一種大功率低壓高頻開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種大功率低壓高頻開關(guān)電源，包括：原邊電路，包括多個IGBT，它們之間采用高壓母排電性連接，同一高壓母排的長度小于或等于預(yù)設(shè)長度，相鄰的兩個高壓母排的間隔距離小于或等于預(yù)設(shè)距離；驅(qū)動電路，用于提供IGBT的柵極控制電壓，當(dāng)檢測到過流時，該驅(qū)動電路先降低該柵極控制電壓，然后再對電路實(shí)施軟關(guān)斷；變壓器；以及整流模塊，用于將副邊電壓整流為直流輸出電壓，該整流模塊包括多個彼此并聯(lián)的整流二極管，整流二極管的兩端藉由低壓母排分別連接至變壓器的副邊繞組和直流輸出端。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本新型可降低IGBT關(guān)斷時的電壓降dvce/dt，從而有效地保護(hù)IGBT不受損壞。
【專利說明】一種大功率低壓高頻開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大功率低壓高頻開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，大功率高頻開關(guān)電源主要采用多機(jī)并聯(lián)方式，以IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)作為主功率器件，以材料鐵基納米晶合金為變壓器鐵芯，該電源不僅結(jié)構(gòu)合理、可靠性強(qiáng)，而且體積小、重量輕、效率高，已逐漸成為可控硅電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品。大功率高頻開關(guān)電源可適用于實(shí)驗(yàn)、氧化、電解、鍍鋅、鍍鎳、鍍錫、鍍鉻、光電、冶煉、化成、腐蝕等各種精密表面處理場所。此外，在陽極氧化、真空鍍膜、電解、電泳、水處理、電子產(chǎn)品老化、電加熱、電化學(xué)等方面也受到廣泛關(guān)注，尤其是在電鍍、電解行業(yè)，已成為大多數(shù)用戶的首選電源產(chǎn)品。
[0003]然而，IGBT作為上世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體功率器件，雖然開關(guān)速度很快，但由于各IGBT的性能、開關(guān)速度的差異，柵極控制信號線路的元器件參數(shù)不一致，線路存在分布電感、分布電容等因素，往往會造成IGBT的開關(guān)動作不一致，進(jìn)而造成IGBT器件在開關(guān)瞬間，集電極(C)與發(fā)射極(E)之間的電壓超過其額定的耐壓值，導(dǎo)致IGBT被損壞。
[0004]此外，在大功率高頻開關(guān)電源的整流部分，當(dāng)交流側(cè)的電流從正向切換至反向時，往往會在整流管的兩端產(chǎn)生一個瞬時高壓，這個高壓不僅容易損壞整流二極管，而且還可能折射到用來連接IGBT的高壓直流母排，從而造成IGBT被損壞。
[0005]有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種改進(jìn)后的大功率低壓高頻開關(guān)電源，以有效地改善或消除上述缺陷和不足，對IGBT進(jìn)行可靠的保護(hù)，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員需要解決的一項(xiàng)課題。
實(shí)用新型內(nèi)容`
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的大功率高頻開關(guān)電源在使用時所存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種新穎的、可有效保護(hù)IGBT不被損壞的大功率低壓高頻開關(guān)電源。
[0007]依據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供一種大功率低壓高頻開關(guān)電源，包括:
[0008]原邊電路，包括多個IGBT，藉由所述IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷操作從而將輸入電壓變換為原邊電壓，其中，IGBT之間采用高壓母排電性連接，同一高壓母排的長度小于或等于預(yù)設(shè)長度，相鄰的兩個高壓母排的間隔距離小于或等于預(yù)設(shè)距離；
[0009]驅(qū)動電路，電性連接至相對應(yīng)的IGBT的柵極，用于提供所述IGBT的柵極控制電壓，當(dāng)檢測到所述IGBT出現(xiàn)過流情形時，所述驅(qū)動電路先降低該柵極控制電壓，然后再對電路實(shí)施軟關(guān)斷；
[0010]變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組連接至所述原邊電路，所述副邊繞組用于將所述原邊電壓轉(zhuǎn)換為副邊電壓；以及
[0011]整流模塊，電性連接至所述副邊繞組，用于將所述副邊電壓整流為直流輸出電壓，其中，所述整流模塊包括多個彼此并聯(lián)的整流二極管，所述整流二極管的兩端藉由低壓母排分別連接至變壓器的副邊繞組和直流輸出端。
[0012]在其中的一實(shí)施例中，所述整流模塊還包括多個RC吸收電路，每個RC吸收電路與相應(yīng)的整流二極管并聯(lián)連接。
[0013]在其中的一實(shí)施例中，RC吸收電路包括串聯(lián)連接的吸收電容和放電電阻，所述吸收電容的一端連接至所述整流二極管的陽極，所述放電電阻的一端連接至所述整流二極管的陰極，藉由所述放電電阻和所述吸收電容來吸收副邊電壓反向時所產(chǎn)生的高壓。
[0014]在其中的一實(shí)施例中，變壓器采用鐵基納米晶合金作為磁芯。
[0015]在其中的一實(shí)施例中，所述大功率低壓高頻開關(guān)電源還包括散熱器，并且所述IGBT、所述高壓母排和所述低壓母排安裝在所述散熱器的表面。
[0016]在其中的一實(shí)施例中，所述驅(qū)動電路還包括IGBT的過流與過壓保護(hù)電路。
[0017]采用本實(shí)用新型的大功率低壓高頻開關(guān)電源，將連接IGBT的高壓母排長度設(shè)置為小于或等于預(yù)設(shè)長度，并將相鄰的高壓母排的間隔距離設(shè)置為小于或等于預(yù)設(shè)距離，可以降低IGBT關(guān)斷時的電壓降dvce/dt。此外，該整流模塊還可包括RC吸收電路，以便通過其放電電阻和吸收電容來吸收副邊電壓反向時所產(chǎn)生的高壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]讀者在參照附圖閱讀了本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】以后，將會更清楚地了解本實(shí)用新型的各個方面。其中，
[0019]圖1示出依據(jù)本實(shí)用新型的一【具體實(shí)施方式】的大功率低壓高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的IGBT和高壓母排的安裝布局示意圖；
[0021]圖3 Ca)示出圖2的高壓母排HLl和HL2的位置示意圖；
[0022]圖3 (b)不出圖3 Ca)的聞壓母排HLl和HL2的等效電路不意圖；
[0023]圖4示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的驅(qū)動電路的一具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖5示出圖4中的驅(qū)動電路的過流和過壓保護(hù)電路的電路原理示意圖；
[0025]圖6 Ca)示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的整流模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6 (b)示出圖6 Ca)的低壓母排LLl和LL2的等效電路示意圖；以及
[0027]圖7示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的整流模塊所包含的RC吸收電路的電路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本申請所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本實(shí)用新型的下述各種具體實(shí)施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實(shí)施例并非用來限制本實(shí)用新型所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進(jìn)行繪制。
[0029]圖1示出依據(jù)本實(shí)用新型的一【具體實(shí)施方式】的大功率低壓高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)框圖。參照圖1，該大功率低壓高頻開關(guān)電源包括:原邊電路100、變壓器102、整流模塊104和驅(qū)動電路106。
[0030]具體地，原邊電路100包括多個IGBT。該原邊電路100藉由這些IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷操作，從而將輸入電壓變換為原邊電壓。IGBT之間采用高壓母排電性連接，同一高壓母排的長度小于等于預(yù)設(shè)長度，相鄰的兩個高壓母排的間隔距離小于等于預(yù)設(shè)距離。驅(qū)動電路106電性連接至原邊電路100的相應(yīng)IGBT的柵極，用于提供IGBT的柵極控制電壓。當(dāng)檢測到IGBT出現(xiàn)過流情形時，該驅(qū)動電路先降低該柵極控制電壓，然后再對電路實(shí)施軟關(guān)斷。變壓器102包括原邊繞組和副邊繞組，該原邊繞組連接至原邊電路100，該副邊繞組用于將原邊電壓轉(zhuǎn)換為副邊電壓。整流模塊104電性連接至變壓器102的副邊繞組，用于將副邊電壓整流為直流輸出電壓，其中，整流模塊104包括多個彼此并聯(lián)的整流二極管，這些整流二極管中的每個整流二極管的兩端藉由低壓母排分別連接至變壓器102的副邊繞組和直流輸出端。
[0031]在一實(shí)施例中，變壓器102采用鐵基納米晶合金作為磁芯。這里，鐵基納米晶合金材料具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高初始導(dǎo)磁率、卓越的溫度穩(wěn)定性和靈活的頻率特性。例如，鐵基納米晶合金的Bs達(dá)1.2T，是鐵氧體的兩倍以上，并且它的初始導(dǎo)磁率可達(dá)10萬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵氧體，用納米晶合金制造的共模電感在低磁場下具有大的阻抗和插入損耗，對弱干擾具有極好的抑制作用。此外，鐵基納米晶合金的居里溫度高達(dá)570°C以上，在較大溫度波動的情況下，納米晶合金的性能變化率明顯低于鐵氧體，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，而且性能的變化接近于線性。通過不同的制造工藝，納米晶鐵芯可以獲得不同的頻率特性，配合適當(dāng)?shù)木€圈匝數(shù)可以得到不同的阻抗特性，滿足不同波段的濾波要求，而其阻抗值大大高于鐵氧體。
[0032]在一實(shí)施例中，該大功率低壓高頻開關(guān)電源還包括散熱器(圖中未示出)，并且IGBT、高壓母排和低壓母排均安裝在散熱器的表面。
[0033]圖2示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的IGBT和高壓母排的安裝布局示意圖，圖3 (a)示出圖2的高壓母排HLl和HL2的位置示意圖，圖3 (b)示出圖3 (a)的高壓母排HLl和HL2的等效電路不意圖。
[0034]如圖2所示，IGBTf IGBT4通過多個高壓直流母排電性連接。以高壓直流母排HLl和HL2為例，IGBTl和IGBT3通過母排HLl連接，IGBT2和IGBT4通過母排HL2連接。并且，同一高壓母排的長度小于等于預(yù)設(shè)長度，相鄰的兩個高壓母排的間隔距離小于等于預(yù)設(shè)距離。進(jìn)一步參照圖3 (a)和圖3 (b)，高壓直流母排HLl可等效為多個分布電感L，且母排HLl與HL2之間包括多個分布電容C。不難看出，高壓母排的長度越短，分布電感L越小，自感電勢越??；高壓母排HLl與HL2之間的距離越近，分布電容C越大，吸收自感電勢越好，從而能夠使IGBT關(guān)斷時的電壓降dVce/dt至最低。這里,dVce/dt是一個微分表達(dá)式,Vce是指IGBT的集電極和發(fā)射極的電壓，因其關(guān)斷時間很短，容易造成IGBT集電極和發(fā)射極的電壓過高從而擊穿IGBT，然而，本新型通過合理布局IGBT和高壓直流母排的安裝位置，可顯著降低IGBT關(guān)斷時的電壓降dVce/dt。
[0035]圖4示出圖1的大功率低壓高頻開關(guān)電源中的驅(qū)動電路的一具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖，圖5示出圖4中的驅(qū)動電路的過流和過壓保護(hù)電路的電路原理示意圖。
[0036]參照圖4，驅(qū)動模塊106包括輸入邏輯驅(qū)動轉(zhuǎn)換接口(LDI，Logic DriveInterface)、智能門極驅(qū)動(I⑶，Intelligent Gate Drive)、隔離型DC/DC變換器以及PWM振蕩器。其中，LDI的輸出端通過隔離變壓器連接至對應(yīng)的IGD電路。[0037]在一實(shí)施例中，該驅(qū)動電路還包括IGBT的過流與過壓保護(hù)電路，包括I個比較器。電阻Rm和二極管UF4007串聯(lián)連接至IGBT的集電極。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，集電極電壓降低，二極管UF4007將導(dǎo)通，恒定的電流經(jīng)過IGBT的發(fā)射極連接至接地端。此時，比較器的同相端
電位為:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述大功率低壓高頻開關(guān)電源包括: 原邊電路，包括多個IGBT，藉由所述IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷操作從而將輸入電壓變換為原邊電壓，其中，IGBT之間采用高壓母排電性連接，同一高壓母排的長度小于或等于預(yù)設(shè)長度，相鄰的兩個高壓母排的間隔距離小于或等于預(yù)設(shè)距離； 驅(qū)動電路，電性連接至相對應(yīng)的IGBT的柵極，用于提供所述IGBT的柵極控制電壓，當(dāng)檢測到所述IGBT出現(xiàn)過流情形時，所述驅(qū)動電路先降低該柵極控制電壓，然后再對電路實(shí)施軟關(guān)斷； 變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組連接至所述原邊電路，所述副邊繞組用于將所述原邊電壓轉(zhuǎn)換為副邊電壓；以及 整流模塊，電性連接至所述副邊繞組，用于將所述副邊電壓整流為直流輸出電壓，其中，所述整流模塊包括多個彼此并聯(lián)的整流二極管，所述整流二極管的兩端藉由低壓母排分別連接至變壓器的副邊繞組和直流輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述整流模塊還包括多個RC吸收電路，每個RC吸收電路與相應(yīng)的整流二極管并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述RC吸收電路包括串聯(lián)連接的吸收電容和放電電阻，所述吸收電容的一端連接至所述整流二極管的陽極，所述放電電阻的一端連接至所述整流二極管的陰極，藉由所述放電電阻和所述吸收電容來吸收副邊電壓反向時所產(chǎn)生的高壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述變壓器采用鐵基納米晶合金作為磁芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述大功率低壓高頻開關(guān)電源還包括散熱器，并且所述IGBT、所述高壓母排和所述低壓母排安裝在所述散熱器的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述變壓器采用鐵基納米晶合金作為磁芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率低壓高頻開關(guān)電源，其特征在于，所述驅(qū)動電路還包括IGBT的過流與過壓保護(hù)電路。
【文檔編號】H02M3/335GK203377789SQ201320486609
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】黃良勤 申請人:黃良勤