CN213342031U - 一种GaN基单相逆变电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种GaN基单相逆变电源，属于逆变器技术领域，该电源包括逆变器下壳体和逆变器上壳体；逆变器下壳体和逆变器上壳体活动连接；逆变器下壳体和逆变器上壳体形成中空空间M；中空空间M内部设置有驱动与控制电路基板，驱动与控制电路基板上设置有Boost电感、氮化镓基功率电子器件、LLC谐振电感、LLC主变压器和逆变器电感；驱动与控制电路基板包括升压电路、LLC谐振电路和逆变电路；升压电路一端与LLC谐振电路一端相连接，LLC谐振电路的另一端与逆变电路相连接，该电路采用三级式架构，可有效保证电源的输出品质，逆变电源散热方式可极大简化其散热系统，提高运行可靠性；可减小系统的体积和重量。
Description
技术领域
本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种GaN基单相逆变电源。
背景技术
近年来，动车组列车对车辆设备的轻量化要求越来越高，传统的电源由于存在体积与重量大、结构复杂、电源传输效率低等问题已不能满足整车需求，因此亟待研发新型逆变电源。目前，普通的逆变电源功率在几十到几百瓦之间，并且冷却方式主要采用风冷形式，导致电源体积和重量增大，除此之外，其功率越来越无法满足用户的使用需求。
为了解决上述问题，国际上主要电力电子厂家和科研机构，不断探索高效节能、轻量化的变流产品，并逐步将提升变流产品效率的突破口放在功率器件材料的变革上。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是继Si材料之后的第三代半导体材料。它具有开关速度快、开关频率高、开关损耗低、通态电阻小、工作结温高等优势，可以满足实际应用中对电源提出的高功率密度、高效节能、谐波小、轻量化等要求。
实用新型内容
根据现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种GaN基单相逆变电源，包括逆变器下壳体和逆变器上壳体；
所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体活动连接；
所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体形成中空空间M；
所述中空空间M内部设置有驱动与控制电路基板，所述驱动与控制电路基板上设置有Boost电感、氮化镓基功率电子器件、LLC谐振电感、LLC主变压器和逆变器电感；
所述驱动与控制电路基板包括升压电路、LLC谐振电路和逆变电路；
所述升压电路一端与所述LLC谐振电路一端相连接，所述LLC谐振电路的另一端与所述逆变电路相连接。
进一步地，所述Boost电感、氮化镓基功率电子器件、LLC谐振电感、LLC主变压器和逆变器电感外部设置均设置有导热壳体。
进一步地，所述导热壳体内部填充有导热胶。
进一步地，所述逆变器下壳体的边沿和逆变器上壳体的边沿通过密封胶条连接。
进一步地，该电源的外形尺寸为560mm×380mm×110mm。
进一步地，该电源的防护等级为IP65。
由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种GaN基单相逆变电源，基于新型的主电路拓扑结构，采用高频隔离DCDC控制技术，设计了一款容量为3.5KVA的自然散热型GaN基器件的车载单相逆变电源，其额定负载效率超过94.5％，可将轨道车辆充电机提供的110V直流转换为220V/50HZ交流电，供交流负载使用；与传统的电力电子器件相比，该电源采用的氮化镓(GaN)基功率电子器件具有开关速度快、开关频率高、开关损耗低、通态电阻小、工作结温高等优势，可以满足实际应用中对电源提出的高功率密度、高效节能、谐波小、轻量化等要求；本逆变电源采用了Boost、LLC及逆变器的三级式架构，可有效保证电源的输出品质，并且很大程度上提升高频隔离逆变器的效率与功率密度；该逆变电源的设计有效地解决了高频电源常见的电磁兼容、涡流、高阻抗的电气问题，使得逆变电源在与其他电源设备一同组成单元进行使用时，不会出现干扰问题；该逆变电源采用自然对流形式进行系统散热，简化了系统结构，降低了系统重量；此外，该逆变电源防护等级可达到IP65，可在非密闭环境下使用，拓展了应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的外观图；
图2为本实用新型的侧视图；
图3为本实用新型的立体图；
图4为本实用新型的顶视图；
图5为本实用新型的电路图。
图中：1、Boost电感，2、氮化镓基功率电子器件，3、LLC谐振电感，4、LLC主变压器，5、逆变器下壳体，6、密封胶条，7、逆变器电感，8、驱动与控制电路板，9、连接器Ⅰ，10、逆变器上壳体，11、导热壳体，12、导热硅胶，13、升压电路，14、LLC谐振电路，15、逆变电路，16、连接器Ⅱ、17、连接器Ⅲ。
具体实施方式
为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
图1为本实用新型的外观图；图2为本实用新型的侧视图；图3为本实用新型的立体图；图4为本实用新型的顶视图；
一种GaN基单相逆变电源，包括：逆变器下壳体5和逆变器上壳体10；
所述逆变器上壳体10上设置连接器Ⅰ9、连接器Ⅱ16和连接器Ⅲ17；
所述连接器Ⅰ9为重载连接器用于接收控制信号，所述连接器Ⅱ16为110V直流电连接器，所述连接器Ⅲ17为220V交流电输出连接器；
所述逆变器下壳体5和所述逆变器上壳体10通过螺丝活动连接；
所述逆变器下壳体5和所述逆变器上壳体10形成中空空间M；
所述中空空间M内部设置有驱动与控制电路基板8，所述驱动与控制电路基板8上设置有Boost电感1、氮化镓基功率电子器件2、LLC谐振电感3、LLC主变压器4和逆变器电感7；
图5为本实用新型的电路图；所述驱动与控制电路基板8采用了一种如图5所示的升压电路、LLC谐振电路及逆变电路的三级式架构；可有效保证电源的输出品质，并且很大程度上提升高频隔离逆变器的效率与功率密度；
所述驱动与控制电路基板8包括升压电路13、LLC谐振电路14和逆变电路15；
所述升压电路13一端与所述LLC谐振电路14一端相连接，所述LLC谐振电路14的另一端与所述逆变电路15相连接。
所述升压电路13负责将输入电压从DC110V(±30％)提升至DC400V；
所述LLC谐振电路14主要实现高频隔离功能，LLC谐振电路14由包括LLC谐振电感和LLC主变压器组成；
所述逆变电路15负责将DC400V逆变为AC220V/50Hz，再经逆变器电感滤波后输出，以供交流负载使用；
该电路具体工作过程为：输入电源分别通过(Lb1、Db1、Sb1)、(Lb2、Db2、Sb2)实现交错BOOST升压变换，对支撑电容C1进行充电，经过GaN开关管(S1、S2、S3、S4)把直流电变换为脉冲PWM信号，再经过谐振电抗器Lr、谐振电容Cr和高频变压器T实现电气隔离，然后由D1、D2、D3和D4整流成直流对支撑电容C2充电，逆变电路15通过GaN开关管(S1、S2、S3、S4)把直流电变换为交流脉冲信号，经过L1、L2和C3滤波成单相220V正弦波。
本逆变电源采用自然对流形式进行系统散热，所述Boost电感1、氮化镓基功率电子器件2、LLC谐振电感3、LLC主变压器4和逆变器电感7外部设置均设置有导热壳体11，各类电感器件通过导热硅胶12与导热壳体11进行传热；
所述导热壳体11内部填充有导热硅胶12；该逆变电源是通过逆变器下壳5、驱动与控制电路8、导热壳体11、逆变器上壳10、连接器9等器件的合理电气连接和空间布局，将轨道车辆充电机提供的110V直流电转换为220V/50HZ交流电，供交流负载使用。
所述逆变器下壳体5的边沿和逆变器上壳体10的边沿通过密封胶条6连接；导热壳体11与逆变器上壳体10通过导热硅胶12贴合，最终将发热器件的热量传递到外界环境；
本逆变电源散热方式可极大简化其散热系统，提高运行可靠性；除此之外，可减小系统的体积和重量。
为了满足轻量化要求，采用自然对流形式进行系统散热，该车载单相逆变电源防护等级可达到IP65，外形尺寸为：560mm×380mm×110mm，重量25Kg，散热路径如下：各类电感和GaN器件产生的热量依次经过导热壳体11、导热硅胶12、逆变器上壳体10散发到外界环境。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种GaN基单相逆变电源，其特征在于：包括逆变器下壳体和逆变器上壳体；
所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体活动连接；
所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体形成中空空间M；
所述中空空间M内部设置有驱动与控制电路基板，所述驱动与控制电路基板上设置有Boost电感、氮化镓基功率电子器件、LLC谐振电感、LLC主变压器和逆变器电感；
所述驱动与控制电路基板包括升压电路、LLC谐振电路和逆变电路；
所述升压电路一端与所述LLC谐振电路一端相连接，所述LLC谐振电路的另一端与所述逆变电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基单相逆变电源，其特征还在于：所述Boost电感、氮化镓基功率电子器件、LLC谐振电感、LLC主变压器和逆变器电感外部设置均设置有导热壳体。
3.根据权利要求2所述的一种GaN基单相逆变电源，其特征还在于：所述导热壳体内部填充有导热胶。
4.根据权利要求1所述的一种GaN基单相逆变电源，其特征还在于：所述逆变器下壳体的边沿和逆变器上壳体的边沿通过密封胶条连接。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基单相逆变电源，其特征还在于：该电源的外形尺寸为560mm×380mm×110mm。
6.根据权利要求1所述的一种GaN基单相逆变电源，其特征还在于：该电源的防护等级为IP65。
Priority Applications (1)
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| CN202022478811.6U CN213342031U (zh) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 一种GaN基单相逆变电源 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN213342031U true CN213342031U (zh) | 2021-06-01 |
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Family Applications (1)
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| CN (1) | CN213342031U (zh) |
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2020
- 2020-10-30 CN CN202022478811.6U patent/CN213342031U/zh active Active
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