一种GaN基单相逆变电源的制作方法

本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种gan基单相逆变电源。

背景技术：

近年来，动车组列车对车辆设备的轻量化要求越来越高，传统的电源由于存在体积与重量大、结构复杂、电源传输效率低等问题已不能满足整车需求，因此亟待研发新型逆变电源。目前，普通的逆变电源功率在几十到几百瓦之间，并且冷却方式主要采用风冷形式，导致电源体积和重量增大，除此之外，其功率越来越无法满足用户的使用需求。

为了解决上述问题，国际上主要电力电子厂家和科研机构，不断探索高效节能、轻量化的变流产品，并逐步将提升变流产品效率的突破口放在功率器件材料的变革上。gan材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是继si材料之后的第三代半导体材料。它具有开关速度快、开关频率高、开关损耗低、通态电阻小、工作结温高等优势，可以满足实际应用中对电源提出的高功率密度、高效节能、谐波小、轻量化等要求。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种gan基单相逆变电源，包括逆变器下壳体和逆变器上壳体；

所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体活动连接；

所述逆变器下壳体和所述逆变器上壳体形成中空空间m；

所述中空空间m内部设置有驱动与控制电路基板，所述驱动与控制电路基板上设置有boost电感、氮化镓基功率电子器件、llc谐振电感、llc主变压器和逆变器电感；

所述驱动与控制电路基板包括升压电路、llc谐振电路和逆变电路；

所述升压电路一端与所述llc谐振电路一端相连接，所述llc谐振电路的另一端与所述逆变电路相连接。

进一步地，所述boost电感、氮化镓基功率电子器件、llc谐振电感、llc主变压器和逆变器电感外部设置均设置有导热壳体。

进一步地，所述导热壳体内部填充有导热胶。

进一步地，所述逆变器下壳体的边沿和逆变器上壳体的边沿通过密封胶条连接。

进一步地，该电源的外形尺寸为560mm×380mm×110mm。

进一步地，该电源的防护等级为ip65。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种gan基单相逆变电源，基于新型的主电路拓扑结构，采用高频隔离dcdc控制技术，设计了一款容量为3.5kva的自然散热型gan基器件的车载单相逆变电源，其额定负载效率超过94.5％，可将轨道车辆充电机提供的110v直流转换为220v/50hz交流电，供交流负载使用；与传统的电力电子器件相比，该电源采用的氮化镓(gan)基功率电子器件具有开关速度快、开关频率高、开关损耗低、通态电阻小、工作结温高等优势，可以满足实际应用中对电源提出的高功率密度、高效节能、谐波小、轻量化等要求；本逆变电源采用了boost、llc及逆变器的三级式架构，可有效保证电源的输出品质，并且很大程度上提升高频隔离逆变器的效率与功率密度；该逆变电源的设计有效地解决了高频电源常见的电磁兼容、涡流、高阻抗的电气问题，使得逆变电源在与其他电源设备一同组成单元进行使用时，不会出现干扰问题；该逆变电源采用自然对流形式进行系统散热，简化了系统结构，降低了系统重量；此外，该逆变电源防护等级可达到ip65，可在非密闭环境下使用，拓展了应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的外观图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型的立体图；

图4为本实用新型的顶视图；

图5为本实用新型的电路图。

图中：1、boost电感，2、氮化镓基功率电子器件，3、llc谐振电感，4、llc主变压器，5、逆变器下壳体，6、密封胶条，7、逆变器电感，8、驱动与控制电路板，9、连接器ⅰ，10、逆变器上壳体，11、导热壳体，12、导热硅胶，13、升压电路，14、llc谐振电路，15、逆变电路，16、连接器ⅱ、17、连接器ⅲ。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

图1为本实用新型的外观图；图2为本实用新型的侧视图；图3为本实用新型的立体图；图4为本实用新型的顶视图；

一种gan基单相逆变电源，包括：逆变器下壳体5和逆变器上壳体10；

所述逆变器上壳体10上设置连接器ⅰ9、连接器ⅱ16和连接器ⅲ17；

所述连接器ⅰ9为重载连接器用于接收控制信号，所述连接器ⅱ16为110v直流电连接器，所述连接器ⅲ17为220v交流电输出连接器；

所述逆变器下壳体5和所述逆变器上壳体10通过螺丝活动连接；

所述逆变器下壳体5和所述逆变器上壳体10形成中空空间m；

所述中空空间m内部设置有驱动与控制电路基板8，所述驱动与控制电路基板8上设置有boost电感1、氮化镓基功率电子器件2、llc谐振电感3、llc主变压器4和逆变器电感7；

图5为本实用新型的电路图；所述驱动与控制电路基板8采用了一种如图5所示的升压电路、llc谐振电路及逆变电路的三级式架构；可有效保证电源的输出品质，并且很大程度上提升高频隔离逆变器的效率与功率密度；

所述驱动与控制电路基板8包括升压电路13、llc谐振电路14和逆变电路15；

所述升压电路13一端与所述llc谐振电路14一端相连接，所述llc谐振电路14的另一端与所述逆变电路15相连接。

所述升压电路13负责将输入电压从dc110v(±30％)提升至dc400v；

所述llc谐振电路14主要实现高频隔离功能，llc谐振电路14由包括llc谐振电感和llc主变压器组成；

所述逆变电路15负责将dc400v逆变为ac220v/50hz，再经逆变器电感滤波后输出，以供交流负载使用；

该电路具体工作过程为：输入电源分别通过(lb1、db1、sb1)、(lb2、db2、sb2)实现交错boost升压变换，对支撑电容c1进行充电，经过gan开关管(s1、s2、s3、s4)把直流电变换为脉冲pwm信号，再经过谐振电抗器lr、谐振电容cr和高频变压器t实现电气隔离，然后由d1、d2、d3和d4整流成直流对支撑电容c2充电，逆变电路15通过gan开关管(s1、s2、s3、s4)把直流电变换为交流脉冲信号，经过l1、l2和c3滤波成单相220v正弦波。

本逆变电源采用自然对流形式进行系统散热，所述boost电感1、氮化镓基功率电子器件2、llc谐振电感3、llc主变压器4和逆变器电感7外部设置均设置有导热壳体11，各类电感器件通过导热硅胶12与导热壳体11进行传热；

所述导热壳体11内部填充有导热硅胶12；该逆变电源是通过逆变器下壳5、驱动与控制电路8、导热壳体11、逆变器上壳10、连接器9等器件的合理电气连接和空间布局，将轨道车辆充电机提供的110v直流电转换为220v/50hz交流电，供交流负载使用。

所述逆变器下壳体5的边沿和逆变器上壳体10的边沿通过密封胶条6连接；导热壳体11与逆变器上壳体10通过导热硅胶12贴合，最终将发热器件的热量传递到外界环境；

本逆变电源散热方式可极大简化其散热系统，提高运行可靠性；除此之外，可减小系统的体积和重量。

为了满足轻量化要求，采用自然对流形式进行系统散热，该车载单相逆变电源防护等级可达到ip65，外形尺寸为：560mm×380mm×110mm，重量25kg，散热路径如下：各类电感和gan器件产生的热量依次经过导热壳体11、导热硅胶12、逆变器上壳体10散发到外界环境。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。