CN210431232U - 一种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大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有散热模块，调压模块和控制模块，调压模块的底部贴合散热模块的上表面，且调压模块与散热模块固定连接；控制模块固定在调压模块的上部，且控制模块与调压模块电连接。相比于现有技术，在本实用新型提供的电路结构应用于大功率环境下，电路结构紧凑，空间利用率大，散热快，电路布置方便，电气性能优越，应用于大功率环境下能取得良好的斩波调压效果。

Description

一种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，保证电路正常运行，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大功率高频斩波软开关调压电路结构，该电路结构应用在大功率环境下，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、散热效果好等效果。

本实用新型的技术方案如下：

一种大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有散热模块，调压模块和控制模块，调压模块的底部贴合散热模块的上表面，且调压模块与散热模块固定连接；控制模块固定在调压模块的上部，且控制模块与调压模块电连接。调压模块中包括有多个功率器件，在电路工作过程中，调压模块将产生大量的热量，因此在本实用新型提供的电路结构中，调压模块紧贴散热模块，散热模块一方面为调压模块提供安装基础，另一方面可方便将调压模块发出的热量带走。

进一步地，散热模块包括有散热板、进水管和出水管；散热板内部开设有水冷腔，进水管与出水管均与该水冷腔连通；外部冷却水经水管流入水冷腔，并经出水管流出。大功率环境下，调压模块的发热情况尤为明显，本实用新型提供的电路结构在散热板中设置水冷腔，外部冷却水通过进水管和出水管流动散热，以实现更好的散热效果。

进一步地，调压模块包括有主斩波单元和辅助斩波单元，主斩波单元与辅助斩波单元间隔设置；主斩波单元与辅助斩波单元的底部均固定贴合散热板的上表面。

进一步地，主斩波单元包括有两个主斩波封装管，两个主斩波封装管相互紧贴；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；主斩波单元包括有主斩波第一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；

辅助斩波单元中包括有辅助斩波第一IGBT管和辅助斩波第二IGBT管；辅助斩波第一IGBT管的漏极引出接线端，辅助斩波第一IGBT管的栅极与其源极连接，辅助斩波第一IGBT管的源极与辅助斩波第二IGBT管的漏极连接，辅助斩波第二IGBT管的栅极和源极分别引出接线端。大功率环境下，主斩波单元需同时使用两个封装管才能正常运行。

在实用新型提供的电路结构中，主斩波第一IGBT管和辅助斩波IGBT管均采用半桥式结构构造，即每个主斩波第一IGBT管和辅助斩波第一IGBT管的栅极与集电极分别短路，使得这三个IGBT管只有其内部集成的二极管接入电路，极大地减小了电子器件的体积，方便集成。

进一步地，调压模块还包括有钳位二极管和辅助电容，钳位二极管和辅助电容均紧密嵌合在由散热底板、主斩波单元和辅助斩波单元围合形成的半封闭空间内，钳位二极管和辅助电容的底部均与散热板固定连接，且辅助电容固定在钳位二极管的前侧。主斩波单元和辅助斩波单元体积较大，将二者间隔设置，二者与散热板将共同围合形成半封闭式的容置空间，将钳位二极管与辅助电感嵌合在该容置空间中，一方面方便各器件连接，另一方面可最大限度利用空间，使得整个电路结构排布紧凑，体积小巧。进一步地，调压模块还包括有辅助电感与连接铜线，辅助电感设置在散热板的前方，辅助电感的两端通过连接铜线分别连接主斩波单元和辅助斩波单元。辅助电感体积庞大，将其悬空设置在散热板前方，仅通过连接铜线将其与其他元器件连接起来，提升空间利用率。

进一步地，调压模块还包括有主斩波电容，主斩波电容固定在主斩波单元上部。将主斩波电容直接固定在主斩波单元的上部，一方面缩短二者之间的距离，另一方面也可有效利用主斩波单元上部的空间。

进一步地，控制模块包括有主斩波控制板与辅助斩波控制板；主斩波控制板设置在主斩波单元的后侧，且主斩波控制板的底部与主斩波单元的上部表面固定连接；辅助斩波控制板设置在辅助斩波单元的后侧，且辅助斩波控制板的底部与辅助斩波单元的上部表面固定连接。

上述各模块排布好后，各电子元器件之间将按照其电气连接原理连接，按照上述排布方法布置形成的结构，因其布局合理、结构紧凑，各电子元器件之间的连接线也可对应缩短，高频环境下，连接线上产生的分布电感也相应减小，元器件之间因排布问题产生的分布电容同样对应减小，最大程度上解决了高频环境下电路因分布电容与分布电感而对开关器件产生的电流或电压冲击的问题，因此，从另一个方面来看，采用本实用新型提供的电路结构，也将显著提升电路本身的电气性能，降低连接线本身的分布电感的干扰。

本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型提供的电路结构应用于大功率环境下，电路结构紧凑，空间利用率大，散热快，电路布置方便，能取得较好的斩波调压效果。

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，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，图中R为前端整流器，F为前端滤波器。

图3是具体实施方式中所实现的大功率高频斩波软开关调压电路结构的整体结构示意图，图中F为前端滤波器。

图4是具体实施方式中所实现的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2-4所示，本实用新型提供一种大功率高频斩波软开关调压电路结构，该结构包括有散热模块，调压模块和控制模块，调压模块的底部贴合散热模块的上表面，且调压模块与散热模块固定连接；控制模块固定在调压模块的上部，且控制模块与调压模块电连接。

在本具体实施方式中，散热模块包括有散热板1、进水管2和出水管3；散热板1内部开设有水冷腔，进水管2与出水管3均与该水冷腔连通。

调压模块包括有主斩波单元4和辅助斩波单元5，主斩波单元4和辅助斩波单元5的底部均固定贴合散热板1的上表面；主斩波单元4和辅助斩波单元5间隔设置。

主斩波单元4包括有两个主斩波封装管41\42，两个主斩波封装管41\42相互紧贴；每个主斩波封装管41\42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Q11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；辅助斩波单元4包括有辅助斩波第一IGBT管Q21和辅助斩波第二IGBT管Q22；辅助斩波第一IGBT管Q21的漏极引出对应接线端，辅助斩波第一IGBT管Q21的栅极与其源极连接，辅助斩波第一IGBT管Q21的源极与辅助斩波第二IGBT管Q22的漏极连接；辅助斩波第二IGBT管Q22的栅极与源极分别引出对应接线端。

调压模块还包括有钳位二极管D3和辅助电容C2，钳位二极管D3和辅助电容C2均紧密嵌合在由散热底板1、主斩波单元4和辅助斩波单元5围合形成的半封闭空间内，钳位二极管D3和辅助电容C2的底部均与散热板1固定连接，且辅助电容C2固定在钳位二极管D3的前侧。

调压模块还包括有辅助电感L2与连接铜线6，辅助电感L2设置在散热板1的前方，辅助电感L2的两端通过连接铜线6分别连接主斩波单元4和辅助斩波单元5。

调压模块还包括有主斩波电容C3，主斩波电容C3固定在主斩波单元4的上部。

控制模块包括有主斩波控制板7与辅助斩波控制板8；主斩波控制板7设置在主斩波单元4的后侧，且主斩波控制板7的底部与主斩波单元4的上部表面固定连接；

辅助斩波控制板8设置在辅助斩波单元5的后侧，且辅助斩波控制板8的底与辅助斩波单元5的上部表面固定连接。

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 (8)

1.一种大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，该结构包括有散热模块，调压模块和控制模块，所述调压模块的底部贴合散热模块的上表面，且所述调压模块与散热模块固定连接；所述控制模块固定在调压模块的上部，且所述控制模块与调压模块电连接。

2.如权利要求1所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述散热模块包括有散热板、进水管和出水管；所述散热板内部开设有水冷腔，所述进水管与出水管均与该水冷腔连通；外部冷却水经水管流入水冷腔，并经出水管流出。

3.如权利要求2所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述调压模块包括有主斩波单元和辅助斩波单元，所述主斩波单元与辅助斩波单元间隔设置；所述主斩波单元与辅助斩波单元的底部均固定贴合散热板的上表面。

4.如权利要求3所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述主斩波单元包括有两个主斩波封装管，两个所述主斩波单元相互紧贴；每个所述主斩波单元中均包括有主斩波第一IGBT管和主斩波第二IGBT管；所述主斩波单元包括有主斩波第一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；

所述辅助斩波单元中包括有辅助斩波第一IGBT管和辅助斩波第二IGBT管；所述辅助斩波第一IGBT管的漏极引出接线端，所述辅助斩波第一IGBT管的栅极与其源极连接，所述辅助斩波第一IGBT管的源极与辅助斩波第二IGBT管的漏极连接，所述辅助斩波第二IGBT管的栅极和源极分别引出接线端。

5.如权利要求4所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述调压模块还包括有钳位二极管和辅助电容，所述钳位二极管和辅助电容均紧密嵌合在由散热底板、主斩波单元和辅助斩波单元围合形成的半封闭空间内，所述钳位二极管和辅助电容的底部均与散热板固定连接，且所述辅助电容固定在钳位二极管的前侧。

6.如权利要求5所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述调压模块还包括有辅助电感与连接铜线，所述辅助电感设置在散热板的前方，所述辅助电感的两端通过连接铜线分别连接主斩波单元和辅助斩波单元。

7.如权利要求6所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述调压模块还包括有主斩波电容，所述主斩波电容固定在主斩波单元上部。

8.如权利要求7所述的大功率高频斩波软开关调压电路结构，其特征在于，所述控制模块包括有主斩波控制板与辅助斩波控制板；所述主斩波控制板设置在主斩波单元的后侧，且所述主斩波控制板的底部与主斩波单元的上部表面固定连接；所述辅助斩波控制板设置在辅助斩波单元的后侧，且所述辅助斩波控制板的底部与辅助斩波单元的上部表面固定连接。

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