CN101420173A - 大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板 - Google Patents

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张曙
高大庆
周忠祖
唐勇
原振
陈又新
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Abstract

本发明涉及一种大功率开关电源中输入整流/滤波电路A型电容板，含电容负极板和电容正极板，电容负极板呈形状为倒凹字型，上半部安装有并联电容，左下半部与整流桥输出负极相连，右下半部与IGBT负极相连；电容板正极呈刀把型，左边折起部分与滤波电抗器相连，右边下半部与IGBT正极相连，电容负极板和电容正极板中间通过垫柱相连。本发明电容板的负极与电容板的正极分别为两张铜板，上下相叠，相互靠近，中间通过垫柱相连，减小整个电流线路上电感，克服了因扁平状矩形截面导线距离近，电容流过的纹波电流比较大，发热比较严重，造成电容的使用寿命缩短，输出电压纹波增加，ESL引起电磁干扰的缺陷。

Description

大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板
技术领域
本发明涉及一种大功率开关电源中输入整流/滤波电路A型电容板。
背景技术
兰州重离子加速器冷却储存环，给磁铁供电用的大功率开关电源(80KVA左右)有上百台。在相同功率下，开关电源比线性电源效率更高，体积更小，电磁干扰也更严重。欲达到此目的，整流/滤波电路中电容板的设计是大功率开关电源的关键。
整流滤波电容的选择：主要从以下三个方面考虑：能满足期望电压纹波的电容值，电容的额定电压，电容的额定纹波电流。整流滤波电容通常选用电解电容，它的电容体积比是所有电容中最大的，而且可靠。
作为大功率开关电源，一般来说无法找到一个可以把电源的所有电流纹波都吸收的电容，所以通常是选用多个电容(n个)并联，每个电容值为计算所得电容值的1/n。这样也可以减小滤波电容的等效串联电阻(ESR)，同时，把纹波电流分摊到每个电容上，使每个电容工作在其额定纹波电流的70％～80％下，要把纹波电流平均分布，就要使每个电容与纹波电流源的引线阻抗一样，这就意味着整流器或功率开关管与每个电容端的连线长度和宽度都要一样。
使用多个输出滤波电容，这就需要考虑输出级的物理布置问题，电容要均匀分散在输出整流器上，整流后的电压的两根走线宽度和长度要相等，如果这些布线不一样，距离比较远的电容上的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)比较大，这使距离近的电容流过的纹波电流比较大，发热比较严重。造成电容的使用寿命缩短，增加了输出电压纹波，ESL引起输出电压存在高频噪声，进而产生磁场辐射。
图1所示是把电容排成一行，依次把它们连接起来的方法，使靠近功率开关管或整流器的电容分到的纹波电流远多于相距较远的电容分到的纹波电流，这会缩短距离较近的电容寿命，这是其一。
其二，由于电解电容器的外形尺寸较大，因而它与其他相关元器件保持一定的距离，相互之间连线较长，这些长的导线上会增加电容器的等效串联电感。
其三，这些长的导线会产生输出整流器交流电流环路和功率开关管交流电流环路。如图2所示。图中①处引线电感上的电压降反馈到电网，②处有很大的回路去辐射开关电流。
要解决以上问题，一是滤波电容器二根连线尽可能短，且用扁平状矩形截面导线替代圆形导线来减小导线的内部电感。减小电感的另一种有效措施是使正向电流线路与电流返回线路相互靠近，使电流包围起来的环路面积最小。这两种做法同样也会增大线的电容。这是因为，若有两根导线，导线中的电流方向相反，那么这两根导线的总电感L等于：
L＝L1+L2-2M
上式中的L1和L2是单根导线的自感，M是导线之间的互感。
如果两根导线完全一致，则上式公式可简化为：
L＝2(L1-M)
为了使整个电流线路上的总电感最小，必须使导线间的互感最大，所以要求两根导线尽可能地相互靠近，以减小它们形成的环路面积。如图3所示。图中③由去线电流和回线电流产生的磁场相消。
综上所述，如何使输入整流/滤波电路的电流环路的环路最小，滤波电容引线尽可能做到最短，并且滤波电容都是多个电容并联使用，这就需要考虑其物理布置问题。
发明内容
本发明的目的意欲提供一种大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板。设计思路是将电容均匀分散在整流器与功率开关管上，尽量在环路两边让电容从纹波电流源开始呈“放射性对称布置”。连线为两张铜板，上下相叠，中间通过垫柱相连。这样既减小了上述两个环路面积又减小了电容上的串联电阻和串联电感。达到了比较合理的设计。
本发明的目的是这样实现的：
大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板，含电容负极板和电容正极板。其特征是电容负极板呈形状为倒凹字型，上半部安装并联电容，左下半部与整流桥输出负极相连，右下半部与IGBT负极相连；电容板正极呈刀把型，左边折起部分与滤波电抗器相连，右边下半部与IGBT正极相连，电容负极板和电容正极板中间通过垫柱相连，正负极铜板间距为4mm。
上述的电容负极板和电容正极板为3mm厚的铜板。
本发明的优点和产生的有益效果是：
电容板的负极与电容板的正极分别为两张铜板，上下相叠，相互靠近，中间通过垫柱相连，完成了大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板连接，这种设计既减小了上述两个环路面积，又减小了电容上的串联电阻和串联电感。
本发明用铜板替代扁平状矩形截面导线，减少了走线，从而减小整个电流线路上电感，克服了因扁平状矩形截面导线距离近，电容流过的纹波电流比较大，发热比较严重，造成电容的使用寿命缩短，输出电压纹波增加，ESL引起电磁干扰的缺陷。
附图说明
图1为现有并联电容布置示意图。
图2为现有整流滤波电路连线示意图。
图3为扁平状矩形截面导线连线示意图。
图4为本发明电容负极板示意图。
图5为本发明电容正极板示意图。
图6为本发明电容与负极板安装示意图。
图7为本发明正、负极板示意图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明技术方案再作进一步的描述：
一种大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板，电容正负极板均为3mm厚的铜板。电容负极板呈形状为倒凹字型，上半部安装有2710000uF/400VDC并联电容，用螺钉将电容分别固定在负极板上。电容负极板左下半部与整流桥输出负极相连，右下半部与IGBT负极相连(见图3、图6)；电容板正极呈刀把型，左边折起部分与滤波电抗器相连，右边下半部与IGBT正极相连(见图5)，再将电容板的负极与电容板的正极上下相叠，电容负极板和电容正极板中间通过4mm垫柱用螺钉连接(见图7)。
此整流/滤波电路电容板安装形式在兰州重离子加速器冷却储存环、给磁铁供电用的大功率开关电源中得到了广泛应用。

Claims (3)

1、大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板，含电容负极板和电容正极板，其特征是电容负极板呈形状为倒凹字型，上半部安装有并联电容，左下半部与整流桥输出负极相连，右下半部与IGBT负极相连；电容板正极呈刀把型，左边折起部分与滤波电抗器相连，右边下半部与IGBT正极相连，电容负极板和电容正极板中间通过垫柱相连。
2、如权利要求1所述的大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板，其特征是电容负极板和电容正极板中间垫柱为4mm。
3、如权利要求1所述的大功率开关电源中输入整流/滤波电路电容板，其特征是上述的电容负极板和电容正极板为3mm厚的铜板。
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