CN201282416Y - 一种大功率开关电源a型芯体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大功率开关电源A型芯体。其结构特征是芯体是由整流桥的输出正极板、整流桥C相输入的板、整流桥B相输入的板、整流桥A相输入的板、电容正极板、电容负极板叠层安装，板间用垫柱支撑，然后与4个整流桥模块和2个IGBT模块套装在同一水冷板上。本实用新型减少了走线，克服导线电感和阻抗的影响，进而减小了电磁干扰，达到了抑制电磁干扰的目的。

Description

一种大功率开关电源A型芯体

技术领域

本实用新型涉及一种大功率开关电源A型芯体。

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。在相同功率容量下，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，则控制高频噪声的产生和辐射是开关电源生产系统设计中最为关键的技术。

大家知道，在开关电源中，有些信号包含丰富的高频分量，因而任何一条引线都可能成为天线，引线的长和宽影响它的电阻和电感量，进而关系到它们的频率响应，即使是传送直流信号的引线，也会从邻近的引线上引入RF(射频)信号，使电路发生故障，或者把这干扰信号再次辐射出去。在此过程中，导线具有对电子电路的瞬态性能和噪声性能产生影响的重要特性，而电感是其最重要的特性之一，即使是在低频情况下，导线的感抗都可能大于导线本身的电阻。

导线的总电感实际上是内部电感与外部电感之和，导线的横截面影响着内部电感，可以通过使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，假若给导线通以高频电流，因为导线存在趋肤效应，电流集中在导线的表面上流动，所以导线的内部电感进一步减小，因此一般外部电感是导线唯一比较大的电感，导线的间距影响着外部电感。

电阻是导线的第二个非常重要的特性，改变导线截面的形状可以减小导线的交流电阻，矩形截面导线的交流电阻小于圆截面导线，这是因为单位截面积内，矩形截面导线的表面积更大。

因为相同截面积的矩形截面导线的交流电阻和电感小于圆截面导线的交流电阻和电感，所以矩形导线更适合在开关电源中用做连接导线。

若想获得最好的噪声特性，传输线必须具有尽可能小的特性阻抗，用矩形截面导线代替圆形截面导线，或尽量使两根导线相互靠近，一根导线置于另一根导线的上面，都可以减小导线的电感。这就要求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，增加输出电压纹波，ESL会引起输出电压高频噪声，进而产生磁场辐射。

发明内容

鉴于上述矩形截面导线布线的苛刻要求，为了控制开关电源高频噪声的产生，本实用新型的目的在于提供一种大功率开关电源A型芯体。即在大功率开关电源设计中，将细而长的导线改成铜板，器件均采用铜板连接。用铜板取代导线，铜板与铜板之间都是相叠而安装的，组合成大功率开关电源芯体，利用机械结构抑制技术通过合理的物理布局来抑制电磁干扰。

本实用新型的目的是通过以下技术措施来实现：

一种大功率开关电源A型芯体，是将4个整流桥模块和2个IGBT模块集中安装在同一水冷板上，4个整流桥模块并联，在水冷板上置放电容负极板，电容负极板与电容正极板上下相叠，中间通过垫柱用螺钉连接；电容负极板负极分别与4个整流桥的输出负极及2个IGBT的E1脚通过垫柱相连，电容正极板正极与2个IGBT的C2脚通过垫柱相连；4个整流桥的通过垫柱叠放在电容负极板的负极上与4个整流桥的A相板相连；4个整流桥的B相输入板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的板上与4个整流桥的B相相连；4个整流桥的C相输入板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的板上与4个整流桥的C相相连；4个整流桥的输出正极板通过垫柱叠放在整流桥C相输入的板上与4个整流桥的输出正极相连。

上述的水冷板、电容负极板和电容正极板、A相板、B相板和C相板为3mm厚的铜板。

上述的垫柱高为7～35mm。

本实用新型的优点是：

1、为减小每个电流环路的电磁辐射，选用4个整流桥模块，2个IGBT模块输出主电路，主电路中滤波电容，功率开关管或整流器，电感或变压器放置靠近，并确定好这些器件的方向，减短连线长度，使它们之间的电流通路尽可能短，以满足兰州重离子加速器冷却储存环大电流输出电流较大(500A～700A)、高电压的需求。

2、电容板的负极与电容板的正极分别为两张铜板，上下相叠，中间通过不同高度垫柱相连。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。

3、本实用新型采用铜板相叠连接方式，完成了多个器件的电气连接，减少了走线，进而减小了电磁干扰。

4、本实用新型作为大功率开关电源的主体安装在开关电源柜中，既减小了开关柜的体积，又减少了内部连线，达到了抑制电磁干扰的目的。

附图说明

图1为本实用新型主电路图。

图2为本实用新型整流桥外形图。

图3为本实用新型IGBT外形图。

图4为本实用新型整流桥模块、IGBT模块与水冷板安装图；图右为图5的左视图；图上为图5的仰视图。

图5为本实用新型电容板的负极铜板，图右为图5的左视图；图上为图5的仰视图。

图6为本实用新型电容板的正极铜板；图右为图6的左视图；图上为图6的仰视图。

图7为本实用新型电容与负极铜板安装图；图右为图7的左视图；图上为图7的仰视图。

图8为本实用新型电容与正极铜板安装图；图右为图8的左视图；图上为图9的仰视图。

图9中，左上角为整流桥的A相铜板电容与正极铜板安装图；右上角为整流桥的B相铜板，左下角为整流桥的C相铜板，右下角为整流桥的正极铜板。

图10为本实用新型电容正、负极板与整流桥模块、IGBT模块安装图，图右为图10的左视图；图上为图10的仰视图。

图11为本实用新型整流桥模块与整流桥模块A相输入铜板安装图，图右为图11的左视图；图上为图11的仰视图。

图12为本实用新型整流桥模块与整流桥模块B相输入铜板安装图，图右为图12的左视图；图上为图12的仰视图。

图13为本实用新型整流桥模块与整流桥模块C相输入铜板安装图，图右为图13的左视图；图上为图13的仰视图。

图14为本实用新型整流桥模块正极输出与整流桥模块正极输出铜板安装图，图右为图14的左视图；图上为图14的仰视图。

图15为垫柱示意图。

具体实施方式

实施例

本实用新型采用的水冷板、电容负极板和电容正极板、A相板、B相板和C相板为3mm厚的铜板。

如图1-15所示，一种大功率开关电源A型芯体，是将4个整流桥模块和2个IGBT模块集中安装在同一水冷板上，4个整流桥模块并联，其交流输入和输出正极也用铜板连接，通过循环水装置进行冷却。将电容分别安装在负极铜板，用螺钉将电容分别固定在负极板上，呈电容负极板；再将电容负极板与电容正极板上下相叠，中间通过7mm垫柱，用螺钉连接，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。然后，将组装后的电容板与安装完成后的水冷板进行套装，电容板的负极分别与4个整流桥的输出负极及2个IGBT的E1脚通过垫柱相连。电容板的正极与2个IGBT的C2脚通过垫柱相连。这样用最简捷的方式完成了多个器件的电气连接，减少了走线，进而减小了电磁干扰。随后，4个整流桥的A相输入铜板通过14mm垫柱叠放在电容负极板的负极上与4个整流桥的A相相连，用螺钉固定；4个整流桥的B相输入铜板通过21`mm垫柱叠放在整流桥A相输入的铜板上与4个整流桥的B相相连，用螺钉固定；4个整流桥的C相输入铜板通过28mm垫柱叠放在整流桥B相输入的铜板上与4个整流桥的C相相连，用螺钉固定；4个整流桥的输出正极铜板通过35mm垫柱叠放在整流桥C相输入的铜板上与4个整流桥的输出正极相连，用螺钉固定；4个整流桥的A相、B相、C相交流输入3个铜板及输出正极铜板之间相叠安装，中间用7mm垫柱相连。

以上大功率开关电源A型芯体叠层母排结构设计在兰州重离子加速器冷却储存环中，在主环、实验环、RIBLL II等实验终端上得到了广泛的应用，达到了抑制电磁干扰的目的。

Claims (3)

1、一种大功率开关电源A型芯体，其特征是将4个整流桥模块和2个IGBT模块集中安装在同一水冷板上，4个整流桥模块并联，在水冷板上置放电容负极板，电容负极板与电容正极板上下相叠，中间通过垫柱用螺钉连接；电容负极板的负极分别与4个整流桥的输出负极及2个IGBT的E1脚通过垫柱相连，电容正极板正极与2个IGBT的C2脚通过垫柱相连；4个整流桥的通过垫柱叠放在电容负极板的负极上与4个整流桥的A相板相连；4个整流桥的B相输入板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的板上与4个整流桥的B相相连；4个整流桥的C相输入板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的板上与4个整流桥的C相相连；4个整流桥的输出正极板通过垫柱叠放在整流桥C相输入的板上与4个整流桥的输出正极相连。

2、根据权利要求1所述的一种大功率开关电源A型芯体，其特征是上述的水冷板、电容负极板和电容正极板、A相板、B相板和C相板为3mm厚的铜板。

3、根据权利要求1所述的一种大功率开关电源A型芯体，其特征是上述的垫柱高为7～35mm。

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