CN210431228U - 一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有的电容模块、连接模块、主斩波模块和辅助斩波模块；电容模块设置在连接模块的下表面上，且电容模块与连接模块固定连接；主斩波模块与辅助斩波模块分别固定在连接模块上表面的左右两侧，电容模块、主斩波模块与辅助斩波模块之间均通过连接模块实现电连接。该电路结构结构紧凑、布局合理、电性能好、方便集成、散热效果好等优点，应用于超大功率环境下能取得良好的斩波调压效果。

Description

一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构

技术领域

本实用新型属于斩波电路领域，特别涉及一种斩波软开关调压电路的结构。

背景技术

感应加热技术因其可控性好、自动化程度高、加热效率高等特点，广泛应用于透热、熔炼、淬火等工业加工场景中。

感应加热设备中，电源设备至关重要。在现有的感应加热设备中，电源设备中一般包括有整流模块、调压模块和逆变模块。外部三相网压经整流模块整流后，成为具有固定幅值的直流电输入到调压模块中，调压模块对该直流电做调压变换后，成为可调幅值的直流电输入到逆变模块中，经逆变模块后最终成为具有指定幅值与指定频率的交流电输出，供给感应加热器使用。

调压模块通常由开关器件与其他电子元器件配合搭建组成，开关器件的通断变化将产生不同的调压效果。然而，在高频环境下，开关器件往往在大电压下开通、大电流下关断，即开关器件处于硬开关通断状态。

开关器件的硬性通断状态不仅将增加电路的功率损耗、开关器件易受尖峰电压和尖峰电流影响而存在击穿危险，高频环境下开关器件硬性通断时还将产生高幅值突变电压和突变电流，这些高幅值突变电压和突变电流将对电路造成严重的电磁干扰，严重影响电源设备的稳定性。

为克服上述缺陷，现有技术中提出了一种高频斩波软开关调压电路，该调压电路的电路原理图如图1所示。在该电路中包括有PWM驱动控制电路、主斩波调压电路、辅助斩波调压电路和输出电路。

其中，主斩波调压电路包括有主斩波调压电路包括有第一二极管和第一IGBT管，第一二极管的阴极连接输入高压直流电的正极，第一二极管的阳极连接第一IGBT管的集电极，第一IGBT管的栅极连接PWM驱动控制电路，第一IGBT管的发射极连接外部输入高压直流电的负极。

主斩波调压电路还包括有第一电容，第一电容的一端连接在第一IGBT管的集电极与第一二极管的公共端，第一电容的另一端连接第一IGBT管的发射极与外部输入高压的负极的公共端。

而该电路中的辅助斩波调压电路包括有第二IGBT管、第二二极管、第三二极管、第二电容和第一电感；第三二极管的阴极连接外部输入高压直流电的正极，第三二极管的阳极连接第二二极管的的阴极，第二二极管的阳极连接第二IGBT管集电极，第二IGBT管的发射极连接外部输入高压直流电的负极，第一电感的一端连接第二IGBT管的集电极和第二二极管的阳极的公共端，第一电感的另一端连接第一二极管的阳极和第一IGBT管的集电极的公共端，第二电容的一端连接第三二极管和第二二极管的公共端的公共端，第二电容的另一端连接第一电感、第一二极管和第一IGBT管的公共端。

主斩波调压电路和辅助斩波调压电路是实现开关器件的软开关斩波调压的基础，在高频环境下使用上述高频斩波软开关调压电路，不仅可方便实现电压调节，还能在最大限度上降低开关器件的开关损耗，提升电路的稳定性。

然而，该电路应用到现实的超大功率应用场景下时，各个电子元器件如何组合排布、如何解决电路的散热问题，如何解决了各个电子元器件由于连接方式带来的分布电感、分布电容在电路开关过程中造成电流电压冲击问题，如何取得良好的应用效果，现有技术中并未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构，该电路结构应用在超大功率环境下，用以解决各电子元器件的排布问题，取得电路结构体积小巧、结构紧凑、连接紧密、散热快、结构空间布局合理的技术效果。

本实用新型的技术方案如下：

一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有的电容模块、连接模块、主斩波模块和辅助斩波模块；电容模块设置在连接模块的下表面上，且电容模块与连接模块固定连接；主斩波模块与辅助斩波模块分别固定在连接模块上表面的左右两侧，电容模块、主斩波模块与辅助斩波模块之间均通过连接模块实现电连接。

电容模块包括有复数个滤波电容，复数个滤波电容呈矩阵式分布在连接模块的下表面上，且复数个滤波电容的上部均与连接模块固定连接。

连接模块包括有负极-元件绝缘板、负极铜连接板、负极-正极绝缘板、正极铜连接板、正极-输出绝缘板以及输出铜连接板；负极-元件绝缘板、负极铜连接板、负极-正极绝缘板、正极铜连接板、正极-输出绝缘板以及输出铜连接板从下至上依次层叠，相邻板层之间固定贴合。

主斩波模块包括有主斩波元件及主斩波散热器，主斩波元件固定在主斩波散热器上，主斩波元件与连接模块固定连接；辅助斩波模块包括有辅助斩波元件及主斩波散热器，辅助斩波元件固定在辅助斩波散热器上，辅助斩波元件与连接模块固定连接。

主斩波元件包括有复数个主斩波封装管，复数个主斩波封装管呈线性整齐排列，且复数个主斩波封装管的底部均与连接模块固定连接；

每个主斩波封装管中均包括有主斩波第一IGBT管和主斩波第二IGBT管，主斩波第一IGBT管的漏极引出对应接线端，主斩波第一IGBT管的栅极与其源极连接，主斩波第一IGBT管的源极与主斩波第二IGBT管的漏极连接；主斩波第二IGBT管的栅极与源极分别引出对应接线端。

辅助斩波元件包括有复数个辅助斩波封装管，复数个辅助斩波封装管呈线性间隔排列，相邻两个辅助斩波封装管与辅助斩波散热器共同围合形成容置空间；且复数个辅助斩波封装管的底部均与连接模块固定连接；

每个辅助斩波封装管中均包括有辅助斩波IGBT管；辅助斩波IGBT管的漏极、栅极与源极均引出接线端。

辅助斩波元件还包括有辅助二极管和钳位二极管，辅助二极管和钳位二极管均与辅助斩波封装管对应设置，辅助二极管和钳位二极管紧密嵌合在相邻两个辅助斩波封装管与辅助斩波散热器共同围合形成的容置空间内，辅助二极管和钳位二极管的底部均固定在辅助斩波散热器上。

辅助斩波元件还包括有辅助电容，辅助电容与辅助斩波封装管对应设置，每个辅助电容均固定在对应辅助斩波封装管上方，且每个辅助电容均与对应的辅助斩波封装管固定。

辅助斩波元件还包括有辅助电感和连接铜线，辅助电感对应辅助斩波封装管设置复数个，复数个辅助电感呈线性排列在辅助散热器的外侧，且复数个辅助电感分别通过连接铜线与对应元件固定连接。

该结构还包括有控制板，控制板与设置在主斩波模块的上方，且控制板与主斩波模块固定连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、结构紧凑，结构整体体积小巧：主斩波模块与辅助斩波模块夹持连接模块，并通过连接模块完成电连接，一方面方便各个电子元器件连接，另一方面也为整个电路结构带来了结构紧凑，体积小巧的良好效果。

2、布局合理：电容模块设置在连接模块的下方、而主斩波模块与辅助斩波模块设置在连接模块的上方，可有效利用空间，各个电子元器件间相互配合，合理布局。

3、电气性能好：本实用新型提供的电路结构中，以正极铜连接板作为电路中的正极线，以负极铜连接板作为电路中的负极线，以输出铜连接板作为电路中的输出线，三块平面铜板依次层叠，则电流从正极铜连接板流入，流经对应电子元器件后，流入负极铜连接板中，并通过输出铜连接板向下一级电气结构输出，这样的电路结构最大程度上缩短了电流所流经路径的长度，减小了电路中的分布电感和分布电容，解决了各个电子元器件由于连接方式带来的分布电感、分布电容在电路开关过程中造成电流电压冲击问题；且从另一方来看，各个连接板的平面的、板状的结构，方便电流均匀分配，避免了因电流分配不均而产生多电子元器件之间承载失衡的问题，不仅保证电路能稳定承受超大功率的斩波调压工作，还进一步地保护了电路中的电子元器件，防止其因过流而烧坏或击穿，保证电路结构稳定，提升电路的电气性能，提升电路结构整体稳定性。

4、方便集成：大功率环境下，需同时使用多个IGBT管完成电路的斩波调压功能，为方便集成，本实用新型提供的电路结构中，每一个主斩波第一IGBT管的栅极均与源极短接，使得该IGBT管仅其内部集成的二极管接入电路，取代原有电路中的功能，方便集成装配。

5、散热效果好：主斩波模块与辅助斩波模块均对应设置散热器，提高了散热效率。

附图说明

图1是现有技术中提供的高频斩波软开关调压电路的电路原理图，其中A部分为斩波主回路，B部分为控制回路，R为前端整流器，F为电容模块；以下为图1中的具体元器件说明：

IGBT1：第一IGBT管； IGBT2：第二IGBT管；

D1：第一二极管； C3：第一电容；

D2：第二二极管； D3：第三二极管；

C2：第二电容； L2：第一电感。

图2是实用新型提供的超大功率高频斩波软开关调压电路结构的电气连接原理图。

图3是图2中A1部分的局部放大图。

图4是图2中B1部分的局部放大图。

图5是具体实施方式中所实现的超大功率高频斩波软开关调压电路结构的整体结构示意图。

图6是具体实施方式中所实现的超大功率高频斩波软开关调压电路结构的爆炸图。

图7是具体实施方式中所实现的超大功率高频斩波软开关调压电路结构的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

参见图2-6所示，本实用新型提供一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有的电容模块1、连接模块2、主斩波模块3和辅助斩波模块4；电容模块1设置在连接模块2的下表面上，且电容模块1与连接模块2固定连接；主斩波模块3与辅助斩波模块4分别固定在连接模块2上表面的左右两侧，电容模块1、主斩波模块3与辅助斩波模块之间均通过连接模块2实现电连接。

电容模块1包括有复数个滤波电容11，复数个滤波电容11呈矩阵式分布在连接模块2的下表面上，且复数个滤波电容11的上部均与连接模块2固定连接。

连接模块2包括有负极-元件绝缘板21、负极铜连接板22、负极-正极绝缘板23、正极铜连接板24、正极-输出绝缘板25以及输出铜连接板26；负极-元件绝缘板21、负极铜连接板22、负极-正极绝缘板23、正极铜连接板24、正极-输出绝缘板26以及输出铜连接板27从下至上依次层叠，相邻板层之间固定贴合。

主斩波模块3包括有主斩波元件31及主斩波散热器32，主斩波元件31固定在主斩波散热器32上，主斩波元件31与连接模块2固定连接；辅助斩波模块4包括有辅助斩波元件41及主斩波散热器42，辅助斩波元件41固定在辅助斩波散热器42上，辅助斩波元件41与连接模块2固定连接。

主斩波元件31包括有复数个主斩波封装管311，复数个主斩波封装管311呈线性整齐排列，且复数个主斩波封装管311的底部均与连接模块1固定连接；

每个主斩波封装管311中均包括有主斩波第一IGBT管Q11和主斩波第二IGBT管Q12，主斩波第一IGBT管Q11的漏极引出对应接线端，主斩波第一IGBT管Q12的栅极与其源极连接，主斩波第一IGBT管Q11的源极与主斩波第二IGBT管Q12的漏极连接；主斩波第二IGBT管Q12的栅极与源极分别引出对应接线端。

辅助斩波元件41包括有复数个辅助斩波封装管411，复数个辅助斩波封装管411呈线性间隔排列，相邻两个辅助斩波封装管411与辅助斩波散热器42共同围合形成容置空间；且复数个辅助斩波封装管411的底部均与连接模块2固定连接；

每个辅助斩波封装管411中均包括有辅助斩波IGBT管Q2；辅助斩波IGBT管Q2的漏极、栅极与源极均引出接线端。

辅助斩波元件411还包括有辅助二极管D2和钳位二极管D3，辅助二极管D2和钳位二极管D3均与辅助斩波封装管411对应设置，辅助二极管D2和钳位二极管D3紧密嵌合在相邻两个辅助斩波封装管411与辅助斩波散热器42共同围合形成的容置空间内，辅助二极管D2和钳位二极管D3的底部均固定在辅助斩波散热器42上。

辅助斩波元件41还包括有辅助电容C2，辅助电容C2与辅助斩波封装管411对应设置，每个辅助电容C2均固定在对应辅助斩波封装管411上方，且每个辅助电容C2均与对应的辅助斩波封装管411固定。

辅助斩波元件41还包括有辅助电感L2和连接铜线5，辅助电感L2对应辅助斩波封装管411设置复数个，复数个辅助电感L2呈线性排列在辅助散热器42的外侧，且复数个辅助电感L2分别通过连接铜线5与对应元件固定连接。

该结构还包括有控制板6，控制板6与设置在主斩波模块3的上方，且控制板6与主斩波模块3固定连接。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，该结构包括有的电容模块、连接模块、主斩波模块和辅助斩波模块；所述电容模块设置在连接模块的下表面上，且所述电容模块与连接模块固定连接；所述主斩波模块与辅助斩波模块分别固定在连接模块上表面的左右两侧，所述电容模块、主斩波模块与辅助斩波模块之间均通过连接模块实现电连接。

2.如权利要求1所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述电容模块包括有复数个滤波电容，所述复数个滤波电容呈矩阵式分布在连接模块的下表面上，且所述复数个滤波电容的上部均与连接模块固定连接。

3.如权利要求2所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述连接模块包括有负极-元件绝缘板、负极铜连接板、负极-正极绝缘板、正极铜连接板、正极-输出绝缘板以及输出铜连接板；所述负极-元件绝缘板、负极铜连接板、负极-正极绝缘板、正极铜连接板、正极-输出绝缘板以及输出铜连接板从下至上依次层叠，相邻板层之间固定贴合。

4.如权利要求3所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述主斩波模块包括有主斩波元件及主斩波散热器，所述主斩波元件固定在主斩波散热器上，所述主斩波元件与连接模块固定连接；所述辅助斩波模块包括有辅助斩波元件及主斩波散热器，所述辅助斩波元件固定在辅助斩波散热器上，所述辅助斩波元件与连接模块固定连接。

5.如权利要求4所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述主斩波元件包括有复数个主斩波封装管，复数个所述主斩波封装管呈线性整齐排列，且复数个所述主斩波封装管的底部均与连接模块固定连接；

每个所述主斩波封装管中均包括有主斩波第一IGBT管和主斩波第二IGBT管，所述主斩波第一IGBT管的漏极引出对应接线端，所述主斩波第一IGBT管的栅极与其源极连接，所述主斩波第一IGBT管的源极与主斩波第二IGBT管的漏极连接；所述主斩波第二IGBT管的栅极与源极分别引出对应接线端。

6.如权利要求4所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述辅助斩波元件包括有复数个辅助斩波封装管，复数个所述辅助斩波封装管呈线性间隔排列，相邻两个辅助斩波封装管与辅助斩波散热器共同围合形成容置空间；且复数个所述辅助斩波封装管的底部均与连接模块固定连接；

每个所述辅助斩波封装管中均包括有辅助斩波IGBT管；所述辅助斩波IGBT管的漏极、栅极与源极均引出接线端。

7.如权利要求6所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述辅助斩波元件还包括有辅助二极管和钳位二极管，所述辅助二极管和钳位二极管均与辅助斩波封装管对应设置，所述辅助二极管和钳位二极管紧密嵌合在相邻两个辅助斩波封装管与辅助斩波散热器共同围合形成的容置空间内，所述辅助二极管和钳位二极管的底部均固定在辅助斩波散热器上。

8.如权利要求7所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述辅助斩波元件还包括有辅助电容，所述辅助电容与辅助斩波封装管对应设置，所述每个辅助电容均固定在对应辅助斩波封装管上方，且每个所述辅助电容均与对应的辅助斩波封装管固定。

9.如权利要求8所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述辅助斩波元件还包括有辅助电感和连接铜线，所述辅助电感对应辅助斩波封装管设置复数个，所述复数个辅助电感呈线性排列在辅助散热器的外侧，且所述复数个辅助电感分别通过连接铜线与对应元件固定连接。

10.如权利要求9所述的超大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，该结构还包括有控制板，所述控制板与设置在主斩波模块的上方，且所述控制板与主斩波模块固定连接。

Images