Устройство для охлаждения вторичных источников питания

Полезная модель относится к области электроники и предназначено для охлаждения элементов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности, вторичных источников питания, размещенных внутри бортовых приборных блоков, имеющих существенные ограничения по имеющемуся в них свободному пространству.
Известен теплоотвод [US 5213153, F28D 15/02, 25.05.1993], представляющий собой устройство из алюминиевого сплава для отвода тепла с использованием термоэлектрического элемента Пельтье, которое имеет форму куба и монтируется к охлаждаемому прибору нижней поверхностью, причем параллельно нижней установочной поверхности объем куба просверлен насквозь в нескольких местах по взаимно перпендикулярным направлениям, а для улучшения воздушной вентиляции устройства сквозные отверстия сообщаются с вертикальными отверстиями, выходящими на верхнюю поверхность куба, при этом одновременно в объем куба введены тепловые трубки, заполненных на 15-18% от своего объема рабочей охлаждающей жидкостью.
Основными недостатками устройства являются относительно высокая сложность и относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не обеспечивает выработку полезной энергии на основе преобразования тепловой энергии в электрическую и требует теплового контакта внешней стороны элементов Пельтье с окружающей средой.
Известно также устройство [US 5457342, H01L 23/02, 10.10.1995], в котором на охлаждаемую интегральную схему, размещенную в керамическом корпусе, наклеивается алюминиевый теплорассекатель, а на него - охлаждающий полупроводниковый блок, использующий эффект Пельтье, причем на верхнюю горячую поверхность охлаждающего блока присоединяется радиатор, к которому привинчивается вентилятор, а для сборки устройства применяется теплопроводящая адгезионная пленка.
Недостатками устройства являются относительно низкая эффективность теплоотвода из-за использования промежуточной адгезионной пленки, а также относительно высокая сложность использования конструкции в малогабаритной герметичной аппаратуре, вызванная использованием радиатора и вентилятора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство охлаждения интегральных микросхем [RU 2528392, C1, H01L 23/38, H01L 23/373, 20.09.2014], основанное на использовании эффекта Пельтье, в котором на интегральную микросхему в керамическом корпусе наклеивается алюминиевый теплорассекатель, а на него - охлаждающий полупроводниковый блок, использующий эффект Пельтье, причем основание корпуса интегральной микросхемы является одновременно верхним теплопереходом охлаждающего полупроводникового блока, при этом пайка кристаллов к подложке, подложки с основанием корпуса, верхнего теплоперехода с одной поверхностью полупроводниковых ветвей p- и n-типа происходит при температуре на 20-25°С ниже температуры пайки другой поверхности полупроводниковых ветвей к нижнему теплопереходу, полупроводниковые ветви размещены между теплопереходами таким образом, что все горячие поверхности контактируют с одним теплопереходом, а все холодные - с противоположным и с помощью металлизации соединены в единую электрическую цепь, которая подключена к источнику питания, для контроля температуры корпуса интегральной микросхемы к нему крепится термопара, а для стабилизации температуры (нагрева или охлаждения) термопара соединена с блоком переключения полярности источника питания.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности. В частности, при использовании в качестве интегральной микросхемы вторичного источника питания не обеспечивается, наряду с охлаждением, преобразование тепловой энергии в электрическую и ее подача в первичную цепь вторичного источника питания. Это снижает эффективность использования устройства охлаждения.
Задача, на решение которой направлено заявленная полезная модель, это создание устройства для охлаждения вторичных источников питания, которое дополнительно с отводом тепла от него осуществляет преобразование тепловой энергии в электрическую и ее подачу в первичную цепь вторичного источника питания.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее группу элементов Пельтье, соединенных в единую электрическую цепь, согласно полезной модели, введены конвертер, вход которого соединен с выходом единой электрической цепи группы элементов Пельтье, в которой они включены последовательно и одни их одноименные стороны соединены с корпусом вторичного источника питания, а другие одноименные стороны соединены с теплопроводным корпусом приборного блока, который контактирует с внешней средой и в котором размещен вторичный источник питания, а также диод Шоттки, вход которого соединен с выходом конвертера, а выход - с клеммой первичной электрической цепи вторичного источника питания.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для охлаждения вторичных источников питания совместно с вторичным источником питания и фрагментом корпуса приборного блока.
Устройство для охлаждения вторичных источников питания содержит группу элементов 1 Пельтье, соединенных в единую электрическую цепь, конвертер 2, вход которого соединен с выходом единой электрической цепи группы элементов 1 Пельтье, в которой они включены последовательно и одни их одноименные стороны соединены с корпусом 3 вторичного источника питания, а другие одноименные стороны соединены с теплопроводным корпусом 4 приборного блока, который контактирует с внешней средой и в котором размещен вторичный источник питания, а также диод 5 Шоттки, вход которого соединен с выходом конвертера 2, а выход - с клеммой первичной электрической цепи вторичного источника питания.
Работает устройство для охлаждения вторичных источников питания следующим образом.
Известны вторичные источники питания (ВИП) для бортовой радиоаппаратуры. Одно из основных требований к ним - это малый габарит и работа при повышенной температуре. Обычно корпуса ВИП имеют температуру на 30°С выше относительно температуры окружающей среды. При этом они не имеют теплового контакта с другими конструктивными элементами, т.е. сброс тепла для охлаждения ВИП и его утилизация затруднена. Предлагается использовать термоэлектрический генератор, работающий на разнице температур корпуса ВИП и корпуса приборного блока, который контактирует с окружающей средой. В качестве термоэлектрического генератора может быть использовано последовательное соединение элементов Пельтье, а вырабатываемую им электрическую энергию подать в первичную цепь ВИП. В результате охлаждается ВИП и повышается его к.п.д.
Элементы 1 Пельтье устанавливаются в наиболее нагретом месте корпуса 3 ВИПа. Одни их одноименные стороны соединены с корпусом 3 вторичного источника питания, а другие одноименные стороны соединены с теплопроводным корпусом 4 приборного блока, который контактирует с внешней средой.
Каждый элемент 1 Пельтье вырабатывает напряжение 30 мВ, ток 0,1 А. Соединяются последовательно 100 элементов Пельтье, чтобы получить 3 В, которые преобразуются конвертером 2 в 27 В и через диод 5 Шоттки подаются в первичную цепь ВИП. Для стандартного ВИПа мощность потребления по первичной цепи 30 Вт, потери 25%, т.е. в тепло идет 7,5 Вт. От элементов Пельтье получаем 3 Вт, КПД конвертера 2 составляет 75%, т.е. в первичную цепь возвращается +24 В, 2,5 Вт. Следовательно, температура корпуса ВИП снизится на 30%. Чем мощнее ВИП и больший перегрев держат его элементы (как правило до 85 …105°С), тем большую мощность выработают элементы Пельтье и большее будет относительное охлаждение ВИП.
Таким образом, благодаря усовершенствованию устройства для охлаждения вторичных источников питания достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку создано устройство для охлаждения вторичных источников питания, которое дополнительно с отводом тепла осуществляет и преобразование тепловой энергии в электрическую и ее подачу в первичную цепь вторичного источника питания. Это повышает эффективность использования устройства охлаждения.