[發(fā)明專利]一種高頻高壓電源結(jié)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110168060.0
• 申請(qǐng)日: 2011-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN102223056A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高迎慧;史孝俠;嚴(yán)萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00;H02M3/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可提高高頻高壓電源功率密度的電源機(jī)箱內(nèi)部器件的布置結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

高頻高壓電源是將低壓交流電或直流電變換成高壓直流電后對(duì)脈沖電容器進(jìn)行充電的裝置，通常，將頻率≥20kHZ、電壓上千伏的電源稱之為高頻高壓電源。目前高頻高壓電容器充電電源在電磁發(fā)射、高功率激光、大功率微波、加速器等脈沖功率領(lǐng)域和醫(yī)療、工業(yè)領(lǐng)域均得到普遍應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域如x光機(jī)、工業(yè)領(lǐng)域如切割和焊接用的脈沖激光源對(duì)高頻高壓電容器充電電源的便攜性均有一定的要求，功率密度越高越有利于廣泛應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)電源的高功率密度化，高頻高壓電源經(jīng)歷了從電源理論和新型模塊化電路、控制技術(shù)、新型電力電子器件、封裝技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的探索和研究。通過諸多技術(shù)的發(fā)展，電源的功率密度不斷提高，但以上技術(shù)很難在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)飛躍發(fā)展。因此，如何合理設(shè)計(jì)電源裝配結(jié)構(gòu)、優(yōu)化熱管理系統(tǒng)以及在有限空間內(nèi)提高高壓系統(tǒng)的絕緣性能是提高高頻高壓電源的重要途徑之一。

高頻高壓電源主要由逆變電路、諧振電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓整流電路及控制電路組成。由于電路結(jié)構(gòu)涉及高壓、低壓、強(qiáng)電和弱電，元器件眾多，因此在電源的裝配過程中，需要根據(jù)具體計(jì)算，確定所選器件尺寸、空間安裝位置、高低壓隔離措施、高壓絕緣方法、布線原則、電磁兼容問題的優(yōu)化措施、主要發(fā)熱器件熱損耗及其散熱系統(tǒng)的選擇等。目前，針對(duì)高功率密度高頻高壓充電電源的前述問題，國(guó)內(nèi)外展開了相應(yīng)的研究。2001年，德國(guó)J.Biebach等人應(yīng)未來車載電磁武器的需求研制了70kW的充電電源，為提高功率密度，電源中逆變器部分采用了高速IGBT，并為這一主要發(fā)熱器件設(shè)計(jì)了水冷系統(tǒng)。IGBT被焊接在絕緣金屬層上。2008年美國(guó)Texas?Tech?University脈沖功率與電力電子技術(shù)中心Michael?Giesselmann等人研制的350kW高功率密度高壓電源中，每個(gè)IGBT均單獨(dú)安裝在LytronCP30G10液冷散熱器上，高壓變壓器采用油冷方式，并為變壓器的二次繞組設(shè)置了三個(gè)冷卻通路，保證絕緣的同時(shí)提高了其散熱能力，高壓整流硅堆每個(gè)串聯(lián)的二極管后面均焊接橢圓形銅散熱片以提高導(dǎo)熱性能。國(guó)內(nèi)針對(duì)高功率密度高頻高壓電源及其裝配方式的研究起步較晚，在眾多高頻高壓充電電源的研究文獻(xiàn)中，較多針對(duì)在高頻高壓充電電源的電壓、電流特性進(jìn)行研究，較少有針對(duì)提高其高功率密度的研究，對(duì)其裝配方式的介紹更少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種高頻高壓電源器件的布置結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可在高頻高壓電源可靠性運(yùn)行的基礎(chǔ)上提高其功率密度，減輕重量，改善其便攜性能。高頻高壓電源主要由逆變電路、諧振電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓整流電路及控制電路組成。本發(fā)明主要包括三部分：第一部分針對(duì)電源中主要發(fā)熱元器件：逆變電路、高頻高壓變壓器、諧振電感、高頻高壓整流電路，根據(jù)所述發(fā)熱元器件生熱機(jī)理及損耗、耐熱性能不同，采用不同的散熱方式；第二部分針對(duì)高壓部分：高頻高壓變壓器和高頻高壓整流電路設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)；第三部分針對(duì)控制電路電磁兼容問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明電源的機(jī)箱內(nèi)部上下布置了兩塊層板，上下兩塊層板相互平行，兩塊層板的一側(cè)固定在一塊豎直布置的側(cè)板上，側(cè)板與兩塊層板垂直，呈90度倒置的П形。所述的高頻高壓電源器件分為三部分，第一部分為逆變電路，包括逆變單元及其驅(qū)動(dòng)電路，第二部分為諧振電容、諧振電感、高頻高壓變壓器、高頻高壓整流電路和電壓測(cè)量電路，第三部分為控制電路。所述的電源機(jī)箱內(nèi)設(shè)置了兩層結(jié)構(gòu)，高頻高壓電源器件第一部分放置在最上層的第一層，第二部分放置在第二層，最上層的第一層與第二層平行布置于電源機(jī)箱內(nèi)部，第三部分控制電路布置于第一層和第二層的左側(cè)的側(cè)板上。