БЛОК СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА

Полезная модель относится к электрическим блокам с корпусами, облегчающими охлаждение, и может быть использована в стабилизаторах напряжения инверторного типа.
Известен модуль силовой выпрямительный, обеспечивающий преобразование переменного тока промышленной частоты в постоянный, имеющий корпус с основанием, крышкой и боковыми стенками, и систему охлаждения с вентилятором, корпус модуля выполнен герметичным и собирающимся из основания, крышки, передней, задней и боковых стенок (См. RU 2593461 С1).
Недостатками известного решения являются сложность конструкции и невозможность использования принципов естественного охлаждения.
Известен радиоэлектронный блок, содержащий тепловыделяющие радиоэлементы, расположенные друг над другом печатные платы с функциональными узлами, закрепленные в корпусе распорками и металлическими перегородками, каждая металлическая перегородка выполнена в виде двух щеток (См. RU 2248108 С2).
Недостатками известного решения являются избыточная сложность конструкции, низкая эффективность отвода тепла из-за наличия множества перегородок, препятствующих свободной циркуляции потоков воздуха и отсутствия оптимальной компоновки, способствующей формированию мощного конвекционного потока.
Известно устройство естественного воздушного охлаждения электротехнического оборудования, расположенного в шкафу с отсеками, содержащее основной воздушный тракт, образованный отверстиями в стенке шкафа для входа воздуха в нижний отсек и отверстием для выхода нагретого воздуха в верхней части шкафа, перегородкой между отсеками, расположенной с некоторым уклоном, и вертикальным экраном, установленными над нижним отсеком, кроме того, устройство снабжено дополнительным воздушным трактом, образованным отверстиями в стенке шкафа для входа воздуха в верхний отсек и направляющим щитом, установленным с некоторым уклоном, над вертикальным экраном и на некотором расстоянии, образуя выходное отверстие для соединения дополнительного и основного воздушных трактов (См. RU 114399 U1).
Недостатками известного решения являются трудность или даже невозможность реализации двухпотокового охлаждения в малогабаритных корпусах с более высокой плотностью компоновки нежели это есть в электротехнических шкафах. При этом наличие перегородок между отсеками снижает эффективность теплоотвода. Кроме того, основной поток нагретого воздуха на своем длинном пути неизбежно отдает тепло «холодным» компонентам внутри корпуса, что может ухудшить тепловой режим работы устройства в целом.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является электронный блок управления, имеющий расположенную в закрытом корпусе печатную плату с электрическими и/или электронными схемными элементами и по меньшей мере один расположенный на этом корпусе штекерный разъем, частично заделанные в материал корпуса контакт-детали которого электрически соединены с указанной печатной платой, корпус имеет изготовленную в виде отливки литьем под давлением рамочную корпусную деталь с открытыми верхней и нижней сторонами, в материал которой частично залиты или заделаны образованные по меньшей мере одной штампованной решеткой металлические пластинчатые проводники, при этом рамочная корпусная деталь с нижней стороны закрыта служащим в качестве теплоотвода металлическим донным элементом, а с верхней стороны закрыта крышкой и между донным элементом и печатной платой расположены мощные схемные элементы, контактные выводы которых электрически соединены с печатной платой и/или с пластинчатыми проводниками и нижние стороны которых, образованные охлаждающими пластинками и обратные по отношению к печатной плате, соединены с обеспечением теплопроводного контакта с указанным металлическим донным элементом (См. RU 2248683 С2).
Известное решение относится к блокам управления. Частным случаем управления является управление выходным напряжением. Известное решение содержит корпус, внутри которого находится плата, мощные схемные элементы, охлаждающие пластины, например, радиаторные, а также другие схемные элементы и может быть использовано в качестве электронного блока стабилизации напряжения, однако обладает следующими недостатками.
Корпус представляет собой излишне сложную конструкцию, состоящую, как минимум, из трех раздельных элементов, которые должны быть соединены между собой, а именно две крышки и рамочную корпусную деталь. Необходимость сборки избыточно большого количества деталей корпуса снижает технологичность производства, а также наличие большого количества соединяемых между собой деталей корпуса ухудшает жесткость конструкции.
Другим недостатком известного решения является низкая эффективность охлаждения, ограниченная лишь возможностями теплоотвода посредством металлического донного элемента.
Техническим результатом является повышение эффективности теплоотвода за счет возможности использования конвекционных потоков воздуха для охлаждения тепловыделяющих компонентов.
Указанный результат достигается тем. что блок стабилизатора напряжения инверторного типа, содержащий корпус с по меньшей мере, одним, разъемом и печатной платой с установленными на ней схемными элементами, корпус состоит из двух цельных металлических деталей, представляющих собой изогнутые пластины: основание с нижней и верхней стенками и крышку с боковыми стенками, плата ориентирована внутри корпуса вертикально, вдоль передней стенки, мощные схемные элементы с, по меньшей мере одним радиатором, размещены в верхней части корпуса, в непосредственной близости от его верхней стенки, а по меньшей мере, один разъем установлен в нижней части корпуса, нижняя и верхняя стенки корпуса выполнены перфорированными.
Кроме того, - корпус выполнен в виде параллелепипеда с прямоугольным основанием;
- торцевые части боковых стенок являются опорой взаимного расположения основания и крышки;
- на крышке установлены элементы управления и визуального контроля.
Блок стабилизатора напряжения инверторного типа поясняется с помощью чертежей, где на Фиг. 1 показан общий вид крышки блока стабилизатора напряжения инверторного типа, на Фиг. 2 - общий вид основания, на Фиг. 3 - вид крышки изнутри, с установленной налей платой, на Фиг. 4 - пример функциональной схемы блока стабилизатора напряжения инверторного типа, на Фиг. 5 - общий вид кронштейна для крепления корпуса на вертикальной поверхности, на Фиг. 6 - общий вид блока стабилизатора в собранном виде.
На чертежах сделаны следующие обозначения:
1 - крышка, 2 - основание, 3 - плата, 4 - входная клемма, 5 - входной фильтр, 6 - остальные слаботочные схемные элементы, 7 - двойной преобразователь, 8 - радиатор охлаждения мощных ключевых элементов, 9 - дроссели преобразователя, 10 - накопительный конденсатор, 11 - процессор, 12 - источник питания процессора, 13 - выходной фильтр, 14 - выходной разъем, 14 - радиатор, 15, 16 - верхняя и нижняя стенки корпуса, соответственно, 17 - боковые стенки корпуса, 18 - отверстия перфорации, 19 - кронштейн для крепления, 20 - приборы индикации и визуальной сигнализации, 21 - выключатель, 22 - отверстия перфорации в нижней части задней стенки, 23 - скос края соединяемых частей боковой стенки, ограничивающий взаимное положение основания и крышки при сборке, 24 - экранирующий корпус процессора.
Блок стабилизатора напряжения инверторного типа, содержит корпус, выполненный в виде параллелепипеда с прямоугольным основанием. Корпус состоит из крышки (Фиг. 1) и основания (Фиг. 2).
В верхней части корпуса, внутри (Фиг. 3), закреплены мощные тепловыделяющие схемные элементы - транзисторные или иные ключи, дроссели преобразователя, а также накопительный конденсатор, а в нижней части, на плате, остальные слаботочные электронные схемные элементы. В нижней части крышки закреплены выходной разъем, входная клемма и орган управления - выключатель, а на ее передней стенке размещены светодиодные элементы визуальной сигнализации. Основание и крышка выполнены из листового металла 0,5-1 мм путем его П-образного изгиба, так, что крышка имеет профиль, обеспечивающий наличие части боковых стенок, а основание имеет верхнюю и нижнюю стенки, а также частично боковые стенки.
Конструкция основания и крышки, изготовленных из цельного листового метала исключает необходимость дополнительных опорных стенок и технологических перегородок внутри корпуса. В собранном состоянии торцевые части боковых стенок основания и крышки упираются друг в друга так, что боковые стенки являются опорой для взаимного положения основания и крышки в собранном корпусе. При этом нижняя и верхняя стенки выполнены перфорированными, обеспечивающими прохождение конвекционных потоков воздуха через внутреннее пространство корпуса.
Пример функциональной схемы (Фиг. 4) блока стабилизатора напряжения инверторного типа включает последовательно соединенные входную клемму, входной фильтр, двойной преобразователь переменного в постоянное и затем в переменное напряжение, выходной фильтр и выходной разъем, а также конденсатор, процессор и источник питания процессора.
Для крепления блока на вертикальной поверхности используется кронштейн (Фиг. 5).
На внешней части корпуса (Фиг. 6) выведены приборы визуального контроля и управления.
Блок стабилизатора напряжения инверторного типа используется следующим образом.
Устройство обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в установленном диапазоне изменений напряжения питающей сети.
Вход питающей сети стабилизатора и нагрузку подключают через входные клеммы и через выходной разъем, соответственно. Выключатель обеспечивает включение и выключение устройства, Приборы визуального контроля на внешней стороне корпуса сигнализируют о текущем режиме работы устройства.
Стабилизатор инверторного типа характеризуется наличием мощных тепловыделяющих транзисторных ключей. обеспечивающих преобразование электрического напряжения постоянного тока в переменный.
Напряжение сети через входной фильтр, поступает на вход преобразователя, где преобразуется из переменного напряжения в постоянное. В конденсаторе накапливается электрический заряд, необходимый для формирования выходного переменного напряжения. Транзисторные ключи преобразователя управляются с использованием ШИМ сигнала, формируемого с помощью процессора и реализующего заданные алгоритмы преобразования.
Питание процессора обеспечивается соответствующим маломощным источником питания.
Работа транзисторных ключей в процессе формирование выходного переменного напряжения сопровождается выделением тепла на транзисторах, которое рассеивают с помощью соответствующих радиаторов. Тепло может выделяться также на дросселях преобразователя и на других потребляющих ток элементах схемы.
Корпус выполнен без внутренних перегородок корпуса, что обеспечивает возможность свободной циркуляции воздуха внутри корпуса. При этом благодаря перфорации верхней и нижней стенок корпуса обеспечивается приток в корпус холодного и выход нагретого воздуха через отверстия перфорации.
Тепловыделяющие элементы расположены в самой верхней части корпуса вследствие чего нагретый в верхней части корпуса воздух поднимаясь сразу выходит через отверстия в верхней стенке корпуса, что исключает отдачу тепла другим деталям и электронным компонентам.
Расположение верхних воздухоотводящих отверстий в самой верхней части - на верхней стенке способствует созданию максимально возможной тяги воздуха, которая затягивает холодный воздух из отверстий в нижней стенке корпуса. Поток приточного воздуха обтекает элементы платы продвигаясь снизу-вверх. Далее, двигаясь в самый вверх корпуса, воздух отбирает тепло от нагретою радиатора и выходит наружу через перфорацию верхней стенки формируя тягу.
Пластины радиатора установлены вертикально, вдоль конвекционных потоков воздуха, не создавая препятствий его движению. Также вертикально, вдоль потоков восходящего воздуха ориентирован экранирующий корпус процессора, как и корпуса других габаритных элементов на плате.
Отсутствие габаритных компонентов, таких как размещенные внизу корпуса разъемы или выключатели в пространстве между радиатором и верхней стенкой исключает перегораживание потоков нагретого воздуха, что способствует максимально быстрому его выходу из внутреннего пространства корпуса через отверстия в его верхней стенке. При этом указанные габаритные элементы, размещенные в нижней части корпуса, не препятствуют и притоку холодного воздуха, который в отличии от выходящего через верхние воздухоотводящие отверстия нагретого воздуха не ограничен лишь площадью нижней стенки и может дополнительно поступать также через конструктивные отверстия и щели, установленных в посадочные отверстия штепсельного разъема и выключателя, расположенных в нижней части корпуса. Кроме того, нижняя часть задней стенки также выполнена перфорированной, что способствует дополнительному поступлению свежего воздуха внутрь корпуса.
Благодаря размещению мощных схемных элементов в верхней части корпуса, непосредственно под верхней стенкой, нагретый от них воздух выходит из корпуса непосредственно после нагрева, минимально разогревая корпус и не нагревая другие элементы схемы, что способствует созданию эффективной тяги и эффективному охлаждению тепловыделяющих элементов схемы.
Установка же маломощных элементов в нижней части платы и корпуса в целом также способствует тепловому режиму устройства так как они находятся в восходящем потоке холодного воздуха и их нагрев от тепловыделения мощных элементов исключен.
Выполнение корпуса из металла способствует улучшению теплоотвода, благодаря его высокой теплопроводности, а конструкция корпуса, предполагающая наличие всего двух деталей из листового материала, ориентированных своими передней, задней и боковыми стенками вертикально вдоль конвекционных потоков, исключает потери эффективности охлаждения. В корпусе устройства отсутствуют стыки на вертикальных стенках, а также какие-либо внутренние опорные стенки, влекущие застаивание воздуха и нарушение конвекции.
Блок стабилизатора напряжения инверторного типа конструктивно прост и надежен в эксплуатации, его конструкция обеспечивает естественное охлаждение компонентов и не требует наличия дополнительных систем принудительного охлаждения.
Кроме того, конструкция корпуса состоящая всего из двух деталей максимально проста, и технологична в изготовлении, а изогнутый профиль пластин основания и крышки придает необходимую жесткость конструкции, не требующей дополнительных элементов, таких как опорные перегородки, которые могли бы препятствовать естественному потоку воздуха через внутреннее пространство корпуса.
Основание и крышка выполнены комплементарно соединяемыми деталями, одна из которых - крышка снабжена лишь боковыми стенками, а другая - основание целиком верхней и нижней стенками, что максимально упрощает сборку корпуса.
Кроме того, наличие скоса сопряжения частей боковых стенок основания и крышки, облегчает поиск правильного взаимного положения крышки и основания при сборке. Так в случае ошибки соединения скос выполняет функцию направляющей движение вдоль которой ведет к правильному взаимному положению деталей. Указанные свойства конструкции упрощают сборку устройства, повышая тем самым технологичность его изготовления.
Корпус блока стабилизатора напряжения инверторного типа может быть установлен на горизонтальной поверхности, либо закреплен на вертикальной стене с помощью соответствующего кронштейна.
Таким образом, блок стабилизатора напряжения инверторного типа обеспечивает повышение эффективности теплоотвода за счет возможности использования конвекционных потоков воздуха для охлаждения тепловыделяющих компонентов.