CN101630917A

CN101630917A - 一体化高频整流装置

Info

Publication number: CN101630917A
Application number: CN200910075193A
Authority: CN
Inventors: 石新春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-01-20

Abstract

一种一体化高频整流装置，用于解决大功率直流电源的散热和漏电感问题。其技术方案是：构成中包括高频变压器和高频整流器，所述高频变压器由铁芯、一次绕组和二次绕组组成，所述二次绕组由多个结构相同的绕组单元并联而成，每个绕组单元有两匝，其中点连接输出负极铜排，两端经高频整流器与输出正极铜排连接；所述高频整流器由二极管和散热板组成，所述二极管的一端固定在散热板上，另一端接输出正极铜排，所述散热板直接与二次绕组引出金属管固定连接。本发明的绕组都采用金属管绕制，并内通冷却介质，不仅散热效果好，而且能在集肤效应很强的情况下充分利用导体截面，特别适于制作大功率开关式直流电源。

Description

一体化高频整流装置

技术领域

本发明涉及一种用于大功率高频开关式直流电源，属电源技术领域。

背景技术

随着技术的不断进步和研究的不断深入，高频开关电源的功率越做越大，但制约开关电源容量增大的因素很多，只有不断对高频开关电源的结构进行改进，才能克服各种不利因素，使开关电源向更大功率方向发展。

开关式直流电源通常采用复式变流方式，即电网电源先经过整流变成直流电，再经逆变器变成高频交流电，然后经高频变压器变压、隔离，最后经过高频整流输出直流电。复式变流方式采用高频变压器代替了工频变压器，具有体积小、重量轻、成本低、效率高等优势。

由于高频变压器工作频率高(几千至几百千赫兹)，导线集肤效应强，且对漏电感要求也比较严格。现有高频变压器一般需要采用铁氧体、微晶或非晶铁芯材料制成的环形铁芯，导线采用专门的多股绞合导线，这种结构的缺点是变压器散热比较困难，不容易制成大功率设备，而且高频变压器存在较大的漏电感，使得在高频开关管开关时，造成很高的开关过电压，容易烧毁整流管，降低了大容量整流装置的可靠性。另外，中频感应和高频感应现象的存在会引起大功率高频变压器引出线周围导体过热，致使现有高频变压器与高频整流器的连接处经常出现故障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种变压器易于散热且漏电感很小的高可靠性一体化高频整流装置。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种一体化高频整流装置，它包括高频变压器和高频整流器，所述高频变压器由铁芯、一次绕组和二次绕组组成，所述二次绕组由多个结构相同的绕组单元并联而成，每个绕组单元有两匝，其中点连接输出负极铜排，两端经高频整流器与输出正极铜排连接；所述高频整流器由二极管和散热板组成，所述二极管的一端固定在散热板上，另一端接输出正极铜排，所述散热板直接与二次绕组引出金属管的外表面焊接固定。

上述一体化高频整流装置，所述一次绕组和二次绕组均由金属管绕制而成，金属管内通有冷却介质。

上述一体化高频整流装置，所述铁芯为开启式E型铁氧体、微晶或非晶铁芯，其中柱横截面的四个角为圆角，且中柱的四个侧面均与一次绕组紧密贴合。

上述一体化高频整流装置，所述铁芯为多层，相邻两层铁芯之间设有散热风道。

上述一体化高频整流装置，所述散热板内设置有冷却水道，所述冷却水道的一端接冷却介质端口，另一端的多个分接口均与二次绕组引出金属管对接。

本发明的一次绕组和二次绕组都采用金属管绕制，并内通冷却介质，不仅冷却效果好，而且能在集肤效应很强的情况下充分利用导体截面；整流器与高频二次绕组之间不用导线过渡，而是直接连接，高频交流电经整流后采用直流母线引出，不存在高频变压器大电流引线的漏电感和由于电磁感应引起的附加发热问题；铁芯设置风冷散热风道，可进一步提高散热效果。本发明易于散热且变压器漏电感很小，性能可靠，特别适于制作大功率开关式直流电源。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是二次绕组金属管直接固定在外表面的散热板结构示意图；

图4是A-A剖视图；

图5是内部设置有冷却水道的散热板的剖面示意图；

图6是B-B剖视图；

图7是传统开关电源的输出波形图；

图8是采用本发明的开关电源的输出波形图。

图中各标号为：1、铁芯；2、一次绕组；3、二次绕组；4、散热风道；5、散热板；6、冷却介质端口；7、输出负极铜排；8、输出正极铜排；9、一次绕组引线端；10、二极管；11、冷却水道；12、二次绕组引出金属管；13、整流模块安装孔；14、阻容元件安装孔。

具体实施方式

参看图1～图2，本发明把高频变压器和高频整流器做在一起，整流后采用直流母线铜排引出，不存在高频变压器大电流引线的漏电感和由于高频感应引起的附加发热问题。

为了解决大功率、大电流绕线问题，高频变压器的一次绕组2和二次绕组3都采用铜管或铝管绕制，其管壁厚度选择与高频逆变器频率直接相关联，既考虑集肤效应又充分利用了导体截面。高频变压器一次绕组2多匝串联绕制，二次绕组3并联绕制，其线圈端部与高频整流器的散热板5是焊接在一起的，内部通水冷却，冷却效果良好。一次绕组2和二次绕组3尽可能靠近固定，选用E型铁氧体作为铁芯1的材料，增设了铁芯1风冷散热风道4。流过输出正极铜排8的是高频直流PWM波，须经铜带接入直流滤波电抗器滤波，滤波后的直流更便于传输，不会对周围其他导体造成大的影响。

本高频整流变压器工作频率范围2000HZ-150KHZ；高频整流变压器绕组采用水或其它液体冷却；高频整流变压器绕组引出端与整流器连接在一起，之间不设过渡可拆连接导线，是不可拆分的，其冷却效率大为改善。二次绕组3的冷却介质体从冷却介质端口6流入或流出，也可以从绕组的中间连接端口引入或引出。高频整流变压器的一次绕组2和二次绕组3均套装在同一个铁芯1上。整流器安装的方向是可以变化的，引出端为阳极或者阴极。

E型铁芯中柱横截面的四个角为圆角(R8～10毫米，这样可以保证一次绕组金属管紧密贴合铁心绕制时，在拐角处不至于弯成死弯，并保证冷却介质顺利流通)，并在绕制一次绕组时，紧密贴合铁心(一般说来，当E型铁芯中柱横截面的四个角为直角时，为保证金属管在拐角处不至于弯成死弯，在拐角处一次绕组金属管的绕制半径R在32～35毫米之间，这就增大了变压器的漏电感)。由于软磁铁氧体本身的电阻率很高(ρ＝106Ω/cm～108Ω/cm)，不像冷轧硅钢片那样是导体，所以对变压器与绕组之间的绝缘要求低一些，可以采用软的绝缘材料隔离一下就可以了。

参看图3～图6，二极管散热板5有两种类型：一种是二次绕组的金属管直接焊接在散热板5上，并直接连接到冷却介质端口管上(见图3、图4)，这种结构的优点是：节省金属材料，并具有一定的冷却效果，缺点是不易保证金属管与散热板5在焊接时接触良好，允许通过的最大电流受一定限制，冷却效果比第二种方法差一些；另一种是二次绕组引出金属管12焊接在经过加工的内部有冷却水道11的散热板5上(见图5、图6)，这种结构的优点是冷却效果很好，不易漏冷却液体，可以通过更大的电流，可以把一体化电源的功率做的更大；缺点是金属材料用料较多，成本较高。

参看图7～图8，变压器的漏电感是不易直接测量的物理量、但却又是开关电源极其关键的参数。变压器漏电感的大小可以通过整流器开关过程中的开通过电压间接地反映出来。从图7、8可以看出，当开关电源输出占空比可调，电压为30V的矩形波时，传统开关电源开通时的过电压可达100V以上；而采用本发明后，开通时的过电压只有50V左右，大为减小。

Claims

1、一种一体化高频整流装置，它包括高频变压器和高频整流器，其特征是，所述高频变压器由铁芯(1)、一次绕组(2)和二次绕组(3)组成，所述二次绕组(3)由多个结构相同的绕组单元并联而成，每个绕组单元有两匝，其中点连接输出负极铜排(7)，两端经高频整流器与输出正极铜排(8)连接；所述高频整流器由二极管(10)和散热板(5)组成，所述二极管(10)的一端固定在散热板(5)上，另一端接输出正极铜排(8)，所述散热板(5)直接与二次绕组引出金属管(12)的外表面焊接固定。

2、根据权利要求1所述一体化高频整流装置，其特征是，所述一次绕组(2)和二次绕组(3)均由金属管绕制而成，金属管内通有冷却介质。

3、根据权利要求1或2所述一体化高频整流装置，其特征是，所述铁芯(1)为开启式E型铁氧体、微晶或非晶铁芯，其中柱横截面的四个角为圆角，且中柱的四个侧面均与一次绕组(2)紧密贴合。

4、根据权利要求3所述一体化高频整流装置，其特征是，所述铁芯(1)为多层，相邻两层铁芯之间设有散热风道(4)。

5、根据权利要求4所述一体化高频整流装置，其特征是，所述散热板(5)内设置有冷却水道(11)，所述冷却水道(11)的一端接冷却介质端口(6)，另一端的多个分接口均与二次绕组引出金属管(12)对接。