CN2572660Y

CN2572660Y - 直流－直流电源变换器

Info

Publication number: CN2572660Y
Application number: CN 02255046
Authority: CN
Inventors: 徐鲁宁; 徐志捷; 曾莉莉
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2002-09-28
Filing date: 2002-09-28
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-28

Abstract

本设计直流－直流电源变换器是用于直流和直流之间变换的供电系统的设备。其主要的电气和电磁元器件包括输入电容器、功率开关管、高频变压器、整流器件、输出电感和输出电容器，主要机械零部件包括冷却散热器和机箱。机箱内的空间分成电力元器件层、散热层和磁性元器件层，分别用于装电力元器件、冷却散热器和磁性元器件。散热层居中，可采用散热片、水冷底板或半导体制冷器。散热片或水冷底板用金属材料制成，将电力元器件层和磁性元器件层隔离开，必要时再加电屏蔽网和磁屏蔽板，从而解决了现有技术变换器存在的电磁干扰和电路参数不平衡问题。

Description

直流—直流电源变换器

技术领域

本实用新型是用于直流和直流之间变换的供电系统的设备。涉及直流—直流电源变换器(简称DC-DC直流变换器)装配结构和性能的改进。

背景技术

随着电力电子技术的发展，DC-DC直流变换器以其高效、节能、控制灵活、体积小、重量轻等性能优势得到广泛地应用。现有技术的DC-DC直流变换器由电器元器件和磁性元器件组合装配而成。例如采用隔离变压器和滤波电感作为变流手段，对大功率开关管和整流器件进行冷却散热，在变换器的装配结构中，磁性元器件和电力元器件都装在散热构件的同一侧。磁性元器件与电力元器件这种间隔紧密地混装极易发生电磁干扰。在小功率时，因为干扰源能量较小，电磁干扰还比较容易解决。当功率增加时，干扰源的能量增加，解决电磁干扰问题就变得困难了。而且由于这种装配结构自身固有的局限性，很难保证装配的对称性，人为上造成电路分布参数的不平衡，从而影响整台装置的性能和可靠性。经检索相关专利，美国专利US6198259-B1(2001.3.6)；美国专利US6067237-A(2000.5.23)；日本专利JP2000188120-A(2000.7.4)；日本专利JP2000184704-A(2000.6.30)，目前还没有发现有关DC-DC直流变换器改进的装配结构。

实用新型内容

本实用新型提供一种直流—直流电源变换器，其装配结构采用新设计方案，以解决现有直流—直流电源变换器存在的电磁干扰和电参数不平衡问题。

本实用新型直流—直流电源变换器，由电气元器件和机械零部件组成。其主要电气元器件包括输入电容器、功率开关管、高频变压器、整流器件、输出电感和输出电容器。主要机械零部件包括冷却散热器和机箱。机箱内的空间按垂直方向或水平方向分成三层，即散热层、电力元器件层和磁性元器件层。散热层居于机箱的中间位置，电力元器件层和磁性元器件层分别位于散热层的上下空间或左右两侧，散热层将电力元器件层和磁性元器件层隔离开。主要电气元器件分成电力元器件和磁性元器件，电力元器件包括功率开关管、整流器件及其吸收电路、输入电容器和输出电容器、以及变换器控制电路等包含强电和弱电两种功能的电气元器件；磁性元器件包括高频变压器、输出电感等实现磁—电和电—磁能量转换功能的元器件或部件。冷却散热器作为散热层，电力元器件装在电力元器件层，磁性元器件装在磁性元器件层。

在本设计直流—直流电源变换器中，作为散热层的冷却散热器可以是散热片、水冷底板、半导体制冷器或其它制冷装置；当采用散热片或水冷底板时，散热片或水冷底板用金属材料制成，大电流功率器件如功率开关管或功率模块，整流器件或整流模块安装在散热片或水冷底板上。当采用半导体制冷器时，其冷端朝向电力元器件层对功率器件制冷冷却，热端用排风扇吹风散热。这时可在电力元器件层与散热层之间加金属的电屏蔽网，在磁性元器件层与散热层之间加磁性材料制成的磁屏蔽板或片(如工业纯铁板、坡莫合金片)。

本设计技术方案，因为居中的散热层为金属层，有良好的电磁屏蔽作用，可以从根本上解决电磁干扰问题。同时，由于采用分类分层安装，各层的装配空间加大，器件布置灵活，可以采用多种装配方案以消除由于装配结构不对称而造成的电路分布参数上的差异，显著提高了装置的性能和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型直流—直流电源变换器电气原理框图。

图2是图1所示本设计直流—直流电源变换器主电路拓扑结构图。

图3是图1所示本设计直流—直流电源变换器装配结构示意图。

图4是按图3所示装配结构的立体图。

具体实施方式

如图1所示，本设计直流—直流电源变换器，在其输入端与输出端之间，将输入电容器1、功率开关管2(用功率模块)、高频变压器3、整流器件4(用整流模块)、输出电感5和输出电容6顺序相联。详细的电联接如图2所示，其电源输入端，正端41、负端42的直流母线与功率开关管2联接，输入电容器1与直流母线相联，功率开关管2与变压器3原边相联；变压器3的副边与整流器件4(用整流模块)相联，整流器件4的正极输出端与输出电感5的一端相联，输出电感5的另一端与输出电容6的一端相联，作为变换器电源的正极输出端43，整流器件4的负极输出端与输出电容6的另一端相联，作为变换器电源的负极输出端44。

参见图3和图4，变换器的电气元器件和冷却散热器安装在机箱50上。机箱50内的空间分为三层：散热层20、电力元器件层10、磁性元器件层30。散热层20水平地居于中间位置。电力元器件层10和磁性元器件层30分别在散热层20的上下空间。电力元器件层10和磁性元器件层30的位置可以相互调换。当整个变换器安装在基板上时，电力元器件层在上较好；当整个变换器采取悬挂式安装时，磁性元器件层在上较好。图3和图4是按垂直方向将机箱分成三层。也可以按水平方向把机箱分成三层，这时居中的散热层直立，电力元器件层和磁性元器件层分别位于散热层的左右或前后两侧，这时图3就是它的俯视图。

如图3和图4所示，散热层20可以采用散热片或水冷底板。散热片和水冷底板用铜或铜合金、铝或铝合金制作。电力元器件层10中，功率开关管2(功率模块)和整流器件4(整流模块)直接装在散热层20的散热片或水冷底板上。输入电容器1和输出电容器6装在功率开关管2和整流器件4以上的空间。磁性元器件层30中装高频变压器3和输出电感5。电力元器件层10和磁性元器件层30被金属构件的散热层20隔离开。

当散热器20中安装半导体制冷器时，其冷端朝向电力元器件层，用排风扇对其热端吹风散热。这时，在电力元器件层10与散热层20之间加金属的电屏蔽网8，磁性元器件层30与散热层20之间装磁屏蔽板(或片)7。磁屏蔽板(或片)7用工业纯铁或坡莫合金片制成。

用本实用新型技术方案，我们设计了一台75kW直流—直流电源变换器，明显地减小了电磁干扰，同时，使电参数不平衡问题得到解决。

Claims

1、一种直流—直流电源变换器，由电气元器件和机械零部件组成，其主要电气元器件包括输入电容器、功率开关管、高频变压器、整流器件、输出电感和输出电容器，主要机械零部件包括冷却散热器和机箱，其特征是机箱内的空间按垂直方向或水平方向分成三层，即散热层、电力元器件层、磁性元器件层，散热层居于机箱的中间位置，电力元器件层和磁性元器件层分别位于散热层的上下空间或左右两侧，散热层将电力元器件层和磁性元器件层隔离开；主要电气元器件分成电力元器件和磁性元器件，电力元器件包括功率开关管、整流器件及其吸收电路、输入电容器和输出电容器，磁性元器件包括高频变压器、输出电感；冷却散热器作为散热层，电力元器件装在电力元器件层，磁性元器件装在磁性元器件层。

2、按照权利要求1所述的直流—直流电源变换器，其特征是冷却散热器是散热片或水冷底板，或者半导体制冷器。

3、按照权利要求2所述的直流—直流电源变换器，其特征是散热片或水冷底板用铜或铜合金、或者铝或铝合金制成。

4、按照权利要求1或2所述的直流—直流电源变换器，其特征是在电力元器件层与散热层之间有金属的电屏蔽网，在磁性元器件层与散热层之间有磁屏蔽板或片。