一种高压大电流同步整流电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种高压大电流同步整流电源，该电源包括：变压器(1)、液态冷却导电母排(2)、导电排(3)、电路板(4)、传感器(5)以及电抗器(6)；其中，变压器(1)、导电排(3)和电路板(4)的数量分别大于或等于二；变压器(1)与电路板(4)一一对应连接构成低压同步整流单元，这些低压同步整流单元之间串联连接以获得高压大电流，并通过导电排(3)与液态冷却导电母排(2)引出所获得的高压大电流。
【专利说明】
一种高压大电流同步整流电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种高压大电流同步整流电源。
【背景技术】
[0002]电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、工控设备、计算机和电脑、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。在如单晶生长等应用场景下，一般需要电源提供高压大电流。此场景下，高压大电流指电压为50?200伏特，电流为O?1500安培。
[0003]现有技术中，通常是在变压器的副边直接采用高压整流二极管整流来获得这样的高压大电流。但是，由于整流二极管的高导通压降会导致电源系统效率低，冷却困难。而且，传统的同步低阻型整流金属-氧化物半导体场效应晶体管(Me tal-Oxide-Semi conductorField-Effect Transistor，M0SFET)的反向耐压低，无法应用在此类需要高输出电压的场景下。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的发明目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提供一种高效率、低损耗、模块化的高压大电流串联同步整流电源。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0006]—种高压大电流同步整流电源，包括:变压器(I)、液态冷却导电母排(2)、导电排
(3)、电路板(4)、传感器(5)以及电抗器(6);其中，所述变压器(I)、导电排(3)以及电路板
(4)的数量分别大于或等于二；
[0007]所述传感器(5)和所述电抗器(6)绝缘套接在所述液态冷却导电母排(2)上；
[0008]所述变压器(I)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧，所述电路板(4)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的另一侧，所述变压器(I)与所述电路板(4)一一对应连接构成低压同步整流单元；
[0009]所述低压同步整流单元之间通过所述导电排(3)和所述液态冷却导电母排(2)串联连接。
[0010]优选地，上述导电排(3)可以包括:
[0011]第一连接导电排(31)，用于连接所述变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排⑵；
[0012]第二连接导电排(32)，用于连接相邻的所述变压器(I)的导电外壳；
[0013]第三连接导电排(34、35)，用于连接相邻的所述电路板(4);以及
[0014]第一输出极引出导电排(33)，用于连接所述变压器(I)中的导电外壳、引出所获得的高压大电流。
[0015]优选地，上述电路板(4)包括共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42);
[0016]所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧上。
[0017]优选地，上述电路板(4)还包括绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧上的同步整流保护板(43);
[0018]所述同步整流保护板(43)通过所述第三连接导电排(34、35)与所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)连接。
[0019]优选地，上述变压器(I)中的副边采用带中心抽头的全波整流，所述变压器(I)的导电外壳导电作为所述变压器(I)中的中心抽头。
[0020]优选地，上述共漏极同步整流驱动板(41)或者所述共源极同步整流驱动板(42)上设置有两个或两个以上的功率MOSFET。
[0021]优选地，上述电路板(4)进一步包括设置有两个或两个以上的功率MOSFET的同步整流板(44);
[0022]所述同步整流板(44)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)上与所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)相邻的一侧。
[0023]优选地，上述变压器(I)与所述电路板(4)一一对应连接构成的低压同步整流单元的电路连接形式包括:
[0024]所述功率MOSFET采用共源极连接，所述变压器(I)的导电外壳作为所述低压同步整流单元的正极输出；或者，
[0025]所述功率MOSFET采用共漏极连接，所述变压器(I)的导电外壳作为所述低压同步整流单元的负极输出。
[0026]优选地，上述导电排(3)包括:
[0027]第一连接导电排(31)，用于连接变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排
(2)；
[0028]第二连接导电排(32)，用于连接相邻的变压器(I)的导电外壳；
[0029]第三连接导电排(34、35)，用于连接相邻的电路板(4);
[0030]第二输出极引出导电排，绝缘设置在所述变压器(I)的导电外壳上，用于连接所述电路板(4)、引出所获得的高压大电流;以及
[0031]第四连接导电排，用于连接所述电路板(4)与所述液态冷却导电母排(2)。
[0032]优选地，上述传感器(5)、所述电抗器(6)与所述液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料；
[0033]所述变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料；
[0034]所述变压器(I)的导电外壳与所述导电排(3)之间设置有耐高温散热绝缘材料；
[0035]所述导电排(3)与液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料;和/或
[0036]所述液态冷却导电母排(2)与电路板(4)之间设置有耐高温散热绝缘材料。
[0037]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0038]1、通过变压器与电路板一一对应连接构成低压同步整流单元，将获得的低压同步整流单元串联连接来实现高压大电流输出，因此能够降低电源损耗，提高电源效率；
[0039]2、液态冷却导电母排既是电源的一个导电输出极，又是整个电源的水冷排，并且电源中的主要发热元件，如变压器和电路板等均紧密固定于液态冷却导电母排上，因此能够提高电源的散热效率；
[0040]3、低压同步整流单元以及导电排的灵活连接，实现了电源结构的集成化和模块化，从而提高了电源的可靠性和安装、维护的便利性。
【附图说明】
[0041]图1是本实用新型一实施例提供的高压大电流同步整流电源的剖面结构示意图；
[0042]图2.a是本实用新型另一实施例提供的高压大电流同步整流电源的立体结构示意图；
[0043 ]图2.b是图2.a所示电源沿轴向旋转180度的立体结构示意图；
[0044]图3是本实用新型一实施例提供的高压大电流同步整流电源的电路原理示意图；
[0045]图4是与图3所示电源对应的另一种低压同步整流单元串联连接方式的电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0047]实施例1
[0048]图1示出了本实用新型一实施例提供的一种高压大电流同步整流电源的剖面结构。如图1所示，该电源包括变压器1、液态冷却导电母排2、导电排3、电路板4、传感器5以及电抗器6。图1所示的实施例中，变压器I和电路板4的数量都为四个，在其他的实施例中，可以设置数量更多或者更少的变压器I和电路板4，且二者的数量也可以不相同。
[0049]其中，传感器5和电抗器6绝缘套接在液态冷却导电母排2上；
[0050]变压器I绝缘设置在液态冷却导电母排2的一侧；电路板4绝缘设置在液态冷却导电母排2的另一侧。变压器I与电路板4一一对应连接构成低压同步整流单元，所构成的低压同步整流单元之间通过导电排3和液态冷却导电母排2串联连接以获得高压大电流，并通过导电排3与液态冷却导电母排2引出所获得的高压大电流。
[0051]其中，变压器I的导电外壳的一侧可以通过导电排3与液态冷却导电母排2连接、相邻变压器I的导电外壳之间可以通过导电排3连接、电路板4之间也可以通过导电排3连接。具体地，连接方式可以包括:螺钉固定连接、螺栓固定连接、焊接以及结构固定件耦合连接等。
[0052]图1仅示出了变压器I和电路板4数量为四时，通过导电排3将所构成的四个低压同步整流单元串联的连接方式。相应地，当变压器I和电路板4的数量不同时，通过改变相邻的变压器I或相邻的电路板4的连接方式，同样可以实现多个低压同步整流单元之间的串联连接。
[0053]实施例2
[0054]在另一实施例中，如图2.a和图2.b所不，导电排3可以包括:第一连接导电排31，用于连接变压器I的导电外壳与液态冷却导电母排2;第二连接导电排32，用于连接相邻变压器I的导电外壳;第三连接导电排34、35，用于连接相邻的电路板41、42;以及，第一输出极引出导电排33，用于连接变压器I的导电外壳、引出所获得的高压大电流。
[0055]具体的，导电排3可以包括诸如铜导电排、铝导电排、合金导电排等由良导体材料制成的导电排;变压器I的导电外壳可以包括导电外铝壳、导电合金外壳等由导体材料制成的外壳。进一步的，液态冷却导电母排2可以包括入口、出口、以及容纳诸如液态水、液态氮、液态金属等液态冷却剂的腔体。
[0056]在上述实施例中，变压器I与电路板4--对应连接构成低压同步整流单元，通过将获得的低压同步整流单元串联连接来实现高压大电流输出，因此能够降低电源损耗，提高电源效率;其中，液态冷却导电母排2既是电源的一个导电输出极，又是整个电源的液态冷却剂容器，并且将电源中的主要发热元件，如变压器I和电路板4等均紧密固定于液态冷却导电母排上，因此能够提高电源的散热效率;并且，同时实现了电源结构的集成化和模块化，从而提高了电源的可靠性和安装、维护的便利性。
[0057]实施例3
[0058]下文参考图2.a、图2.b以及图3对本实用新型一优选的实施例提供的一种高压大电流同步整流电源中进行详细说明。其中，变压器I的副边采用带中心抽头的全波整流，变压器I的导电外壳导电作为该变压器的中心抽头，即变压器I分别产生正半周整流和负半周整流，合并后输出为全波整流。
[0059]如图2.b所示，电路板4可以包括共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42。具体地，共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42可以绝缘设置在液态冷却导电母排2上与变压器I相对应的一侧;在其他的实施例中，也可以绝缘设置在液态冷却导电母排2上与变压器I相邻的一侧。
[0060]其中，共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42上可以设置两个或两个以上的功率MOSFET;或者，在其他的实施例中，电路板4可以进一步包括同步整流板44，在每个步整流板44上设置两个或两个以上的功率MOSFET。具体地，同步整流板44可以绝缘设置在液态冷却导电母排2上与共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42相邻的一侧。
[0061]进一步地，电路板4还可以包括绝缘设置在液态冷却导电母排2的一侧上的同步整流保护板43，用于对所形成的同步整流单元进行同步整流保护。同步整流保护板43可以通过第三连接导电排34、35与共漏极同步整流驱动板41、共源极同步整流驱动板42、或者同步整流板44连接。具体地，同步整流保护板43可以绝缘设置在液态冷却导电母排2上与共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42相同或者不相同的一侧。相应地，同步整流保护板43的数量可以与同步整流单元相同，也可以根据环境要求进行增减。
[0062]其中，变压器I和电路板4一一对应连接构成的低压同步整流单元有两种电路连接形式:一种为功率MOSFET采用共源极连接，变压器I的导电外壳作为该低压整流单元的正极输出；一种为功率MOSFET采用共漏极连接，变压器I的导电外壳作为该低压整流单元的负极输出。
[0063]具体地，如图3所示，方波输入电压通过输入端A和输入端B输入并联的变压器11、12、13以及14;变压器11和电路板411、变压器13和电路板412构成的低压同步整流单元中，功率MOSFET采用共漏极连接，变压器11、13的导电外壳作为该低压整流单元的负极输出端Unit-;变压器12和电路板421、变压器14和电路板422构成的低压同步整流单元中，功率MOSFET采用共源极连接，变压器12、14的导电外壳作为该低压整流单元的正极输出端Unit
+ ο
[0064]电路板411中功率MOSFET的漏极通过第三连接导电排(34或35)与电路板421中功率MOSFET的源极连接；电路板412中功率MOSFET的漏极通过第三连接导电排(34或35)与电路板422中功率MOSFET的源极连接;其中，功率MOSFET的栅极与共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42的驱动电路连接，图3中都没有示出具体的驱动电路。
[0065]相邻变压器12、13的导电外壳通过第二连接导电排32连接;变压器11的导电外壳通过第一连接导电排31与液态冷却导电母排2连接，形成高压大电流输出端Vout-，变压器14的导电外壳与第一输出极引出导电排33连接，形成高压大电流输出端Vout+;或者，变压器14的导电外壳通过第一连接导电排31与导电外壳与所述液态冷却导电母排2连接，形成高压大电流输出端Vout+，变压器11的导电外壳与第一输出极引出导电排33连接，形成高压大电流输出端Vout-。
[0066]通过使相邻变压器I的副边采用不同的同步整流连接方式，例如，一者采用共漏极，另一者采用共源极，则相邻变压器I的导电外壳与经过电路板4后的正负极性相反;并且，将相邻变压器I的正极和负极通过第二连接导电排32串联连接，获得的高压大电流通过第一输出极引出导电排33和液态冷却导电母排2引出，从而能够进一步降低电源损耗，提高电源效率。
[0067]实施例4
[0068]对应于图3，图4示出了本实用新型又一优选的实施例提供的一种高压大电流同步整流电源中低压整流单元串联连接方式的电路原理示意图。其中，方波输入电压通过输入端A和输入端B输入并联的变压器141、142、143以及144;变压器141和电路板4411、变压器143和电路板4412构成的低压同步整流单元中，功率MOSFET采用共源极连接，变压器141、143的导电外壳作为该低压整流单元的正极输出端Unit+;变压器142和电路板4421、变压器144和电路板4422构成的低压同步整流单元中，功率MOSFET采用共漏极连接，变压器142、144的导电外壳作为该低压整流单元的负极输出端Unit-。；其中，功率MOSFET的栅极与共漏极同步整流驱动板41或者共源极同步整流驱动板42的驱动电路连接，图4中都没有示出具体的驱动电路。
[0069]相邻变压器141、142的导电外壳通过第二连接导电排32连接、相邻变压器143、144的导电外壳通过另一个第二连接导电排32连接。
[0070]其中，导电排3进一步包括第二输出极引出导电排，绝缘设置在变压器I的导电外壳上，用于连接电路板4、引出。相应地，导电排3还包括第四连接导电排，用于连接电路板4与液态冷却导电母排2。
[0071]具体地，电路板4411中功率MOSFET的源极通过第四连接导电排与液态冷却导电母排2连接，形成高压大电流输出端Vout-，电路板4422中功率MOSFET的漏极与第二输出极引出导电排连接(此处，第二输出极引出导电排绝缘设置在变压器144的导电外壳上，但并不与变压器144电连接，而通过延长第二输出极引出导电排使其与电路板4422中功率MOSFET的漏极连接)，形成高压大电流输出端Vou t+;
[0072]或者，电路板4411中功率MOSFET的源极与第二输出极引出导电排连接(此处，第二输出极引出导电排绝缘设置在变压器141的导电外壳上，但并不与变压器141电连接，而通过延长第二输出极引出导电排使其与电路板4411中功率MOSFET的源极连接)，形成高压大电流输出端Vout-，电路板4422中功率MOSFET的漏极通过第四连接导电排与液态冷却导电母排2连接，形成高压大电流输出端Vout+。所获得的高压大电流通过第二输出极引出导电排和液态冷却导电母排2引出。通过使用形成的低压整流单元的串联连接，进一步降低了电源损耗，提高了电源效率。
[0073]实施例5
[0074]在本实用新型另一优选的实施例提供的一种高压大电流同步整流电源中，变压器I的导电外壳与液态冷却导电母排2之间设置有耐高温散热绝缘材料，例如耐高温散热绝缘布、耐高温散热绝缘硅胶、耐高温散热绝缘图层等。相应地，第一连接导电排31、第二连接导电排32、第一输出极引出导电排33、以及第二输出极引出导电排与变压器I的导电外壳之间；第三连接导电排34、35、第四连接导电排与液态冷却导电母排2之间；液态冷却导电母排2与其表面固定的电路板4之间也可以设置耐高温散热绝缘材料。上述电源元件经过耐高温散热绝缘材料隔离后再固定连接，从而能够进一步地提高电源的散热效率。
[0075]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述电源包括:变压器(I)、液态冷却导电母排(2)、导电排(3)、电路板(4)、传感器(5)以及电抗器(6);其中，所述变压器(1)、导电排(3)以及电路板(4)的数量分别大于或等于二； 所述传感器(5)和所述电抗器(6)绝缘套接在所述液态冷却导电母排(2)上； 所述变压器(I)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧，所述电路板(4)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的另一侧，所述变压器(I)与所述电路板(4)一一对应连接构成低压同步整流单元； 所述低压同步整流单元之间通过所述导电排(3)和所述液态冷却导电母排(2)串联连接。2.根据权利要求1所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述导电排(3)包括: 第一连接导电排(31)，用于连接所述变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排(2)； 第二连接导电排(32)，用于连接相邻的所述变压器(I)的导电外壳； 第三连接导电排(34、35)，用于连接相邻的所述电路板(4);以及第一输出极引出导电排(33)，用于连接所述变压器(I)中的导电外壳、引出所获得的高压大电流。3.根据权利要求2所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述电路板(4)包括共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42); 所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧上。4.根据权利要求3所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述电路板(4)还包括绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)的一侧上的同步整流保护板(43); 所述同步整流保护板(43)通过所述第三连接导电排(34、35)与所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述变压器(I)中的副边采用带中心抽头的全波整流，所述变压器(I)的导电外壳导电作为所述变压器(I)中的中心抽头。6.根据权利要求3所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述共漏极同步整流驱动板(41)或者所述共源极同步整流驱动板(42)上设置有两个或两个以上的功率MOSFET。7.根据权利要求3所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述电路板(4)进一步包括设置有两个或两个以上的功率MOSFET的同步整流板(44); 所述同步整流板(44)绝缘设置在所述液态冷却导电母排(2)上与所述共漏极同步整流驱动板(41)或者共源极同步整流驱动板(42)相邻的一侧。8.根据权利要求6或7所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述变压器(I)与所述电路板(4)--对应连接构成的低压同步整流单元的电路连接形式包括: 所述功率MOSFET采用共源极连接，所述变压器(I)的导电外壳作为所述低压同步整流单元的正极输出；或者， 所述功率MOSFET采用共漏极连接，所述变压器(I)的导电外壳作为所述低压同步整流单元的负极输出。9.根据权利要求1所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述导电排(3)包括: 第一连接导电排(31)，用于连接变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排(2); 第二连接导电排(32)，用于连接相邻的变压器(I)的导电外壳； 第三连接导电排(34、35)，用于连接相邻的电路板(4); 第二输出极引出导电排，绝缘设置在所述变压器(I)的导电外壳上，用于连接所述电路板(4)、引出所获得的高压大电流;以及 第四连接导电排，用于连接所述电路板(4)与所述液态冷却导电母排(2)。10.根据权利要求1所述的高压大电流同步整流电源，其特征在于，所述传感器(5)、所述电抗器(6)与所述液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料； 所述变压器(I)的导电外壳与所述液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料； 所述变压器(I)的导电外壳与所述导电排(3)之间设置有耐高温散热绝缘材料； 所述导电排(3)与液态冷却导电母排(2)之间设置有耐高温散热绝缘材料;和/或 所述液态冷却导电母排(2)与电路板(4)之间设置有耐高温散热绝缘材料。
【文档编号】H02M7/00GK205666759SQ201620478298
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】邓永华, 李洪波
【申请人】四川英杰电气股份有限公司