电容器组、叠层母排线和供电设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例总体上涉及电源。本发明特定的实施例涉及固态开关电源。
【背景技术】
[0002] 电源是向一个或多个电负载供电的电子/电气电路。术语"电源"最常用于电气 装置组合或组件中，这些电气装置将一种形式的电能转换为另一种，并且通常称为"功率变 换器"。许多电源包括两个或更多个连接在一起的功率变换器。通常，功率变换器是"交换 式"功率变换器，其中使用多个固态装置来间歇性地中断输入电流，从而实现输入电流到输 出电流的转换，输出电流具有不同的振幅、电压和/或频率。例如，"交流功率变换器（AC powerconverter) "接收直流或交流输入电流，并以设计的电压、电流和/或频率值产生输 出功率。相反，"直流功率变换器（DCpowerconverter)"以大体恒定的输出电压和/或电 流产生输出功率。
[0003] 传统的功率变换器通常是多个固态开关的分组，这些固态开关从高电位直流电轨 (DCrail)或较低电位直流电轨连接到交流输出终端。两个直流电轨通常一起称作"直流 链路（DClink)"，而术语"直流链路电路"通常是指穿过此直流链路的电位差。通常，固 态开关是开启以从直流电源轨产生交流电流的晶体管。晶体管的开启致使直流电轨与交 流输出终端之间产生电压浪涌（voltagesurges)。因此，每个晶体管均与反并联二极管 (anti-paralleldiode) -起封装，以便缓和浪涌。此外，电容器有时跨接在单个开关的电 源终端两端，以便缓和开关瞬态期间的快速电压和电流斜率（currentslopes)。具体来 说，"缓冲"电容器具有此功能。此外，每个电压源功率变换器需要直接相连或者极接近该功 率变换器的直流链路终端的一个或多个电容器来进一步缓和穿过变换器开关的电压浪涌。 "换向"电容器有此功能。
[0004] 电容器传导电压瞬态期间的漏电流，并且具有可测量的电阻，因此每当吸收电压 浪涌时均散热。每个电容器均慎重指定安全限度，以便在常规操作期间不会接近电气设计 参数，例如，电介质击穿。此外，每个电容器均做出指定，以承受设计温度瞬态。应认识到， 这些特征将增加设计、制造和操作成本。例如，电容器需要额外的设计工作。电容器也需要 购买、跟踪并组装额外的零件。
[0005] 在操作中，电容器致使每个传统的功率变换器占用的体积和散热多于所需，从而 减小可达到的总功率密度。电容器的散热还将增加用于冷却功率变换器所需的寄生负载， 从而减小安装时可达的净功率密度。此外，在功率变换器的常规操作期间，每个电容器仅在 一部分的工作周期中使用。因此，包括电容器的传统功率变换器具有大量的额外成本、冷却 要求更高，且重量和体积净功率密度均小于所需水平。
[0006] 鉴于上述原因，需要减小电源的成本和冷却要求，同时提高其功率密度。因此，需 要提供能够使用较小电容器安全操作的电源。
【发明内容】
[0007] 在实施例中，一种电容器组包括叠层母排线，所述叠层母排线具有安置在中间绝 缘层的相对表面上的高电位导电层和低电位导电层。所述电容器组包括电连接到叠层母排 线的多个母线电容器。叠层母排线和母线电容器具有足够低的联合电感，以便母线电容器 以并行于叠层母排线的方式有效地电连接。其中：所述高电位导电层包括高电位导孔阵列； 所述低电位导电层包括低电位导孔阵列；所述多个母线电容器各自具有连接在所述叠层母 排线的所述高电位导电层处的对应高电位终端，以及连接在所述叠层母排线的所述低电位 导电层处的对应低电位终端；以及所述母线电容器以并行于所述叠层母排线的所述高电位 导孔和所述低电位导孔的方式有效地电连接。
[0008] 本申请进一步提供一种供电设备，该供电设备包括上述电容器组，并且进一步包 括：至少一个功率变换器，所述功率变换器以并行于所述母线电容器的方式穿过至少一个 所述高电位导孔和至少一个所述低电位导孔有效地电连接到所述叠层母排线，所述功率变 换器不包含换向电容器；
[0009] 进一步地，其中所述至少一个功率变换器是多个功率变换器中的第一功率变换 器，所有功率变换器均以并行于所述母线电容器的方式有效地电连接，并且不具有内部换 向电容器。
[0010] 进一步地，所述供电设备进一步包括以并行于所述功率变换器的方式有效地电连 接到所述叠层母排线的至少一个直流电源。
[0011] 进一步地，其中所述至少一个直流电源包括电池、超电容、光电池或直流发电机中 的至少一项。
[0012] 进一步地，其中所述第一功率变换器配置为主功率变换器，并且所述多个功率变 换器中的其他功率变换器以数据并行的方式连接到所述主功率变换器。
[0013] 进一步地，其中所述第一功率变换器配置为主功率变换器，并且所述多个功率变 换器中的其他功率变换器以数据串行的方式连接到所述主功率变换器。
[0014] 进一步地，其中所述母线电容器连接到所述叠层母排线的第一翼，而所述高电位 导孔和所述低电位导孔形成于所述叠层母排线的第二翼处，所述第二翼以与所述第一翼大 体正交的方式延伸。
[0015] 本申请还提供一种供电设备，该供电设备包括上述所述的电容器组，并且进一步 包括：至少一个功率变换器，所述功率变换器电连接到所述叠层母排线，以便与所述母线电 容器有效地并联，所述至少一个功率变换器不包括任何换向电容器。该供电设备进一步包 括：至少一个直流电源以并行于所述至少一个功率变换器的方式有效地电连接到所述叠层 母排线。
[0016] 在其他实施例中，一种供电设备包括叠层母排线，所述叠层母排线具有安置在中 间绝缘层的相对表面附近的高电位导电层和低电位导电层。所述高电位导电层包括高电位 导孔阵列，并且低电位导电层包括低电位导孔阵列。所述设备进一步包括：多个母线电容 器，每个电容器具有电连接到高电位导电层的高电位终端，并且具有电连接到母排线的低 电位导电层的低电位终端；以及多个功率变换器，每个功率变换器穿过一个所述高电位导 孔和一个所述低电位导孔。所述功率变换器不具有换向电容器。
[0017] 进一步地，其中每个功率变换器仅包括对应的辅助电容器。
[0018] 进一步地，其中所述功率变换器彼此之间的间隔比具有换向电容器的供电设备的 功率变换器之间的间隔更为紧密。
[0019] 进一步地，其中：
[0020] 每个功率变换器具有至少约2. 6w/cm3的净功率密度，以及
[0021] 所述功率变换器沿所述母排线以不超过约15cm的中心距排列。
[0022] 进一步地，所述功率变换器包括配置用于向所述叠层母排线供应电流的至少一个 第一功率变换器，以及配置用于从所述叠层母排线接收电流的至少一个第二功率变换器。 在其他实施例中，一种叠层母排线具有绝缘层，所述绝缘层沿轴延伸，并且界定与所述轴正 交的大体均匀的轮廓。所述轮廓包括第一翼和第二翼，所述第二翼以一定角度从所述第一 翼的纵向边缘突起。所述母排线还包括安置在所述绝缘层的第一表面上的第一导电层，以 及安置在所述绝缘层的与所述第一导电层相对的第二表面上的第二导电层。第一多个导孔 和第二多个导孔以与第一导电层电接触的方式形成，分别穿过所述第一翼和所述第二翼。 第三多个导孔和第四多个导孔以与第二导电层电接触的方式形成，分别穿过所述第一翼和 所述第二翼。
[0023] 进一步地，其中所述第一导电层和第二导电层相互靠近，以便所述叠层母排线在 所述多个导孔上产生最小的寄生电感。
[0024] 进一步地，其中所述第一多个导孔和第二多个导孔沿所述叠层母排线的所述轴排 列。
[0025] 进一步地，其中所述第三多个导孔和第四多个导孔在分别对应于所述第一多个导 孔和第二多个导孔的位置处沿所述轴排列。
[0026] 进一步地，其中所述轮廓大体均匀。
[0027] 本申请还涉及一种供电设备，该供电设备包括以上所述的叠层母排线；
[0028] 多个母线电容器，所述母线电容器附接在所述第一翼处，并且通过所述第一多个 导孔和第三多个导孔电连接穿过所述第一导电层和所述第二导电层；以及
[0029] 多个功率变换器，所述功率变换器附接在所述第二翼处，并且通过所述第二多个 导孔和第四多个导孔电连接穿过所述第一导电层和所述第二导电层。
【附图说明】
[0030] 参考附图阅读以下非限定性实施例的描述可以更好地理解本发明，其中：
[0031] 图1示出了根据本发明一项实施例的模块化无吸收电源（modularsnubberless powersupply)的电子示意图。
[0032] 图2示出了图1所示模块化无吸收电源的截面示意图。
[0033] 图3示出了图1所示模块化无吸收电源的透视图。
[0034] 图4示出了根据本发明一方面的主从功率变换器之间的数据并行信号流的示意 图。
[0035] 图5示出了根据本发明另一方面的主从功率变换器之间的数据串行信号流的示 意图。
【具体实施方式】
[0036] 下文将详细参考本发明的示例性实施例，这些实施例的实例在附图中图示。在可