CN201127017Y - 开关功率放大器功率输出模块 - Google Patents
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Abstract
一种开关功率放大器功率输出模块，涉及力学环境试验的电动振动台功率放大器。这种放大器将桥式功率输出电路中的各MOS功率开关管与电路极及散热器进行有效组合，并将该组合与滤波还原电路在机箱的安装槽道内合理布置，从而构成一种新的模块化单元设计。采用这些模块化单元可以通过并联组合方式来满足输出功率的要求，因此具有结构简单，体积小，冷却效果好，组合方便，使用灵活等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于力学环境试验设备中的电动振动台技术领域，具体涉及电动振动台的一种开关功率放大器。这种开关功率放大器以一种新的功率输出模块化设计为单元，通过并联组合的方式来满足输出功率的要求，具有结构简单，体积小，冷却效果好，组合方便，使用灵活等特点。
背景技术
电动振动台是一种振动力学环境模拟试验设备，在国防、航天、航空、通讯、电子、汽车、家电等行业中得到广泛使用，其中，功率放大器是电动振动台的核心，其设计的优劣直接影响电动振动台的性能和功能。
功率放大器的作用是将信号源提供的信号不失真的放大到足够的电压和电流输入到动圈，与励磁线圈提供的恒定磁场相互作用产生振动。如今的电动振动台，尤其是大推力电动振动台已摒弃了低效率的线性功率放大器，而采用高效率的开关式功率放大器进行工作。开关功率放大器一般由驱动电路、开关功率放大电路、保护电路、电源滤波电路、滤波还原电路、噪音抑制电路、信号输入/出接口、功率输入/出接口以及散热冷却装置组合而成，其中，驱动电路的作用是对信号源提供的交流信号进行电平匹配和功率放大；开关功率放大电路是采用脉冲宽度调制(PWM)方式对输入波形调制，然后由MOS管作为功率输出元件组成的桥式电路输出大功率的数字输出信号；滤波还原电路的作用是将大功率的数字输出信号还原成模拟信号，并通过功率输入/出接口输出到动圈。由于振动试验中，开关功率放大器需要提供足够大的电压和电流(可达4000A以上)输出，而且桥式电路中的功率管开关频率高，使得需要的功率器件数量多，滤波线路体积以及重量都大幅增加，散热问题突出。以往开关功率放大器也采用模块化设计，通过并联组合的方式来满足输出功率的要求，但存在的缺点是：结构设计和布局不合理，体积大，散热效果差，严重影响了功率放大器的实际使用效果。因此如何改进现有模块的结构设计，缩小体积，提高散热效果，便成为本实用新型着重研究的问题。
发明内容
本实用新型提供一种新的开关功率放大器功率输出模块，其目的是要解决现有功率输出模块由于结构设计和布局不合理所带来的体积大以及散热效果差等问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种开关功率放大器功率输出模块，包括机箱、开关功率放大电路、滤波还原电路以及散热冷却装置，其中，开关功率放大电路主要由四组MOS功率开关管连接成桥式功率输出电路，每组MOS功率开关管并联作为桥式功率输出电路的一个桥臂，共计四个桥臂，其创新在于：
(1)、桥式功率输出电路中的两个桥臂共用一块电路板，其中，两个桥臂的MOS功率开关管分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，以此构成第一电路板，另两个桥臂共用另一块电路板，其中，这两个桥臂的MOS功率开关管分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，以此构成第二电路板；
(2)、散热冷却装置由两块板翅式散热器和两个风扇组成，其中，每块板翅式散热器由基板和散热翅片组成，散热翅片位于基板的一侧，基板的另一侧作为导热面；
(3)、两块板翅式散热器以散热翅片面对面形式相距平行布置构成散热器对，第一电路板和第二电路板分别从散热器对的两侧贴靠定位，其中，四个桥臂的MOS功率开关管散热面在散热器对的四个角部紧贴导热面；第一电路板、第二电路板和两块板翅式散热器围成的空间作为散热风道，以此作为功率输出组件；
(4)、机箱内设有安装槽道，功率输出组件和滤波还原电路在该槽道内的长度方向上前、后固定设置，其中，功率输出组件的散热风道与槽道的方向一致，两个风扇一前一后分别设置在槽道两端部位，以此构成强制风冷结构。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述开关功率放大电路和滤波还原电路的结构均为现有技术。由于本方案的发明点不在于这些电路本身的结构设计，所以这里不作详细介绍。
2、上述方案中，为了提高散热效果，所述功率输出组件设在槽道前部，滤波还原电路设在槽道后部，槽道前部的风扇设在功率输出组件的散热风道入口处。
3、上述方案中，所述功率输出组件中的两块板翅式散热器上下对称设置或左右对称设置，对应的第一电路板和第二电路板左右对称设置或上下对称设置。
4、上述方案中，所述第一电路板和第二电路板上还可以分别设有保护电路、驱动电路和电源滤波电路。具体保护电路、驱动电路和电源滤波电路均为现有技术。由于本方案的发明点不在于这些电路本身的结构设计，所以这里不作详细介绍。
5、上述方案中，所述滤波还原电路中还可以设有噪音抑制电路。噪音抑制电路的结构为现有技术。由于本方案的发明点不在于该电路本身的结构设计，所以这里不作详细介绍。
6、上述方案中，所述安装槽道内还设有中继板，第一电路板和第二电路板通过电缆与中继板连接，中继板上设有信号输入/出接口与外部连接，槽道后端设有功率输入/出接口与外部连接。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型将桥式功率输出电路中的各MOS功率开关管与电路极及散热器进行有效组合，并将该组合与滤波还原电路在机箱的安装槽道内合理布置，从而构成一种新的模块化单元设计。采用这样模块化单元可以通过并联组合方式来满足输出功率的要求，因此组合方便，使用灵活，安装容易，大大增强了使用的便利性。
2、本实用新型在同样输出功率条件下与现有开关功率放大器功率模块相比，设计新颖，布局合理，结构紧凑，体积小。
3、本实用新型配合功率输出组件的风道设计，在模块安装槽道的前后分别设置了两个风扇进行强制风冷，从而大大提高了冷却效果，为了模块的可靠工作提供了良好的基础。
4、本实用新型采用了低噪声风扇，因而噪声小，作业环境好。
5、本实用新型在中继板上安装了功率放大器指示灯检测系统状态，提高了系统的安全性能。
附图说明
附图1为开关功率放大器中桥式功率输出电路原理图；
附图2为实施例开关功率放大器功率输出单元外形立体图；
附图3为实施例开关功率放大器功率输出模块内部构造立体图；
附图4为实施例功率输出组件结构立体图；
附图5为实施例开关功率放大器功率输出模块背部平面图；
附图6为实施例并联应用示意图(一)；
附图7为实施例并联应用示意图(二)；
附图8为实施例并联应用示意图(三)。
以上附图中：1、上盖；2、机箱；3、中隔板；4、安装槽道；5、功率输出组件；6、滤波还原电路；7、快速熔断器；8、接线端子；9、前置低噪音风扇；10、后置低噪音风扇；11、中继板；12、第一电路板；13、第二电路板；14、第一散热器；15、第二散热器；16、导热面；17、散热翅片；18、基板；19、TMOS功率开关管；20、散热风道；21、通讯电缆；22、信号输入/出接口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：一种开关功率放大器功率输出模块
图2为本实施例关功率放大器功率输出单元外形立体图，该单元中设有两个相同结构的功率输出模块。
图3为打开图2功率输出单元上盖1所示的内部构造立体图。从图3中可以看出，一个功率输出单元由机箱2、上盖1和两个功率输出模块组成。机箱2由中隔板3分割成左右两个安装槽道4，每个安装槽道4内安置一个功率输出模块。
所述功率输出模块由一个功率输出组件5、滤波还原电路6、快速熔断器7、前置低噪音风扇9、后置低噪音风扇10、中继板11和接线端子8组成。功率输出组件5和滤波还原电路6一前一后固设在安装槽道4内，前置低噪音风扇9安置在安装槽道4前部，后置低噪音风扇10安置在安装槽道4后端，中继板11一方面与功率输出组件5连接，另一方面作为信号输入/出接口与外部连接，接线端子8作为功率输入/出接口与外部连接。滤波还原电路6上设有滤波还原电路和噪音抑制电路，这些电路的具体结构为现有技术，这里不详细说明。将滤波还原电路6安装在功率输出组件5的后面，既方便与功率输出组件5连接，又获得了较好冷却效果。
见图4所示，功率输出组件5由第一电路板12、第二电路板13、第一散热器14和第二散热器15组成。功率输出组件5的电路部分由驱动电路、开关功率放大电路、保护电路和电源滤波电路构成，其中，开关功率放大电路主要由四组TMOS功率开关管19连接成桥式功率输出电路，每组六个TMOS功率开关管19并联作为桥式功率输出电路的一个桥臂，共计四个桥臂，见图1所示。桥式功率输出电路中的两个桥臂共用一块第一电路板12，其中，两个桥臂的TMOS功率开关管19分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，其管脚焊接在第一电路板12上。另两个桥臂共用一块第二电路板13，其中，这两个桥臂的TMOS功率开关管19分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，其管脚焊接在第一电路板12上。另外，第一电路板12和第二电路板13上还分别设有驱动电路、保护电路和电源滤波电路。第一电路板12和第二电路板13是相同的。第一散热器14和第二散热器15分别两块相同的板翅式散热器，该板翅式散热器由基板18和散热翅片17组成，散热翅片17位于基板18的一侧，基板18的另一侧为导热面16。组装时，将第一散热器14和第二散热器15以散热翅片17面对面形式上下相距平行布置构成散热器对，第一电路板12和第二电路板13分别从散热器对的左右两侧对称贴靠定位并固定，其中，四个桥臂的TMOS功率开关管19散热面在散热器对的四个角部紧贴导热面16固定。致此第一电路板12、第二电路板13、第一散热器14和第二散热器15围成的空间为一个散热风道20。散热风道20与安装槽道4的方向一致，前置低噪音风扇9设在散热风道20的入口处，后置低噪音风扇10设在安装槽道4后端，以此构成前置低噪音风扇9→散热风道20→滤波还原电路6→后置低噪音风扇10的强制风冷结构。在电路连接上，中继板11一方面通过两侧的通讯电缆21分别与第一电路板12和第二电路板13连接，另一方面通中继板11上所设的信号输入/出接口22与外部连接。
图5所示为开关功率放大器功率输出模块背部平面图，其中，后置低噪音风扇10将开关功率放大器功率输出模块产生的热量带出，接线端子8作为开关功率放大器功率输出模块的功率输入/出接口。
图6为采用四个本实施例开关功率放大器功率输出模块并联应用的示意图。图7和图8为采用三个本实施例开关功率放大器功率输出模块并联应用的示意图。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1、一种开关功率放大器功率输出模块，包括机箱、开关功率放大电路、滤波还原电路以及散热冷却装置，其中，开关功率放大电路主要由四组MOS功率开关管连接成桥式功率输出电路，每组MOS功率开关管并联作为桥式功率输出电路的一个桥臂，共计四个桥臂，其特征在于：
(1)、桥式功率输出电路中的两个桥臂共用一块电路板，其中，两个桥臂的MOS功率开关管分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，以此构成第一电路板，另两个桥臂共用另一块电路板，其中，这两个桥臂的MOS功率开关管分别沿该电路板的两侧边缘间隔排列，以此构成第二电路板；
(2)、散热冷却装置由两块板翅式散热器和两个风扇组成，其中，每块板翅式散热器由基板和散热翅片组成，散热翅片位于基板的一侧，基板的另一侧作为导热面；
(3)、两块板翅式散热器以散热翅片面对面形式相距平行布置构成散热器对，第一电路板和第二电路板分别从散热器对的两侧贴靠定位，其中，四个桥臂的MOS功率开关管散热面在散热器对的四个角部紧贴导热面；第一电路板、第二电路板和两块板翅式散热器围成的空间作为散热风道，以此作为功率输出组件；
(4)、机箱内设有安装槽道，功率输出组件和滤波还原电路在该槽道内的长度方向上前、后固定设置，其中，功率输出组件的散热风道与槽道的方向一致，两个风扇一前一后分别设置在槽道两端部位，以此构成强制风冷结构。
2、根据权利要求1所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述功率输出组件设在槽道前部，滤波还原电路设在槽道后部，槽道前部的风扇设在功率输出组件的散热风道入口处。
3、根据权利要求1所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述功率输出组件中的两块板翅式散热器上下对称设置或左右对称设置，对应的第一电路板和第二电路板左右对称设置或上下对称设置。
4、根据权利要求1所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述第一电路板和第二电路板上分别设有保护电路。
5、根据权利要求4所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述第一电路板和第二电路板上分别设有驱动电路。
6、根据权利要求5所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述第一电路板和第二电路板上分别设有电源滤波电路。
7、根据权利要求1所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述滤波还原电路中还设有噪音抑制电路。
8、根据权利要求1所述的开关功率放大器功率输出模块，其特征在于：所述安装槽道内还设有中继板，第一电路板和第二电路板通过电缆与中继板连接，中继板上设有信号输入/出接口与外部连接，槽道后端设有功率输入/出接口与外部连接。
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