一種基于rsd的脈沖電源模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高功率高密度脈沖技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種基于RSD的脈沖電 源模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 高功率脈沖電源（兆瓦級(jí)電源）是將儲(chǔ)存的高密度能量進(jìn)行快速的壓縮、轉(zhuǎn)換或 直接釋放給負(fù)載，在受控?zé)岷司圩?、高壓除塵，有機(jī)廢水處理等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；現(xiàn)有技術(shù) 中的脈沖功率電源技術(shù)利用電容儲(chǔ)能放電方式，大多數(shù)采用機(jī)械式火花隙或無觸點(diǎn)離子器 件如氨閩流管作為放電開關(guān)。在開關(guān)開通過程中，開關(guān)必須承受較大的通態(tài)電流上升率di/ 化。在國(guó)防、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的推動(dòng)下，開關(guān)的通態(tài)電流上升率diMt的增長(zhǎng)將接近開關(guān)的工作 極限，開關(guān)的性能大大限制了該領(lǐng)域的進(jìn)步。
[0003] 近年來，反向開關(guān)晶體管巧SD)、脈沖晶閩管、絕緣柵雙極性晶體管（IGBT)等半導(dǎo) 體開關(guān)逐漸進(jìn)入脈沖功率領(lǐng)域；火花隙開關(guān)耐壓高，通流大，但使用壽命短；絕緣柵雙極性 晶體管可承受高速開關(guān)，耐壓高，通流強(qiáng)，是電力電子領(lǐng)域的重要半導(dǎo)體器件，但價(jià)格相對(duì) 較貴；晶閩管可耐高壓，耐大電流，但開關(guān)速度較慢。
[0004] RSD是新一代高功率脈沖器件，工作穩(wěn)定性和觸發(fā)分散性好，耐高壓大電流，使用 壽命長(zhǎng)；但在現(xiàn)有技術(shù)中，是通過導(dǎo)線或銅排將分立器件連接組成脈沖系統(tǒng)，形成RSD開 關(guān)，電路雜散參數(shù)較大，RSD的通態(tài)電流上升率diMt遠(yuǎn)低于其通態(tài)電流上升率diMt耐量 的極限（lOOkA/yS)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于RSD的脈沖電源模 塊；其目的在于采用銅錐環(huán)圍固定RSD的封裝方式，降低高功率脈沖電源的雜散電感，進(jìn)而 提升高功率脈沖電源主電路的通態(tài)電流上升率di/化。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于RSD的脈沖電源模塊， 包括主電容、磁開關(guān)、RSD、充電電源、開關(guān)管預(yù)充電容、預(yù)充電感和控制模塊；其中主電容、 磁開關(guān)、RSD與負(fù)載構(gòu)成主電路；預(yù)充電容、預(yù)充電感、開關(guān)管與RSD構(gòu)成預(yù)充電路；其特點(diǎn) 在于，主電容、磁開關(guān)、RSD、充電電源、開關(guān)管、預(yù)充電容和預(yù)充電感集成在一塊PCB上，且 RSD是采用環(huán)圍銅錐固定在PCB上；
[0007] 其中，磁開關(guān)的第一端連接主電容的陽極；RSD的陽極連接磁開關(guān)的第二端，同時(shí) 還與充電電源的輸出端連接；充電電源的輸入端連接控制模塊的第一輸出端，主電容陰極 通過負(fù)載接地；RSD陰極接地；開關(guān)管的口極連接控制模塊的第二輸出端，集電極與RSD的 陽極連接，預(yù)充電容的陽極連接開關(guān)管的集電極，預(yù)充電容的陰極接地；預(yù)充電感的一端接 地，另一端連接開關(guān)管的發(fā)射極； 陽00引其中，主電容作為脈沖電源模塊的主要放電電容，該電源的輸出電流由主電容通 過RSD放電獲得；磁開關(guān)用于在預(yù)充電容為RSD預(yù)充時(shí)，阻斷主電容對(duì)RSD放電；充電電源 用于為主電容和預(yù)充電容充電；在充電電源對(duì)主電容及預(yù)充電容充電完畢后，脈沖電源放 電前，主電容的陽極、RSD的陽極、開關(guān)管的集電極等電位；開關(guān)管是整個(gè)高功率脈沖電源 的開關(guān)；預(yù)充電容與預(yù)充電感組成并聯(lián)諧振電路，為RSD預(yù)充；控制模塊用于控制充電電源 與開關(guān)管的時(shí)序；
[0009] 在PCB布局上，PCB上設(shè)有用于放置磁開關(guān)的開口；磁開關(guān)卡放在該開口內(nèi)；RSD 的陰極焊接在PCB的一面上，主電容設(shè)置在該面PCB的一端，預(yù)充電容設(shè)置在該面PCB的另 一端；環(huán)圍銅錐具有一個(gè)頂端面與至少兩個(gè)引腳，其頂端面覆蓋在RSD上，與RSD的陽極焊 接在一起；環(huán)圍銅錐的引腳焊接在該面PCB上；環(huán)圍銅錐起到連接RSD的陽極與PCB正面的 作用；磁開關(guān)與主電容和RSD之間通過銅條連通：主電容的陽極在PCB的另一面通過鋪銅 與銅條一端相連，銅條穿過磁開關(guān)，銅條另一端在該面PCB上通過鋪銅及過孔與環(huán)圍銅錐 的引腳相接；
[0010] 預(yù)充電容的陽極通過鋪銅連接開關(guān)管的集電極和RSD的陽極；在開關(guān)管的發(fā)射極 與RSD的陰極之間的PCB上環(huán)形鋪銅，形成預(yù)充電感，開關(guān)管的發(fā)射極通過該環(huán)形鋪銅連接 RSD的陰極，預(yù)充電容的陰極通過鋪銅與RSD陰極相連；
[0011] 為滿足在PCB上通大電流的要求，在上述布局的基礎(chǔ)上對(duì)各網(wǎng)絡(luò)做覆銅處理，提 供PCB的安全性能。
[0012] 優(yōu)選的，環(huán)圍銅錐的頂端面直徑大于RSD的直徑，為保證確保RSD的陽極與陰極絕 緣。
[0013] 優(yōu)選的，環(huán)圍銅錐的各引腳的上端與環(huán)圍銅錐的頂端面垂直，下端與PCB垂直抵 接。
[0014] 優(yōu)選的，所述的開關(guān)忍片為娃基RSD或碳化娃基RSD。 陽0巧]優(yōu)選的，RSD呈餅狀，厚度為14mm~27mm，直徑為41mm~IlOmm;環(huán)圍銅錐采用 0. 3mm~Imm厚度的銅制成，具有頂端面和4個(gè)引腳，其頂端面直徑為46mm~120mm，引腳 寬ISmm~40mm,高 14mm~27mm。
[0016] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 値效果：
[0017] 1、本發(fā)明提供的基于RSD的脈沖電源模塊，其電源輸出功率可達(dá)兆瓦級(jí)（測(cè)試電 壓KV，電流KA，功率達(dá)MW)，將RSD功率開關(guān)與充電電源、電容器、磁開關(guān)等器件集成在PCB 上，使各元件協(xié)調(diào)工作，減小導(dǎo)線長(zhǎng)度，從而降低了該脈沖電源本身的寄生電感等雜散參 數(shù)，提高RSD的通態(tài)電流上升率di/化；相同條件下，運(yùn)種方式的集成比現(xiàn)有技術(shù)中的回路 具有更高的通態(tài)電流上升率di/化；
[0018] 2、本發(fā)明提供的基于RSD的脈沖電源模塊，首創(chuàng)地采用銅錐環(huán)圍的方式焊接固定 RSD;環(huán)圍銅錐如同具有至少有兩個(gè)引腳的蓋子，覆蓋在RSD上，連通RSD的陽極與PCB;
[0019] 一方面，環(huán)圍銅錐頂端面光滑平整，有利于貼散熱片，具有加速RSD散熱的作用， 其高效的散熱性能首次在脈沖功率電源模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率；
[0020] 另一方面，環(huán)圍銅錐的引腳與PCB上的鋪銅相連，增加了PCB上的電流通道，具有 平均分配電流走向的作用，實(shí)現(xiàn)了在PCB上通大電流的目的，提高了脈沖電源的通流能力；
[0021] 又一方面，保證了RSD的機(jī)械性能，使之緊固的置于PCB上，避免其脫落的風(fēng)險(xiǎn)；
[0022] 3、本發(fā)明提供的基于RSD的脈沖電源模塊，通過PCB的集成封裝，實(shí)現(xiàn)了脈沖功率 裝置的集成化、模塊化；與現(xiàn)有的技術(shù)相比，很大程度上減小了脈沖電源的體積，提高了脈 沖電源的輸出電流密度，將脈沖功率裝置推向了便捷化和小型化。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的基于RSD的脈沖電源模塊的正視圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的基于RSD的脈沖電源模塊的S維示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的基于RSD的脈沖電源模塊的封裝結(jié)構(gòu)電路原理圖；
[0026] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-PCB，2-主 電容，3-磁開關(guān)，4-環(huán)圍銅錐，5-開關(guān)忍化6-充電電源，7-IGBT，8-預(yù)充電容。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0028] 實(shí)施例1提供的基于RSD的脈沖電源模塊，其封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示；包括PCB1W 及集成在PCB1上的主電容2，磁開關(guān)3，環(huán)圍銅錐4，RSD5，充電電源6，開關(guān)管7、預(yù)充電容 8預(yù)充電感和控制模塊；在實(shí)施例里1，開關(guān)管采用IGBT;
[0029] 圖2是實(shí)施例1提供的基于RSD的脈沖電源模塊的S維示意圖，從圖2可W看出， 主電容2設(shè)置在PCB1 -端；磁開關(guān)3與主電容2和RSD5通過銅條連通：主電容2的陽極 在PCB1的背面通過鋪銅與銅條一端相連，銅條穿過磁開關(guān)3,銅條另一端在PCB1背面通 過鋪銅及過孔與固定在PCBl正面的環(huán)圍銅錐4的4個(gè)引腳相接，主電容2的陰極在PCB1 的正面通過鋪銅與RSD5的陰極相連；環(huán)圍銅錐4的頂端面覆蓋在RSD5的陽極上，RSD5 的陽極與環(huán)圍銅錐4的頂端面通過回流焊焊接；RSD5的陰極焊在PCB1正面上；
[0030] 預(yù)充電容8設(shè)置在PCB1的另一端，預(yù)充電容8的陽極通過鋪銅連接IGBT7的集 電極，預(yù)充電容8的陰極通過鋪銅與RSD5的陰極相連；IGBT7的發(fā)射極通過鋪銅連接RSD 5的陰極；預(yù)充電感通過在PCB1上環(huán)形鋪銅獲得，設(shè)置在IGBT7的發(fā)射極與RSD5之間； 環(huán)圍銅錐如同