一种高功率密度的数字配电器制造技术

本发明专利技术涉及一种高功率密度的数字配电器，该配电器在大功率配电的应用环境下，采用固态开关方式，避免了传统配电器中机械触头氧化、腐蚀、电弧等问题的影响；在小体积的情况下，对元器件布局和印制板结构进行低热阻设计，提高配电器传导散热效率；配电器外壳集成了散热器结构，形成良好的散热通道，从传导和辐射两个方面提高配电器的散热效率，解决大功率配电的散热瓶颈问题；多路配电集成设计，基于数字自检测技术统一监控管理，有效提高了配电器使用的可靠性。

A digital distributor with high power density

The invention relates to a digital electric appliance with high power density, the distributor in the application environment of high power distribution, using solid state switch mode, avoiding the influence of mechanical contact oxidation, corrosion, arc and other traditional electrical distribution problems; in small volume, the components and structure of printed circuit board layout low thermal resistance design, improve the heat conduction efficiency of the distributor; the distributor housing integrated radiator structure, forming a good cooling channel, improve the cooling efficiency of the distributor from the two aspects of heat conduction and radiation, to solve the bottle neck problem of large power distribution; multi-channel distribution integrated design, digital self detection monitoring and management based on effective improve the reliability with the use of household appliances.

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度的数字配电器
本专利技术涉及一种高功率密度的数字配电器，特别是一种大功率的高功率密度的数字配电器，属于电力电子与电工

技术介绍
在航天系统中，对于大功率配电，如果采用传统的机械式触点开关方式进行电气切换，开关时产生的拉弧会烧蚀触头，造成寿命指标低；并且，采用传统配电方式时，配电器体积大、重量大、功率密度低；内部线缆多，走线复杂；可靠性和测试性都比较差。相对传统的配电器，数字配电器从技术上避免了传统继电器中的电弧、氧化、腐蚀和焊接等问题，提高了配电器的使用寿命；多路配电集成设计，提高了配电器的功率密度；基于数字自检测技术统一监控管理，可在线反馈开关和负载状态信息，及时隔离故障负载，有效的提高了配电器的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高功率密度的数字配电器，满足航天领域长寿命、高功率密度、高可靠的应用需求。本专利技术的技术解决方案是：一种高功率密度的数字配电器，包括：左侧板、上盖板、起拔器、前盖板、锁紧条、印制板组、右侧板、后盖板和下盖板；左侧板、右侧板、上盖板、下盖板、前盖板以及后盖板形成数字配电器外壳体，印制板组固定在所述配电器外壳体内部，两个锁紧条分别设置在前盖板的两侧，用于数字配电器的固定，两个起拔器分别安装在左侧板和右侧板上，用于数字配电器的拆卸。所述上盖板上留有缺口，用于数字配电器处于非拆卸状态时，起拔器隐藏在所述缺口中。印制板组上的功率器件布置在两侧，靠近左侧板和右侧板的位置。印制板组与左侧板之间，以印制板组与右侧板之间均设置有绝缘导热垫。印制板组上设置有连接器、汇流条和DC电源模块，汇流条用于连接器与功率器件的电连接，DC电源模块用于印制板组的供电。所述汇流条采用无氧铜材料，且汇流条导通电阻小于0.1mΩ。所述印制板组上设置有驱动电路，驱动电路用于功率器件的开通与关断。所述驱动电路包括电源隔离模块、信号隔离模块、状态检测模块、驱动模块和阻容网络模块；电源隔离模块对输入电源进行隔离处理，分别为信号隔离模块和驱动模块配电；驱动模块通过信号隔离模块接收配电控制指令，然后根据指令要求驱动功率器件的开通和关断，从而实现负载的供电和断电；状态检测模块对功率器件的工作状态进行检测，并通过信号隔离模块上传，阻容网络模块用于调节功率器件的开通和关断时间。后盖板上对应DC电源模块的位置设置有凸台，且凸台上设置有绝缘导热垫，与DC电源模块接触。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术由于采用基于无机械触点的固态开关，避免了传统配电器中机械触头电弧、氧化、腐蚀和焊接等问题的影响，提高了配电器的使用寿命。(2)本专利技术由于对元器件布局和印制板结构进行低热阻设计，提高配电器传导散热效率；配电器外壳集成了散热器结构，形成良好的散热通道，从传导和辐射两个方面提高配电器的散热效率，解决大功率配电的散热瓶颈问题，提高了配电器的功率密度。(3)本专利技术由于设计了内部电路和软件程序，可以自动监测和定位配电自身的故障，并可及时隔离故障负载，提高了配电器使用的可靠性。附图说明图1是数字配电器结构正面示意图；图2是数字配电器结构背面示意图；图3是隔离驱动电路原理框图；图4(a)是数字配电器印制板组布局示意图；图4(b)是覆铜示意图；图5是数字配电器印制板组安装结构示意图；图6是数字配电器DC电源模块热设计示意图；图7是数字配电器自检测原理框图。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术高功率密度的数字配电器包括：左侧板1、上盖板2、起拔器3、前盖板4、锁紧条5、印制板组6、右侧板7、后盖板8和下盖板9；左侧板1、右侧板7、上盖板2、下盖板9、前盖板4以及后盖板8形成数字配电器外壳体，印制板组6固定在所述配电器外壳体内部，两个锁紧条5分别设置在前盖板4的两侧，用于数字配电器的固定，两个起拔器3分别安装在左侧板1和右侧板7上，可以通过起拔器杠杆原理轻松拔起配电器，方便产品检修，提高维修性。左/右侧板上设计有防误插沟槽，避免因插错带来危害。所述上盖板2上留有缺口，用于数字配电器处于非拆卸状态时，起拔器3隐藏在所述缺口中。印制板组6上设置有驱动电路，驱动电路用于功率器件的开通与关断。如图3所示，隔离驱动电路包括电源隔离模块、信号隔离模块、状态检测模块、MOSFET驱动模块和阻容网络模块。电源隔离模块对输入电源进行隔离处理，分别为信号隔离模块和MOSFET驱动模块配隔离5V和隔离10V电源；MOSFET驱动模块通过信号隔离模块接收配电控制指令，然后根据指令要求驱动MOSFET的开通和关断，从而实现负载的供电和断电；状态检测模块对MOSFET的工作状态进行检测，并通过信号隔离模块上传；阻容网络模块用于调节功率器件的开通和关断时间。本专利技术中的数字配电器功率较大而产品体积又偏小，因此，如图4(a)、(b)所示，将隔离驱动部分13做成整体封装，与MOSFET功率器件11分开，使其不会功率器件发热的影响。如图4(a)所示，将MOSFET功率器件11统一布置在印制电路板的两侧，靠近左侧板1和右侧板7的位置，缩短功率器件将热散到壳体的传导距离；并且如图4(b)所示，在印制板正反两面安放功率器件的位置及印制板中间层覆铜，并打通孔进行连接，从而降低功率器件传导散热的热阻，提高MOSFET功率器件11的散热效率。功率器件11统一布置，也便于实现与汇流条12的连接。汇流条12采用无氧铜材料，其导通电阻小于0.1mΩ，降低负载通路的导通电阻，降低功耗；同时，采用汇流条方式，还可以避免导线走线复杂、强度低的弱点，提高整个产品的抗振动冲击性能。如图5所示，本专利技术将印制板组6安装在左侧板1和右侧板2的凸台上，并且在凸台和印制板组之间垫0.25mm厚的导热垫片16；如图6所示，在后盖板8上增加一个散热凸台17，让凸台与DC电源模块14接触，并在凸台和电源模块之间垫0.51mm厚的导热垫片19，从而形成热传导通路，提高DC电源模块的散热效率。同时，对后盖板8内表面涂覆黑色温控漆18，使其太阳比吸收率大于0.8，提高整个印制板组的辐射散热效率。如图7所示，R1为检测电阻，D1为反向耐压二极管，当MOSFET关断时，检测端为5V，当MOSFET开通时，检测端为0.5V。利用此特性可以判断出MOSFET通断。数字配电器内部的固体开关采用冗余设计时，配电器可基于对每一个固体开关的自检，在配电器上电后，通过MCU10对配电开关完成表1所示的检测时序，从而判断冗余开关是否正常。状态检测信息通过信号隔离模块上传，为整个系统的安全管理提供基础数据。表1数字配电器冗余开关状态检测时序表本专利技术说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率密度的数字配电器，其特征在于包括：左侧板(1)、上盖板(2)、起拔器(3)、前盖板(4)、锁紧条(5)、印制板组(6)、右侧板(7)、后盖板(8)和下盖板(9)；左侧板(1)、右侧板(7)、上盖板(2)、下盖板(9)、前盖板(4)以及后盖板(8)形成数字配电器外壳体，印制板组(6)固定在所述配电器外壳体内部，两个锁紧条(5)分别设置在前盖板(4)的两侧，用于数字配电器的固定，两个起拔器(3)分别安装在左侧板(1)和右侧板(7)上，用于数字配电器的拆卸。

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度的数字配电器，其特征在于包括：左侧板(1)、上盖板(2)、起拔器(3)、前盖板(4)、锁紧条(5)、印制板组(6)、右侧板(7)、后盖板(8)和下盖板(9)；左侧板(1)、右侧板(7)、上盖板(2)、下盖板(9)、前盖板(4)以及后盖板(8)形成数字配电器外壳体，印制板组(6)固定在所述配电器外壳体内部，两个锁紧条(5)分别设置在前盖板(4)的两侧，用于数字配电器的固定，两个起拔器(3)分别安装在左侧板(1)和右侧板(7)上，用于数字配电器的拆卸。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度的数字配电器，其特征在于：所述上盖板(2)上留有缺口，用于数字配电器处于非拆卸状态时，起拔器(3)隐藏在所述缺口中。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度的数字配电器，其特征在于：印制板组(6)上的功率器件(11)布置在两侧，靠近左侧板(1)和右侧板(7)的位置。4.根据权利要求1或3所述的一种高功率密度的数字配电器，其特征在于：印制板组(6)与左侧板(1)之间，以印制板组(6)与右侧板(7)之间均设置有绝缘导热垫。5.根据权利要求1或3所述的一种高功率密度的数字配电器，其特征在于：印制板组(6)上设置有连接器(15)、汇...

【专利技术属性】
技术研发人员：文新，赵英凯，唐侃，高路，张靖娴，
申请(专利权)人：中国航天时代电子公司，
类型：发明
国别省市：北京,11