一種整流換向模塊和具有輸出換向功能的高頻整流電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種整流換向模塊和設(shè)置有所述整流換向模塊的具有正負(fù)換向輸出功能的高頻整流電源，該高頻整流電源可作為電鍍電源應(yīng)用在電鍍行業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]電鍍是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或者合金的過(guò)程，它利用表面附著的金屬膜起到防腐、耐磨、導(dǎo)電、增進(jìn)美觀等作用。可以說(shuō)，電鍍技術(shù)與我們生活息息相關(guān)，我們所能見到的絕大多數(shù)金屬包括手機(jī)、窗框、椅子等都可能經(jīng)電鍍處理過(guò)。因而伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電鍍工業(yè)自改革開放以來(lái)發(fā)展得非常迅速，總體技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高。
[0003]電鍍電源作為電鍍過(guò)程進(jìn)行的核心部件，其指標(biāo)主要體現(xiàn)在輸出功率大小、耗電多少、自動(dòng)化先進(jìn)程度、與電鍍工藝的波形匹配等方面，待解決的主要問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)輸出電流的換向。輸出電流換向如何實(shí)現(xiàn)才能讓設(shè)備更可靠，損耗更低，實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單是本實(shí)用新型研宄的重點(diǎn)。
[0004]傳統(tǒng)的高頻整流電源主要由主電路和控制電路組成，其中主電路又主要由以下幾個(gè)模塊組成:整流濾波模塊:將交流電網(wǎng)輸入整流為直流電，以供下一級(jí)變換；逆變模塊:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電；輸出整流模塊:將高頻交流電整流成負(fù)載需要的直流電源。在需要實(shí)現(xiàn)輸出電流換向的時(shí)候，上述高頻整流電源的輸出端還需另接電流換向模塊。
[0005]本實(shí)用新型創(chuàng)造性的將高頻整流電源變壓器二次側(cè)的肖特基整流部分換成了串聯(lián)的 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor 的簡(jiǎn)稱)整流，直接通過(guò)控制MOSFET開通來(lái)實(shí)現(xiàn)換向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的第一發(fā)明目的在于提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)整流與正負(fù)換向輸出功能的整流換向模塊。
[0007]本實(shí)用新型的第二發(fā)明目的在于提供一種成本低、損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有正負(fù)換向輸出功能的高頻整流電源。
[0008]本實(shí)用新型的第一發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種整流換向模塊，其特征在于，所述整流換向模塊包括兩個(gè)串聯(lián)單元，每個(gè)串聯(lián)單元又包括兩個(gè)并聯(lián)系列，每個(gè)并聯(lián)系列由一個(gè)以上的MOSFET即場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)組成，每個(gè)所述串聯(lián)單元由兩個(gè)所述并聯(lián)系列共源極或共漏極串聯(lián)而成，串聯(lián)的兩個(gè)并聯(lián)系列相連的源極或漏極及各自的柵極構(gòu)成該串聯(lián)單元的控制信號(hào)輸入端，共源極串聯(lián)的兩個(gè)并聯(lián)系列的兩個(gè)漏極或共漏極串聯(lián)的兩個(gè)并聯(lián)系列的兩個(gè)源極分別構(gòu)成該串聯(lián)單元的輸入端和輸出端。
[0009]所述場(chǎng)效應(yīng)管為N溝增強(qiáng)型。
[0010]本實(shí)用新型的第二發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種具有輸出換向功能的高頻整流電源，包括主電路和控制電路，所述主電路包括依次相連的整流濾波模塊、逆變模塊和輸出整流模塊，所述控制電路與所述逆變模塊相連；
[0011]其特征在于，所述輸出整流模塊由變壓器和整流換向功能單元組成，所述整流換向功能單元包括所述整流換向模塊和MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路，所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路與所述整流換向模塊的控制信號(hào)輸入端相連，所述變壓器的一次測(cè)與所述逆變模塊相連，所述變壓器具有中心抽頭，所述變壓器二次側(cè)的兩輸出端分別與兩所述串聯(lián)單元的輸入端相連，兩所述串聯(lián)單元的輸出端相連作為所述高頻整流電源的一個(gè)直流輸出端，所述變壓器的中心軸頭作為所述高頻整流電源的另一個(gè)直流輸出端；
[0012]所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路控制兩個(gè)所述串聯(lián)單元同一側(cè)即輸入側(cè)或輸出側(cè)的兩個(gè)并聯(lián)系列開通，對(duì)兩個(gè)所述串聯(lián)單元另一側(cè)的兩個(gè)并聯(lián)系列進(jìn)行同步整流驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整流，所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路切換所述串聯(lián)單元中兩個(gè)所述并聯(lián)系列的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)輸出電流的換向。
[0013]作為本實(shí)用新型的高頻整流電源的優(yōu)選實(shí)施方式，所述整流換向功能單元的各電路元件都排布在PCB板，以便利用PCB板良好的散熱特性來(lái)輔助散熱。所述PCB板的基材可以是玻纖布或鋁或陶瓷等其它多種形式。
[0014]所述高頻整流電源還包括風(fēng)冷鋁排或水冷散熱器，所述PCB板安裝在所述風(fēng)冷鋁排或水冷散熱器上。
[0015]所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路位于所述PCB板上的場(chǎng)效應(yīng)管的安裝區(qū)域的一側(cè)，以便降低干擾，且方便與總控制器連接。
[0016]所述場(chǎng)效應(yīng)管為貼片型封裝的場(chǎng)效應(yīng)管，所述串聯(lián)單元的場(chǎng)效應(yīng)管分兩排貼焊在所述PCB板上的銅箔或鋁箔上，每個(gè)所述銅箔或鋁箔上焊接一個(gè)所述場(chǎng)效應(yīng)管，兩排所述場(chǎng)效應(yīng)管一一相對(duì)，每排所述場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成一個(gè)所述并聯(lián)系列，所述PCB板上還安裝有輸入銅排和輸出銅排，所述輸入銅排和輸出銅排呈長(zhǎng)方形，在所述輸入銅排、輸出銅排的一長(zhǎng)邊上設(shè)有多個(gè)方形齒，所述輸入銅排上的方形齒與所述串聯(lián)單元的輸入端所在的銅箔或鋁箔一一焊接，所述輸出銅排上的方形齒與所述串聯(lián)單元的輸出端所在的銅箔或鋁箔一一焊接，所述輸入、輸出銅排上還都設(shè)置有便于與外電路連接的開孔。
[0017]所述輸入銅排與輸出銅排結(jié)構(gòu)相異，以便區(qū)分。
[0018]同排的所述銅箔或鋁箔間彼此獨(dú)立，在PCB板上互不連接，這樣的好處在于提高M(jìn)OSFET的均流效果。
[0019]同一串聯(lián)單元的兩排場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)端相向，且通過(guò)PCB板上連接兩銅箔或鋁箔的連接銅箔或鋁箔串聯(lián)。
[0020]所述串聯(lián)單元兩排場(chǎng)效應(yīng)管的上、下側(cè)分別橫向設(shè)置有一條銅箔或鋁箔引線，銅箔或鋁箔引線靠近所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路的一端與所述MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路相連，上側(cè)的所述銅箔或鋁箔引線的下方設(shè)有多個(gè)分別與其相連的觸點(diǎn)，下側(cè)的所述銅箔或鋁箔引線的上方也設(shè)有多個(gè)分別與其相連的觸點(diǎn)，每個(gè)觸點(diǎn)附近分別設(shè)置有一接點(diǎn)，各場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別通過(guò)PCB板上分布在各場(chǎng)效應(yīng)管側(cè)邊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)引線與相應(yīng)的所述接點(diǎn)相連，場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)端分別通過(guò)PCB板上分布在上排的各場(chǎng)效應(yīng)管側(cè)邊的引線引出至設(shè)置在上排各場(chǎng)效應(yīng)管上方的節(jié)點(diǎn)處，或分別通過(guò)PCB板上分布在下排的各場(chǎng)效應(yīng)管側(cè)邊的引線引出至設(shè)置在下排各場(chǎng)效應(yīng)管下方的節(jié)點(diǎn)處。
[0021]所述整流換向功能單元的每個(gè)串聯(lián)單元和該串聯(lián)單元的MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路排布在一塊PCB板上。
[0022]所述輸入銅排和輸出銅排厚度在0.1mm-1Omm之間。
[0023]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0024]I)本實(shí)用新型利用串聯(lián)的MOSFET直接控制高頻變壓器二次側(cè)的整流和直流電流電壓的輸出方向，能極大的簡(jiǎn)化傳統(tǒng)換向電路的電氣難度，目前市場(chǎng)上有三種換向方式:采用正向模塊和反向模塊式、在單向輸出模塊后利用刀閘或接觸器控制負(fù)載電流方向、在單向輸出模塊后利用MOSFET控制負(fù)載電流方向，這些換向方式無(wú)論在可靠性、元器件的成本、實(shí)現(xiàn)難度、技術(shù)先進(jìn)性上都不如本實(shí)用新型；
[0025]2)本實(shí)用新型將所有元器件通過(guò)焊接機(jī)焊接在PCB板上，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，同時(shí)，PCB板的超強(qiáng)的散熱能力也能加速M(fèi)OSFET的散熱；
[0026]3)輸入、輸出銅排通過(guò)方形齒與PCB板上的銅箔或鋁箔焊接，從而實(shí)現(xiàn)與MOSFET的連接，使MOSFET的輸出、輸入端分別通過(guò)輸出銅排、輸入銅排并聯(lián)，銅排上方形齒的設(shè)計(jì)，一方面方便了銅排的焊接，另一方面，也能最大程度的保證并聯(lián)的MOSFET的均流效果。
[0027]4)換向部分以PCB板為單位制造，在容量上易于擴(kuò)展。同時(shí)也易于維護(hù)，易于故障分析。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施例的電路原理圖；
[0029]圖2~5是圖1中具體實(shí)施例在各種情況下的電流流向圖；
[0030]圖6是本實(shí)用新型整流換向模塊的一個(gè)串聯(lián)單元的結(jié)構(gòu)排布圖；
[0031]圖7是圖6中并聯(lián)單元的電路原理圖；
[0032]圖8是本實(shí)用新型的輸入、輸出銅排的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本實(shí)用新型具有輸出換向功能的高頻整流電源的主要發(fā)明點(diǎn)在于將傳統(tǒng)高頻整流電源高頻變壓器二次側(cè)用于整流的肖特基替換成了本實(shí)用新型的整流換向功能單元。
[0034]圖1為本實(shí)用新型具有輸出換向功能的高頻整流電源的一個(gè)實(shí)施例，該高頻整流電源主要由主電路和控制電路(未畫出)組成。主電路主要由以下幾個(gè)模塊組成:整流濾波模塊，逆變模塊，輸出整流模塊?？刂齐娐放c逆變模塊相連，控制逆變模塊的頻率或脈寬，使輸出穩(wěn)定。
[0035]整流濾波模塊:將交流電網(wǎng)輸入整流為直流電，即圖1中的三相整流橋和并聯(lián)在其兩輸出端的濾波電容。
[0036]逆變模塊:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，即圖1中的兩兩串聯(lián)后并聯(lián)在整流濾波模塊的兩輸出端的四個(gè)IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor的簡(jiǎn)稱)，每個(gè)IGBT的發(fā)射極和集電極間還串聯(lián)有一電容，該電容的作用是實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開關(guān)。
[0037]輸出整流模塊:將高頻交流電整流成負(fù)載需要的直流電源，包括圖1中的變壓器和整流換向功能單元。變壓器一次側(cè)的兩輸入端分別與逆變模塊中IGBT串聯(lián)的集電極和發(fā)射極相連，變壓器一次測(cè)的一輸入端上還串聯(lián)有一耦合電容。整流換向功能單元包括整流換向模塊和MOSFET驅(qū)動(dòng)及控制電路。
[0038]整流換向模塊包括兩個(gè)串聯(lián)單元，每個(gè)串聯(lián)單元又包括兩個(gè)并聯(lián)系列Ql和Q2，或Q3和Q4，每個(gè)并聯(lián)系列Ql或Q2或Q3或Q4由一個(gè)以上的場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)組成，本實(shí)施例中，每個(gè)并聯(lián)系列由10個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)而成，每個(gè)串聯(lián)單元由兩個(gè)并聯(lián)系列Ql和Q2，或Q3和Q4共源極串聯(lián)而成，兩個(gè)并聯(lián)系列的源極及柵極構(gòu)成該串聯(lián)單元的控制信號(hào)輸入端，兩個(gè)并聯(lián)系列的兩個(gè)漏極分別構(gòu)成該串聯(lián)單元的輸入端和輸出端。變壓器二次側(cè)的兩個(gè)輸出端分別與兩個(gè)串聯(lián)單元的輸