CN112865557A - 一种mosfet高频全桥逆变单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MOSFET高频全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括：滤波电容、PCB板、H桥全桥并联谐振结构、两个散热器、第一层叠铜排、第二层叠铜排、上绝缘板、下绝缘板、两条直流母线输入铜板和两条交流输出铜板，本发明的MOSFET高频全桥逆变单元采用长方形封装结构，将散热器设置在长方形封装结构内侧，并将H桥全桥并联谐振结构的MOSFET管和阻容吸收组件设置在散热器的两侧(分别设置在位于散热器外侧的层叠铜排上和位于散热器内侧的PCB板上)，避免了因为滤波电容过大造成散热器表面不平整的技术缺陷，提高了MOSFET管与散热器表面接触的稳定性，且使结构更加紧凑，提高了阻容吸收性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种MOSFET高频全桥逆变单元。
背景技术
高频感应加热设备是在金属熔炼、金属焊接、热成型、热处理等工艺过程当中广泛采用的加热方式，主要用于半导体单晶生长、金属直缝管材焊接、有色金属熔炼、各种金属制品的钎焊等的加热过程。高频感应加热设备中的重要组成部分是MOSFET功率器件构成的功率单元，其直接影响着高频感应加热设备的电气性能，从而影响高频感应加热设备的运行安全可靠性及工作效率。在实际生产中，由MOSFET功率器件组成的高频逆变功率单元在大部分的高频感应加热设备中占重要组成成分，其实现了电能的传输与变换。
基于功率器件MOSFET的并联功率单元，在当前的市场中，一般由水冷板、驱动板、阻容吸收、滤波吸收电容、汇流排等主要部分组成。一般的在水冷板有轻薄铜板的一侧固定功率器件MOSFET与阻容吸收器件，另一侧通过焊接铜管，其主要作用是冷却介质；电源的正负两极板与滤波电容相连接。上述结构会造成水冷板的架构表面不平整，会进一步使得功率器件MOSFET与其表面接触的不稳定性，严重的后果会造成MOSFET器件烧毁，产生大的经济损失；由于固定在同一侧的阻容吸收、MOSFET会造成水冷板的体积过大，使得阻容吸收不能发挥较好的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种MOSFET高频全桥逆变单元，以提高MOSFET高频全桥逆变单元的阻容吸收性能和散热稳定性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种MOSFET高频全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括：滤波电容、PCB板、H桥全桥并联谐振结构、两个散热器、第一层叠铜排、第二层叠铜排、上绝缘板、下绝缘板、两条直流母线输入铜板和两条交流输出铜板；
所述上绝缘板、第一层叠铜排、下绝缘板和第二层叠铜排的相邻的侧边依次连接，形成长方形封装结构；
两条所述直流母线输入铜板设置在所述上绝缘板的下表面，两条所述交流输出铜板分别设置在下绝缘板的上表面和下表面；
两个所述散热器分别设置在所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排的背面；
所述PCB板固定在两个所述散热器之间；
所述H桥全桥并联谐振结构的MOSFET管均布在第一层叠铜排、第二层叠铜排上；所述H桥全桥并联谐振结构的吸收电阻、吸收电容和滤波电容设置在所述PCB板上，所述H桥全桥并联谐振结构的直流输入端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述直流母线输入铜板连接，所述H桥全桥并联谐振结构的交流输出端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述交流输出铜板连接；所述滤波电容串接在所述直流母线上。
可选的，所述H桥全桥并联谐振结构，包括四个桥臂单元组，四个所述桥臂单元组相互连接，形成全桥电路。
可选的，所述桥臂单元组包括多个并联连接的桥臂单元。
可选的，所述桥臂单元包括MOSFET管、快恢复二极管、吸收电阻和吸收电容；
所述快恢复二极管与MOSFET管串联连接，形成桥臂结构；
所述吸收电阻和所述吸收电容串联连接后与所述桥臂结构并联。
可选的，全桥逆变单元还包括温度保护开关，所述温度保护开关设置在所述散热器上且串联在全桥电路的每个桥臂单元中。
可选的，散热器包括水冷铝板和冷却水道，所述冷却水道在所述水冷铝板上程蛇形分布，所述冷却水道为铜管。
可选的，所述全桥逆变单元还包括两个固定板；
两个所述固定板分别固定在两个所述散热器的两个端面上；所述PCB板的两端分别与两个所述固定板连接。
可选的，所述H桥全桥并联谐振结构的驱动电路板架设在上绝缘板的上表面。
可选的，所述直流母线输入铜板和交流输出铜板的两端均设置有线缆安装孔和线缆安装螺栓。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种MOSFET高频全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括：滤波电容、PCB板、H桥全桥并联谐振结构、两个散热器、第一层叠铜排、第二层叠铜排、上绝缘板、下绝缘板、两条直流母线输入铜板和两条交流输出铜板，本发明的MOSFET高频全桥逆变单元采用长方形封装结构，将散热器设置在长方形封装结构内侧，并将H桥全桥并联谐振结构的MOSFET管和阻容吸收组件设置在散热器的两侧(分别设置在位于散热器外侧的层叠铜排上和位于散热器内侧的PCB板上)，避免了因为滤波电容过大造成散热器表面不平整的技术缺陷，提高了MOSFET管与散热器表面接触的稳定性，且使结构更加紧凑，提高了阻容吸收性能。
本发明采用层叠铜排的连接方式，降低了输出回路中的杂散电感，改善了并联谐振高频电路的稳定性。
本发明利用直流进线和交流出线的对称分布，提高了H桥全桥并联谐振结构的均流性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种MOSFET高频全桥逆变单元的结构示意图；
图2为本发明提供的桥臂单元组包括1个桥臂单元的H桥全桥并联谐振结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种MOSFET高频全桥逆变单元，以提高MOSFET高频全桥逆变单元的阻容吸收性能和散热稳定性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种MOSFET高频全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括：滤波电容(图1中未示出)、PCB板1、H桥全桥并联谐振结构(图1中未示出)、两个散热器2、第一层叠铜排3、第二层叠铜排(图1中未示出)、上绝缘板4、下绝缘板5、两条直流母线输入铜板6和两条交流输出铜板(图1中未示出)；所述上绝缘板4、第一层叠铜排3、下绝缘板5和第二层叠铜排的相邻的侧边依次连接，形成长方形封装结构；两条所述直流母线输入铜板6设置在所述上绝缘板4的下表面，两条所述交流输出铜板分别设置在下绝缘板5的上表面和下表面；两个所述散热器2分别设置在所述第一层叠铜排3和所述第二层叠铜排的背面；所述PCB板1固定在两个所述散热器2之间；所述H桥全桥并联谐振结构的MOSFET管均布在第一层叠铜排3、第二层叠铜排上；所述H桥全桥并联谐振结构的吸收电阻、吸收电容和滤波电容设置在所述PCB板1上，所述H桥全桥并联谐振结构的直流输入端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述直流母线输入铜板连接，所述H桥全桥并联谐振结构的交流输出端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述交流输出铜板连接；所述滤波电容串接在所述直流母线上。
所述H桥全桥并联谐振结构，包括四个桥臂单元组，四个所述桥臂单元组相互连接，形成全桥电路。所述桥臂单元组包括多个并联连接的桥臂单元。每桥臂单元组采用16只MOSFET并联，总功率100kW，工作频率最高500kHz；输出采用的是层叠铜排；并且使用独立4路高频驱动电路。
桥臂单元组包括1个桥臂单元的H桥全桥并联谐振结构的结构，如图2所示，所述桥臂单元包括MOSFET管8、快恢复二极管9、吸收电阻10和吸收电容11；所述快恢复二极管9与MOSFET管8串联连接，形成桥臂结构；所述吸收电阻10和所述吸收电容11串联连接后与所述桥臂结构并联。本发明采用高压MOSFET(IXFN38N100Q2)串联快恢复二极管(IXDI2*61)构成逆阻型功率器件，每个功率器件并装独立阻容吸收电路(10欧，222高频无感吸收电容)，用于吸收和消耗电路断开时感性负载产生的自感电动势,可防止烧坏开关触头。
所述全桥逆变单元还包括两个固定板7；两个所述固定板7分别固定在两个所述散热器的两个端面上；所述PCB板的两端分别与两个所述固定板连接。
散热器包括水冷铝板和冷却水道，所述冷却水道在所述水冷铝板上程蛇形分布，所述冷却水道为铜管。所述水冷管其中一侧位于水冷板的内部，另一侧位于层叠铜排侧。
即，本发明的散热器为水冷铝板镶嵌铜管散热器，同时安装温度保护开关，其与快恢复二极管和电容相连，用于切断或者接通电路，起到热保护的作用。
作为一种优选的实施方式但是不限于该实施方式，全桥逆变单元还包括温度保护开关，所述温度保护开关设置在所述散热器上且串联在全桥电路的每个桥臂单元中。
所述H桥全桥并联谐振结构的驱动电路板架设在上绝缘板的上表面。所述直流母线输入铜板和交流输出铜板的两端均设置有线缆安装孔和线缆安装螺栓。所述驱动电路板采用使用独立4路高频驱动电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种MOSFET高频全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括：滤波电容、PCB板、H桥全桥并联谐振结构、两个散热器、第一层叠铜排、第二层叠铜排、上绝缘板、下绝缘板、两条直流母线输入铜板和两条交流输出铜板，本发明的功率器件MOSFET接在水冷板的一侧，阻容电容设置在水冷板的另一侧。这使得水冷板的体积大大减小，结构更加紧凑，占用空间减小，适宜于大功率感应加热电源制作。在电源的正负极板间设置有PCB板，同时，滤波电容被固定在了PCB板上，PCB板被固定在两个水冷板之间，在交流侧，采用的连接方法是层叠母排，有力降低了输出回路中的杂散电感，对改善并联谐振高频电路的稳定性，起着至关重要的作用。凭借直流进线和交流出线的对称分布，使得并联器件的均流性得到提高，充分发挥器件的均流性性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述全桥逆变单元包括：滤波电容、PCB板、H桥全桥并联谐振结构、两个散热器、第一层叠铜排、第二层叠铜排、上绝缘板、下绝缘板、两条直流母线输入铜板和交流输出铜板；
所述上绝缘板、第一层叠铜排、下绝缘板和第二层叠铜排的相邻的侧边依次连接，形成长方形封装结构；
两条所述直流母线输入铜板设置在所述上绝缘板的下表面，两条所述交流输出铜板分别设置在下绝缘板的上表面和下表面；
两个所述散热器分别设置在所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排的背面；
所述PCB板固定在两个所述散热器之间；
所述H桥全桥并联谐振结构的MOSFET管均布在第一层叠铜排、第二层叠铜排上；所述H桥全桥并联谐振结构的吸收电阻和吸收电容及所述滤波电容设置在所述PCB板上，所述H桥全桥并联谐振结构的直流输入端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述直流母线输入铜板连接，所述H桥全桥并联谐振结构的交流输出端通过所述第一层叠铜排和所述第二层叠铜排与两条所述交流输出铜板连接；所述滤波电容串接在所述直流母线上。
2.根据权利要求1所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述H桥全桥并联谐振结构，包括四个桥臂单元组，四个所述桥臂单元组相互连接，形成全桥电路。
3.根据权利要求2所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述桥臂单元组包括多个并联连接的桥臂单元。
4.根据权利要求3所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述桥臂单元包括MOSFET管、快恢复二极管、吸收电阻和吸收电容；
所述快恢复二极管与MOSFET管串联连接，形成桥臂结构；
所述吸收电阻和所述吸收电容串联连接后与所述桥臂结构并联。
5.根据权利要求4所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，全桥逆变单元还包括温度保护开关，所述温度保护开关设置在所述散热器上且串联在全桥电路的每个桥臂单元中。
6.根据权利要求1或5所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，散热器包括水冷铝板和冷却水道，所述冷却水道在所述水冷铝板上程蛇形分布，所述冷却水道为铜管。
7.根据权利要求6所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述全桥逆变单元还包括两个固定板；
两个所述固定板分别固定在两个所述散热器的两个端面上；所述PCB板的两端分别与两个所述固定板连接。
8.根据权利要求1所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述H桥全桥并联谐振结构的驱动电路板架设在上绝缘板的上表面。
9.根据权利要求1所述的MOSFET高频全桥逆变单元，其特征在于，所述直流母线输入铜板和所述交流输出铜板的两端均设置有线缆安装孔和线缆安装螺栓。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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