宽输入高功率密度大功率液冷DC-DC电源的制作方法

本发明涉及宽输入高功率密度大功率液冷dc-dc电源。

背景技术：

目前，传统的电源模块采用两级电路第一级buck，第二级推挽电路实现高压200v-400v转换为输出30v。由于其主要开关器件采用常规mos，完成高压转低压的开关损耗较大，因此其效率较低，目前国外类似产品最高效率为92.5%。国内产品最高效率约为91.5%。

另外传统电源开关频率在300khz左右，体积大，重量重。传统电源方案5200w组合电源，重量为2400g。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种宽输入高功率密度大功率液冷dc-dc电源。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种宽输入高功率密度大功率液冷dc-dc电源，包括从上到下依次设置的上盖体、中壳体、以及下壳体；

在上盖体顶板上设置有顶通气孔，在中壳体上端侧壁上设置有进风锥孔；

在中壳体侧壁设置有中进水孔，在下壳体设置有下横向出水通道，

在中壳体顶壁设置有上冷水通道；在下壳体上端设置有下冷水通道；

冷水依次经过中进水孔，上冷水通道，下冷水通道，以及下横向出水通道；

在上冷水通道下端以及在下冷水通道上端设置有密封盖；

上冷水通道的进入汇总通道的输入端与中进水孔连接，进入汇总通道对称分两路，该两路结构相同且对称设置，均包括顺次连接的n型第一旁支通道、u型聚中通道、n型第二旁支通道、送出汇总通道、中出水孔；

下冷水通道包括上端与中出水孔下端连接的下进水孔；

在下冷水通道输出端竖直设置有下纵向出水通道；下纵向出水通道上端与下横向出水通道连通，下横向出水通道高于下壳体的下底面；

在中出水孔与下进水孔之间设置有中间密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进：

用于安装在电器件的中壳体上端底部设置有中心凹部；

在中壳体与下壳体上设置有封堵工艺通道的工艺堵头和工艺封堵。

下冷水通道的n型第一旁支通道、u型聚中通道、n型第二旁支通道的横向水道为斜向导向通道。

还包括电气单元，电气单元包括输入电压vin、电容c1-c7、mos管q1-q8、二极管d1-d2、电感l1-l4、变压器t1、输出电压v0；

输入电压vin经过电容c1接地pe，再经过电容c6接地gnd；

输入电压vin经过包括电容c2-c4、以及电感l1的第一滤波电路，

输入电压vin分两路，一路通过并联的电容c1与电容c2接gnd端；另一路通过电感l1后，分别通过电容c4接地，并作为滤波电路输入；

滤波电路输入通过包括mos管q3与mos管q6斩波电路，将高压电路变为低压电路；

mos管q3与mos管q6串联后，mos管q3接滤波电路输入，mos管q6接gnd端；

低压电路经过包括电感l2与电容c5的第二滤波储能电路后输出低压直流电路；

mos管q1、q4串联，mos管q2、q5串联后并联组成移相电桥，低压直流电路经过移相电桥输出交流信号；mos管q2、q5的连接点通过电感l3后分两路，一路通过二极管d1接低压直流电路正向输入，一路通过二极管d2接低压直流电路负向输入；

移相电桥输出的交流信号经过隔离变压器t1输出次交流电路，次交流电路经过包括mos管q7、q8的同步整流电路变为直流电路，直流电路通过mos管q7、q8的连接输出，在经过有包括电感l4、c7的第三滤波电路输出电压v0；

mos管q7、q8串接在隔离变压器t1次级线圈上。本发明的有益效果在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

图1是本发明硬件的结构示意图。

图2是本发明局部的结构示意图。

图3是本发明部分的结构示意图。

图4是本发明电路的结构示意图。

图5是现有技术电路的结构示意图。

其中：1、上盖体；2、中壳体；3、下壳体；4、进风锥孔；5、顶通气孔；6、中心凹部；7、中进水孔；8、进入汇总通道；9、n型第一旁支通道；10、u型聚中通道；11、n型第二旁支通道；12、送出汇总通道；13、中出水孔；14、下进水孔；15、斜向导向通道；16、密封盖；17、工艺堵头；18、下纵向出水通道；19、下横向出水通道；20、工艺封堵；21、中间密封圈。

具体实施方式

如图1-4所示，本实施例的宽输入高功率密度大功率液冷dc-dc电源，包括从上到下依次设置的上盖体1、中壳体2、以及下壳体3；

在上盖体1顶板上设置有顶通气孔5，在中壳体2上端侧壁上设置有进风锥孔4；

在中壳体2侧壁设置有中进水孔7，在下壳体3设置有下横向出水通道19，

在中壳体2顶壁设置有上冷水通道；在下壳体3上端设置有下冷水通道；

冷水依次经过中进水孔7，上冷水通道，下冷水通道，以及下横向出水通道19；

在上冷水通道下端以及在下冷水通道上端设置有密封盖16；

上冷水通道的进入汇总通道8的输入端与中进水孔7连接，进入汇总通道8对称分两路，该两路结构相同且对称设置，均包括顺次连接的n型第一旁支通道9、u型聚中通道10、n型第二旁支通道11、送出汇总通道12、中出水孔13；

下冷水通道包括上端与中出水孔13下端连接的下进水孔14；

在下冷水通道输出端竖直设置有下纵向出水通道18；下纵向出水通道18上端与下横向出水通道19连通，下横向出水通道19高于下壳体3的下底面；

在中出水孔13与下进水孔14之间设置有中间密封圈21。

用于安装在电器件的中壳体2上端底部设置有中心凹部6；

在中壳体2与下壳体3上设置有封堵工艺通道的工艺堵头17和工艺封堵20。

下冷水通道的n型第一旁支通道9、u型聚中通道10、n型第二旁支通道11的横向水道为斜向导向通道15。

还包括电气单元，电气单元包括输入电压vin、电容c1-c7、mos管q1-q8、二极管d1-d2、电感l1-l4、变压器t1、输出电压v0；

输入电压vin经过电容c1接地pe，再经过电容c6接地gnd；

输入电压vin经过包括电容c2-c4、以及电感l1的第一滤波电路，

输入电压vin分两路，一路通过并联的电容c1与电容c2接gnd端；另一路通过电感l1后，分别通过电容c4接地，并作为滤波电路输入；

滤波电路输入通过包括mos管q3与mos管q6斩波电路，将高压电路变为低压电路；

mos管q3与mos管q6串联后，mos管q3接滤波电路输入，mos管q6接gnd端；

低压电路经过包括电感l2与电容c5的第二滤波储能电路后输出低压直流电路；

mos管q1、q4串联，mos管q2、q5串联后并联组成移相电桥，低压直流电路经过移相电桥输出交流信号；mos管q2、q5的连接点通过电感l3后分两路，一路通过二极管d1接低压直流电路正向输入，一路通过二极管d2接低压直流电路负向输入；

移相电桥输出的交流信号经过隔离变压器t1输出次交流电路，次交流电路经过包括mos管q7、q8的同步整流电路变为直流电路，直流电路通过mos管q7、q8的连接输出，在经过有包括电感l4、c7的第三滤波电路输出电压v0；

mos管q7、q8串接在隔离变压器t1次级线圈上。

现有技术，开关频率低，模块体积大，不利于整机重量的减轻。不符合航空航天低重量的要求。本发明方法，提高开关频率，同时降低模块损耗，可大大减轻产品的整机重量。解决传统大功率模块的超重问题。

本产品输入电压范围宽dc200v～dc400v,输出功率高达5200w,最大体积约为100mm*100mm*50mm，采用高达1mhz开关频率，是一款新型的高可靠、大功率、小体积隔离多路dc-dc电源。航空电源对重量的要求与对性能的要求一样严格。大功率电源存在小体积散热处理、输出噪音大的难点。

常规大功率电源的输出电压纹波有效值甚至高达1～2v，本产品通过线路优化设计，将纹波有效值控制在300mv以内。

散热处理的好坏直接决定着整个产品的可靠性，散热处理不好，不仅整机输出可能不受控，甚至可能出现炸机的严重后果。

1首先该产品在多个功率热点有温度检测保护电路，当温度的升高至设定点后，逐级降额输出功率。

2该产品采用多种最新技术组合，将整机最高效率提升至97%，比目前已有同类产品的最高效率92.5%提升4.5%。大大降低了整机模块的功耗，提升了产品的可靠性。我们的创新点是电路采用多种最新技术的组合方式。

传统的电源模块采用两级电路第一级buck，第二级推挽电路实现高压200v～400v转换输出。由于其主要开关器件采用常规mos，完成高压转低压的开关损耗较大，因此其效率较低，目前国外类似产品最高效率为92.5%。国内产品最高效率约为91.5%。

我们选用最新的gan开关器件，并根据器件特性将该产品架构组合调整为第一级电路采用buck电路，第二级移相全桥电路。采用的技术有移相软开关变流技术，固态变压器技术，gan开关器件及其驱动，同步整流等。电路设计采用了最新的gan开关器件，极大了降低了开关损耗（电路开关损耗占据传统的电路损耗的20%左右）。

固态变压器采用利兹线交叉绕制方式，提高了变压器的耦合度，减少了变压器的漏电感。有利于减少整机的损耗。

整流输出部分采用的同步整流技术，优化了同步整流的开启关断时间点，既保证了同步整流的可靠性，又减少了整流部分的功耗。

产品管壳腔体设计了双层液体散热管道，采用最新的摩擦焊技术，对管道进行焊接密封，保证了散热面的平整度。内部模块的功率处理部分，通过优化设计，与散热管道紧密压合，中间采用高导热率的导热胶进行填充，最大限度的减小热阻。

通过选用新型磁性材料，优化线路方案，采用合理工艺布局，使产品的功率密度达到162w/inch3。常规高功率密度模块功率密度为40-80w/inch3。

采用gan开关器件，第一级buck电路，第二级移相全桥软开关电路的主电路架构，结合摩擦焊双层液冷结构设计的dc-dc大功率高功率密度电源。该组合设计可将目前的同等大小功率处理效率由92.5%，提升至97%，整机重量由传统组合电源的2400g,降低至2000g，重量降低16.7%。完全满足航空航天的需求。

使用本发明时，上盖体1起到防护作用，中壳体2上下两侧可以安装电器件，下壳体3可以安装电器件，本发明利用热效应，进风锥孔4提高风速，顶通气孔5利用烟囱原理实现排气，中心凹部6利用低洼原理减少中心热量的聚居，中进水孔7进入，下横向出水通道19，从而与热量实现对流，从低温向高温区进入，设计合理，吸热效果好，将底部高温区的热量快速带出，避免二次加热。n型第一旁支通道9吸收两侧的热量，u型聚中通道10实现水流在中部汇聚，从而提高中部吸热效果，n型第二旁支通道11提高中部水流停留时间，充分吸热，送出汇总通道12实现支流聚合，斜向导向通道15减少液阻力，提高流速，将底部热量快速带出，密封盖16，工艺堵头17，工艺合理，工艺封堵20，中间密封圈21实现密封隔离，下纵向出水通道18高，实现中管路中排气，实现充分吸热；

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。