТЭ с теплорассеивающим элементом (ТЭ). 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания (далее ИВЭ) в качестве способа отвода тепла от обмоток в планарном индуктивном элементе.

Уровень техники

При построении ИВЭ существенным конструктивным элементом является силовой разделительный трансформатор и/или силовой дроссель (далее индуктивные элементы (ИЭ)). В настоящее время в связи с миниатюризацией ИВЭ взамен обычных ИЭ с проволочной намоткой, как правило, используются малогабаритные планарные индуктивные элементы (далее ПИЭ). При изготовлении ПИЭ, например, методом многослойной печатной платы (далее МПП), трудоемкость изготовления ИВЭ резко уменьшается, появляется повторяемость, увеличивается надежность. Вместе с тем появляются и отрицательные эффекты в виде большой номенклатуры МПП для различных исполнений ИВЭ по входному и выходному напряжению, одноканальных и многоканальных ИВЭ в сравнении с изготовлением обычных ИЭ с проволочной намоткой.

Помимо этого ПИЭ, являясь одним из наиболее теплонагруженных элементов ИВЭ вследствие протекающих в обмотках больших токов, требует организации эффективного отвода тепла.

Известно устройство (патент US 6222733 «Device and method for cooling a planar inducton», дата приоритета от 27.05.1997 г., МПК H01F 27/22), в котором отвод тепла от планарного трансформатора осуществляется с помощью адгезива, которым сердечник крепится к корпусу устройства.

Недостатком данного устройства является то, что тепло отводится только от сердечника планарного трансформатора.

Известно устройство (патент RU 137172 «Паяный контакт», дата приоритета 14.02.2013 г., МПК H05K 3/34, H05K 1/14, H05K 1/18, H05K 7/20), в котором решается задача отвода тепла от обмоток в месте соединения трансформатора с основной печатной платой.

К недостаткам данного устройства относится возможность отвода тепла от обмоток трансформатора только в случае его исполнения отдельным блоком.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведен чертеж, поясняющий способ отвода тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в многослойной печатной плате.

На фиг. 2 приведено схематичное изображение устройства, осуществляющего способ отвода тепла с поперечным (А-А) и продольным (Б-Б) его сечениями.

На фиг. 3 приведено изображение, поясняющее способ отвода тепла от обмоток ПИЭ на примере многообмоточного планарного трансформатора, на основе МПП.

Сущность изобретения

Технический результат заключается в обеспечении эффективного отвода тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в МПП.

Данный технический результат достигается за счет предложенного в изобретении способа (фиг. 1), заключающегося в обеспечении отвода тепла от обмоток ПИЭ (3а, 3b), расположенных в МПП (4), путем формирования на поверхности МПП контактных площадок (2а, 2b); выполнением соединения контактных площадок с концами обмоток; установкой на контактные площадки разных обмоток токопроводящего теплоотводящего элемента (ТТЭ) (1), причем передача тепла от обмоток осуществляется путем обеспечения теплового контакта поверхности ТТЭ с теплорассеивающим элементом (ТЭ) (5).

Описанный способ реализуется ПИЭ, содержащим по крайней мере две обмотки (3), расположенные в МПП (4); контактные площадки (2а, 2b), расположенные на поверхности МПП и имеющие контакт с концами обмоток (6); ТТЭ (1), соединяющий контактные площадки разных обмоток, причем ТТЭ имеет поверхность, сопряженную с ТЭ (5).

Сопоставительный анализ с аналогами показывает, что заявляемое устройство отличается уменьшением количества элементов тепловой цепи между обмотками ПИЭ и ТЭ посредством соединения контактных площадок витков ПИЭ, расположенных на поверхности МПП, с помощью ТТЭ и обеспечения теплового контакта ТТЭ с ТЭ. Таким образом, тепло на теплорассеивающий элемент (например, корпус ИВЭ или радиатор) отводится непосредственно от обмоток ПИЭ и заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».

Сущность заявляемого способа поясняется на примере ПИЭ в виде многообмоточного планарного трансформатора на основе МПП (фиг. 3).

Отдельные витки ПИЭ (3а, 3b), расположенные внутри МПП (4), соединяются между собой, образуя обмотки трансформатора. Обмотки выполняются разомкнутыми и их концы соединяются с контактными площадками (2а, 2b), расположенными на поверхности МПП, например, с помощью металлизированных отверстий (6). На данные контактные площадки разных разомкнутых обмоток ПИЭ устанавливается ТТЭ (1) (например, медная перемычка в форме параллелепипеда), обеспечивая параллельное и/или последовательное их соединение. При этом ТТЭ становится частью соединяемых обмоток, обеспечивая протекание по ним электрического тока, и участвует в распределении тепла, генерируемого обмотками. Таким образом появляется возможность обеспечить отвод тепла непосредственно от обмоток через ТТЭ путем создания теплового контакта части поверхности ТТЭ с ТЭ (5) (например, корпусом ИВЭ или радиатором).

Таким образом, тепло, генерируемое в обмотках ПИЭ, непосредственно передается на теплорассеивающий элемент, сокращается длина теплового пути и уменьшается тепловое сопротивление между обмотками и окружающей средой.

Площадь сечения ТТЭ выбирается исходя из величины тока, протекающего через коммутируемые обмотки ПИЭ.

Площадь соприкосновения ТТЭ с коммутирующими контактными площадками ПИЭ и с теплорассеивающим элементом выполняется максимально возможной для обеспечения минимального электрического и теплового сопротивления соответственно.

При выполнении теплорассеивающего элемента из токопроводящего материала между ним и ТТЭ располагается прокладка из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью.

ТТЭ крепится на коммутирующие контактные площадки ПИЭ любым известным образом (например, пайкой).

Обмотки ПИЭ могут соединяться с помощью ТТЭ для получения как одной обмотки при формировании дросселя, так и для получения нескольких, при формировании первичных и вторичных обмоток трансформатора в необходимых конфигурациях.

Такое техническое решение, расположение ТТЭ непосредственно на контактных площадках обмоток и наличие у него теплового контакта с ТЭ, обеспечивает эффективный отвод тепла от обмоток на ТЭ.

Экспериментальные данные подтвердили эффективность использования ТТЭ для коммутации и отвода тепла от обмоток ПИЭ. Так, например, для ИВЭ мощностью 100 Вт перегрев ПИЭ, выполненного на основе МПП, снизился с 35°C до 25°C, что позволило освоить выпуск ИВЭ с рабочей температурой корпуса до +125°C.

Предлагаемое устройство, реализующее способ отвода тепла ПИЭ изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию «промышленная применимость».

1. Способ отвода тепла планарного индуктивного элемента, заключающийся в обеспечении отвода тепла от обмоток планарного индуктивного элемента, расположенных в многослойной печатной плате, путем формирования на поверхности многослойной печатной платы контактных площадок, выполнением соединения контактных площадок с концами обмоток, установкой на контактные площадки разных обмоток токопроводящего теплоотводящего элемента, отличающийся тем, что передача тепла от обмоток осуществляется путем обеспечения теплового контакта поверхности токопроводящего теплоотводящего элемента с теплорассеивающим элементом.

2. Планарный индуктивный элемент, содержащий по крайней мере две обмотки, расположенные в многослойной печатной плате, контактные площадки, расположенные на поверхности многослойной печатной платы и имеющие контакт с концами обмоток, токопроводящий теплоотводящий элемент, соединяющий контактные площадки разных обмоток, отличающийся тем, что токопроводящий теплоотводящий элемент имеет поверхность, сопряженную с теплорассеивающим элементом.

3. Планарный индуктивный элемент по п. 2, отличающийся тем, что в случае исполнения теплорассеивающего элемента из токопроводящего материала тепловой контакт осуществляется через диэлектрическую прокладку с высоким коэффициентом теплопроводности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к шумоподавляющему корпусу для электронного оборудования и способу его изготовления. Технический результат - снижение шума с одновременным улучшением теплообмена оборудования - достигается тем, что корпус для подавления шума, создаваемого внутри него, содержит конструкцию, задающую внутреннюю камеру, имеющую вентиляционные отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха.

Изобретение относится к устройствам для переноса тепла, созданного в электронном устройстве. Техническим результатом является повышение эффективности отвода тепла от электронного устройства.

Группа изобретений относится к базовым элементам светотехнических безламповых устройств на основе светодиодов и к способам изготовления таких элементов. Технический результат - повышение эффективности отвода тепла от светодиодов, увеличение устойчивости блока к ударным и вибрационным нагрузкам, надежность работы при разогреве до высоких температур, уменьшение энергоемкости и материалоемкости производства, исключение экологически вредных отходов и испарений, присущих классической толстопленочной технологии.

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - повышение эффективности охлаждения корпуса и модулей радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к системам охлаждения и термостатирования с жидким теплоносителем. Технический результат - повышение энергетической эффективности системы жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора за счет исключения необходимости использования внешнего водоподъемного устройства для подачи охлаждающей среды через тепловоспринимающий элемент системы.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическому оборудованию, работающему во взрывоопасной атмосфере. Технический результат состоит в повышении надежности за счет создания защиты от воспламенения и расширения диапазона окружающей атмосферы.

Изобретение относится к системам охлаждения Центров хранения и обработки данных. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения Центров хранения и обработки данных.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат - повышение эффективности охлаждения нагревающихся электронных компонентов, увеличение плотности установки вычислительных узлов, обеспечение функционирования серверной фермы при отрицательных температурах окружающей среды, а также сохранение эффективности охлаждения и экономии электроэнергии при установке неполного количества вычислительных узлов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания объектов на электромагнитную совместимость с одновременными электромагнитным и климатическим воздействиями на объект испытания.

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода, например к способам охлаждения компьютерного процессора. Цель изобретения - улучшение процесса охлаждения тепловыделяющих электронных компонентов.

Изобретение относится к способу внутреннего монтажа электронных компонентов (ЭК) для создания планарных радиоэлектронных узлов (РУ) на основе гибко-жестких плат. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности планарных РУ, создание надежной коммутации трех и более слоев платы, увеличение процента выхода годных узлов.

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к производству многослойных печатных плат (МПП) с высокой плотностью размещения элементов. Технический результат - снижение плотности межсоединений при изготовлении МПП.
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при изготовлении радиоэлектронной техники. Технический результат - получение печатных плат с использованием безсвинцовых припоев с исключением использования дорогостоящего палладия, повышение надежности и увеличение срока эксплуатации печатных плат.

Изобретение относится к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей на основе печатных плат с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - создание способа производства максимально компактных, надежных, быстродействующих и более экономичных в изготовлении электронных узлов радиоэлектронной аппаратуры за счет отсутствия процессов пайки и сварки в изготовлении электронных узлов.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для поверхностного монтажа микроэлектронных компонентов в многокристальные модули, микросборки и модули с внутренним монтажом компонентов.
Изобретение может быть использовано при изготовлении гибких микропечатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к сборке и монтажу печатных плат. Основание для сборки печатных плат используется при производстве работ сборки и монтажа печатных плат.

Изобретение относится к технике электрического печатного монтажа, в частности к конструкциям печатных плат для средств автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение качества защиты печатных плат от воздействия ЭМП, обеспечение улучшения электромагнитной совместимости печатной платы с другими устройствами.

Изобретение относится к способам изготовления печатных плат и может быть использовано при изготовлении печатных плат для электронных схем и полупроводниковых приборов.
Изобретение относится к области приборостроения и радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких печатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления и других изделий.
Изобретение относится к конструкциям и способам изготовления монтажных плат. Технический результат - повышение плотности монтажа, упрощение проектирования, облегчение процесса разводки и трассировки проводников, обеспечение простоты изготовления, повышение надежности, повышение проводимости проводников и помехоустойчивости, уменьшение энергопотребления, улучшение соединения с выводами компонентов, уменьшение себестоимости изготовления, снижение вредности производства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания в качестве способа отвода тепла от обмоток в планарном индуктивном элементе. Технический результат - обеспечение эффективного отвода тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в многослойной печатной плате, за счет сокращения длины теплового пути и уменьшения теплового сопротивления между обмотками и окружающей средой. Достигается тем, что отвод тепла от обмоток ПИЭ, расположенных в МПП, осуществляется путем формирования на поверхности МПП контактных площадок; выполнением соединения контактных площадок с концами обмоток; установкой на контактные площадки разных обмоток токопроводящего теплоотводящего элемента, причем передача тепла от обмоток осуществляется путем обеспечения теплового контакта поверхности ТТЭ с теплорассеивающим элементом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх