专利名称：大功率开关电源叠层母排方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率开关电源设计中器件采用相叠连接的方法。
背景技术：
兰州重离子加速器冷却储存环，给深层治癌扫描磁铁供电用的二台三角
波电源也采用大功率开关电源(100KVA左右)的主电路形式。在相同功率容 量下，开关电源比线性电源效率更高,体积更小,电磁干扰也更严重。控制高频 噪声的产生和辐射是开关电源生产系统设计中最为复杂的一门"黑盒"艺术。 根据对导线的特性分析，在大功率开关电源设计中，尽量不用导线连接， 而采用铜板连接。用铜板取代导线,铜板之间不是并排相接,而采用相叠连接。
发明内容
针对上述导线的特性分析，为了控制开关电源高频噪声的产生，本发明 的目的在于提供一种大功率开关电源B型叠层母排方法。即在大功率开关电 源设计中，不用导线连接，而采用铜板连接。用铜板取代导线，铜板与铜板 之间都是相叠而安装的，故称为叠层母排。这种叠层母排设计方法是利用机 械结构抑制技术通过合理的物理布局来抑制电磁干扰。
本发明的目的是通过以下技术措施来实现 一种大功率开关电源B型叠层母排方法，其特征是
a. 电源主电路选用二组整流桥串联形式，每组整流桥由型号为 DF200AA120/160 3个整流桥模块并联组成，IGBT输出由2个型号为 FF450R12ME3模块组成；
b. 开关电源是将6个整流桥模块和2个IGBT模块集中安装在同一水冷 板上，其中，第1组三个模块为一组并联连接，第2组三个模块为另一组并 联连接，最后l、 2二组模块再串联连接，每组整流桥模块用铜板并联连接;
c. 6个整流桥模块的交流输入、输出正极及串联短路板也用铜板连接，6个整流桥模块分为二组，第1组三个模块为一组并联连接，第2组三个模
块为另一组并联连接，1、 2二组模块再串联连接，每组整流桥模块用铜板并 联连接，A、 B、 C三相交流输入3个铜板及输出正极铜板、1、 2二组整流 串联短路铜板之间相叠安装，中间用垫柱相连；
d. 滤波电容是由二组C1、 C2电容串联组成，先将C2组电容与电容负 极板安装好，再将C1组电容与电容正极板安装，用螺钉将电容分别固定在 正、负极铜板上，再将电容板"地"与安装好后的C2组电容负极板进行安 装，连线为三张铜板，上下相叠，中间通过垫柱相连；
e. 将C1、 C2二组电容安装好后的整体电容板与串接完成后的整流桥组 和IGBT模块水冷板进行套装，电容板的负极通过垫柱叠放在串联短路板上 与第2组整流桥的输出负极及2个IGBT的El脚通过垫柱相连，电容板的 正极与2个IGBT的C2脚通过垫柱相连；
f. 第1组整流桥A相输入铜板通过垫柱叠放在串联短路板上与第1组3 个整流桥的A相相连，第2组整流桥的A相输入铜板通过垫柱叠放在电容 板的负极上与第2组的3个整流桥的A相相连；
g. 第1组整流桥的B相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的铜 板上与第1组3个整流桥的B相相连，第2组整流桥的B相输入铜板通过 垫柱叠放在整流桥A相输入的铜板上与第2组3个整流桥的B相相连；
h. 第1组整流桥的C相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的铜 板上与第1组3个整流桥的C相相连，第2组整流桥的C相输入铜板通过 垫柱叠放在整流桥B相输入的铜板上与第2组3个整流桥的C相相连；
j.输出正极铜板通过垫柱叠放在第1组整流桥C相输入的铜板上与第1 组3个整流桥的输出正极相连，大功率开关电源B型叠层母排安装完成。 上述的垫柱高为7 35mm。 上述的铜板为3mm。 本发明的优点是
1、为减小每个电流环路的电磁辐射，本发明电源主电路由6个整流桥 模块，型号为DF200AA120/160并联整流和IGBT输出为2个型号FF45服12ME3模块组成，集中安装在同一水冷板上，简化了复杂的连线， 通过水冷板的水路进行散热。主电路中滤波电容，功率开关管或整流器，电 感或变压器放置靠近，并确定好这些器件的方向，减短连线长度，使它们之 间的电流通路尽可能短，既减小了开关柜的体积，又减少了内部连线，达到 了抑制电磁干扰的目的。满足了兰州重离子加速器冷却储存环实验终端给深 层治癌扫描磁铁供电用的二台三角波电源上得到了的需求。
2、本发明叠层母排设计是利用机械结构抑制技术通过合理的物理布局 来抑制电磁干扰。B型大功率开关电源叠层母排设计，主电路为12脉动整 流输出，整流滤波电容采用二组电容串联形式。大功率开关电源设计中，不 用导线连接，而采用铜板连接。用铜板取代导线，并采用铜板上下相叠连接 方式，中间通过不同高度垫柱相连。完成了多个器件的电气连接，减少了走 线，进而减小了电磁干扰。
图1为本发明主电路图。
图2为本发明6个整流桥模块和2个IGBT模块装于同一水冷板示意图， 图上为图2的仰视图；图右为图2的左视图。
图3为本发明A、 B、 C三相交流输入3个铜板、左下角为串联短路板。 右下角为整流输出正极板示意图。
图4为本发明电容板负极板示意图，图上为图4的仰视图；图右为图4 的左视图。
图5为本发明电容板(地)示意图，图上为图5的仰视图；图右为图5 的左视图。
图6为本发明电容板正极板示意图，图上为图6的仰视图；图右为图6 的左视图。
图7为本发明C2组电容与电容负极板安装示意图，图上为图7的仰视 图；图右为图7的左视图。
图8为本发明Cl组电容与电容正极板安装示意图，上图为图8的仰视图；右图为图8的左视图。
图9为本发明电容板"地"与C2组电容负极板安装示意图，图上为图 9的仰视图；图右为图9的左视图。
图10为本发明Cl、 C2 二组电容的整体安装完成示意图，图上为图10 的仰视图；图右为图10的左视图。
图11为本发明1 2二组整流桥串联示意图，图上为图ll的仰视图；图 右为图11的左视图。
图12为本发明安装好后的整体电容板与整流桥和IGBT模块组装示意 图，图上为图12的仰视图；图右为图12的左视图。
图13为本发明A相交流输入铜板安装图，图上为图13的仰视图；图右 为图13的左视图。
图14为本发明B相交流输入铜板安装图，图上为图14的仰视图；图右 为图14的左视图。
图15为本发明C相交流输入铜板安装图，图上为图15的仰视图；图右 为图15的左视图。
图16为本发明整流输出正式极板安装图，图上为图16的仰视图；图右 为图16的左视图。
具体实施例方式
电源的主电路如图l所示。由于输出电流较大，电压较高。主电路选用 二组整流桥串联形式，每组整流桥由3个整流桥模块(型号为-DF200AA120/160)并联组成，IGBT输出由2个型号FF450R12ME3模块组成。
叠层母排安装结构及步骤如下
为减小每个电流环路的电磁辐射，滤波电容，功率开关管或整流器，电 感或变压器，它们的放置要尽可能靠近，这些器件的方向也要确定好，以减 短连线长度，使它们之间的电流通路尽可能短。本电源是将6个整流桥模块 和2个IGBT模块集中安装在同一水冷板上，这样可简化复杂的连线，通过水冷板的水路进行散热。整流桥模块和IGBT模块与水冷板安装如图2所示。 6个整流桥模块的交流输入、输出正极及串联短路板也用铜板连接。由 于是12脉动整流桥输出，由第1组三个模块为一组并联连接，再由第2组 三个模块为另一组并联连接，最后1、 2 二组模块再串联连接。每组整流桥 模块用铜板并联连接，三相交流输入3个铜板及输出正极铜板、1、 2二组整 流串联短路板之间相叠安装，中间用7mm垫柱相连。铜板加工如图3所示。 要使功率开关管交流电流环路与输入电源电流环路最小，滤波电容引线 尽可能做到、最短。由于滤波电容是由二组电容(Cl、 C2)串联组成，且C1、 C2 二组电容又是由多个电容并联组成。这就需要考虑其物理布置问题，将 Cl、 C2 二组电容前后均匀地分散在整流器与功率开关管上，且呈放射性分 布，连线为三张铜板，上下相叠，中间通过7mm垫柱相连。这样既减小了上 述两个环路面积又减小了电容上的串联电阻和串联电感。 电容板负极加工图如图4所示。 电容板"地"加工图如图5所示。 电容板正极加工图如图6所示。 先将C2组电容与电容负极板安装好，如图7所示。 再将C1组电容与电容正极板安装，安装完成图如图8所示。 再将电容板"地"与安装好后的C2组电容负极板进行安装，安装完成 图如图9所示。
最后再将安装好后的Cl组电容正极板进行安装，这样就完成了 Cl、 C2 二组电容的整体安装，安装完成图如图10所示。
根据叠层母排工艺要求，先将1、 2 二组整流桥用短路板串联起来，整 流桥模块与短路板通过14mm垫柱相连，如图11所示。
再将Cl、 C2 二组电容安装好后的整体电容板与串接完成后的整流桥组 和IGBT模块进行套装，电容板的负极通过垫柱叠放在串联短路板上与第2 组整流桥的输出负极及2个IGBT的El脚通过垫柱相连。电容板的正极与2 个IGBT的C2脚通过垫柱相连。如图12所示。这样用最简捷的方式完成了 多个器件的电气连接，减少了走线，进而减小了电磁干扰。图13分别为第1组整流桥A相输入铜板通过28mm垫柱叠放在串联短路 板上与第1组3个整流桥的A相相连。第2组整流桥的A相输入铜板通过 垫柱叠放在电容板的负极上与第2组的3个整流桥的A相相连。
图14分别为第1组整流桥的B相输入铜板通过35 mm垫柱叠放在整流桥 A相输入的铜板上与第1组3个整流桥的B相相连。第2组整流桥的B相输 入铜板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的铜板上与第2组3个整流桥的B 相相连。
图15分别为第1组整流桥的C相输入铜板通过35 mm垫柱叠放在整流桥 B相输入的铜板上与第1组3个整流桥的C相相连。第2组整流桥的C相输 入铜板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的铜板上与第2组3个整流桥的C 相相连。
图16为输出正极铜板通过35 mm垫柱叠放在第1组整流桥C相输入的铜 板上与第1组3个整流桥的输出正极相连，为最后的安装完成大功率开关电 源B型叠层母排。
而后，整流桥的输出正极与电容板的正极通过铜排与滤波电抗器相连。
权利要求
1、一种大功率开关电源B型叠层母排方法，其特征是a. 电源主电路选用二组整流桥串联形式，每组整流桥由型号为DF200AA120/160 3个整流桥模块并联组成，IGBT输出由2个型号为FF450R12ME3模块组成；b. 开关电源是将6个整流桥模块和2个IGBT模块集中安装在同一水冷板上，其中，第1组三个模块为一组并联连接；第2组三个模块为另一组并联连接，最后1、2二组模块再串联连接，每组整流桥模块用铜板并联连接；c. 6个整流桥模块的交流输入、输出正极及串联短路板也用铜板连接，6个整流桥模块分为二组，第1组三个模块为一组并联连接，第2组三个模块为另一组并联连接，1、2二组模块再串联连接，每组整流桥模块用铜板并联连接，A、B、C三相交流输入3个铜板及输出正极铜板、1、2二组整流串联短路铜板之间相叠安装，中间用垫柱相连；d. 滤波电容是由二组C1、C2电容串联组成，先将C2组电容与电容负极板安装好，再将C1组电容与电容正极板安装，用螺钉将电容分别固定在正、负极铜板上，再将电容板“地”与安装好后的C2组电容负极板进行安装，连线为三张铜板，上下相叠，中间通过垫柱相连；e. 再将C1、C2二组电容安装好后的整体电容板与串接完成后的整流桥组和IGBT模块水冷板进行套装，电容板的负极通过垫柱叠放在串联短路板上，与第2组整流桥的输出负极及2个IGBT的E1脚通过垫柱相连，电容板的正极与2个IGBT的C2脚通过垫柱相连；f，第1组整流桥A相输入铜板通过垫柱叠放在串联短路板上与第1组3个整流桥的A相相连，第2组整流桥的A相输入铜板通过垫柱叠放在电容板的负极上与第2组的3个整流桥的A相相连；g. 第1组整流桥的B相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的铜板上与第1组3个整流桥的B相相连，第2组整流桥的B相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥A相输入的铜板上与第2组3个整流桥的B相相连；h. 第1组整流桥的C相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的铜板上与第1组3个整流桥的C相相连，第2组整流桥的C相输入铜板通过垫柱叠放在整流桥B相输入的铜板上与第2组3个整流桥的C相相连；j. 输出正极铜板通过垫柱叠放在第1组整流桥C相输入的铜板上与第1组3个整流桥的输出正极相连，大功率开关电源B型叠层母排安装完成。
2、 根据权利要求1所述的一种大功率开关电源B型叠层母排方法，其 特征是上述的垫柱高为7 35 im。
3、 根据权利要求1所述的一种大功率开关电源叠层母排的方法，其特 征是上述的铜板为3mm。
全文摘要
本发明涉及一种大功率开关电源B型叠层母排方法，即在大功率开关电源设计中，不用导线连接，而采用铜板连接，用铜板取代导线，铜板与铜板之间铜板之间都是相叠而安装的，完成了滤波电容，功率开关管或整流器多个器件的电气连接。本发明减小了开关柜的体积，又减少了内部连线，达到了抑制电磁干扰的目的。
文档编号H02M7/06GK101420171SQ200810232029
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月11日 优先权日2008年10月11日
发明者冯秀明, 周忠祖, 曙 张, 张显来, 高大庆 申请人:中国科学院近代物理研究所