CN113922681A - 提高整流装置电性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于整流器技术领域，具体为一种提高整流装置电性能的方法，通过在变压器副边绕组的两侧输出端之间居中引出与副边绕组电连接的输出负极，分别在两侧输出端上连接整流模块，通过将两侧的整流模块并连接电感，使所述整流装置的输出正极引出自所述电感，本发明提供的方法在变压器的副边绕组的两侧输出端之间居中设置了输出负极，并通过将电感并接在两侧输出端上的整流模块上，以引出输出正极，从而使电流均衡地流向两侧的整流模块后经由电感汇总输出流向负载，有效地缩减两侧整流模块温度的差异，整体上减缓整流模块损坏的速度，从而提高整流装置的使用寿命。

Description

提高整流装置电性能的方法

技术领域

本发明属于整流器技术领域，具体为一种提高整流装置电性能的方法。

背景技术

整流器作为一种将电源***的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备，已被广泛地应用在交通运输行业、生产制造行业等，例如船舶运输行业和电镀生产行业，现有的整流器通常在其箱体内设置上下布置的逆变散热器和整流散热器，逆变散热器和整流散热器基本横跨整个箱体，位于整流散热器的下侧设有沿整流散热器底侧横向排布的两个串联的变压器，每个变压器的副边均连接有贴在整流散热器底面的肖特基组(整流模块)，由于上述元器件的布局方式使得流向每个肖特基组的电流大小不相同，实际使用时总会出现距离输入端较近的肖特基组电流比距离输入端较远的肖特基组电流要大很多，上述电流不均衡的现象会使流过电流大的肖特基组发热严重，寿命也相对较短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有整流器的两组肖特基组电流不均衡的不足，提供一种通过改变变压器与整流模块之间的电连接结构来提高整流装置电性能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种提高整流装置电性能的方法，通过在变压器副边绕组的两侧输出端之间居中引出与副边绕组电连接的输出负极，分别在两侧输出端上连接整流模块，通过将两侧的整流模块并连接电感，使所述整流装置的输出正极引出自所述电感。

与现有技术相比，本发明提供的方法在变压器的副边绕组的两侧输出端之间居中设置了输出负极，并通过将电感并接在两侧输出端上的整流模块上，以引出输出正极，从而使电流均衡地流向两侧的整流模块后经由电感汇总输出流向负载，有效地缩减两侧整流模块温度的差异，整体上减缓整流模块损坏的速度，从而提高整流装置的使用寿命。

进一步的，所述电感的相对两侧分别连接有电感抽头，所述电感抽头连接在所述整流装置的整流散热器的相对两侧，上述电感的连接方式可分散电感抽头的电流并增大导电接触面积，降低接口压降，同时可降低元器件的规格要求，以缩减元器件的尺寸。

进一步的，所述两侧输出端包括第一输出端和第二输出端，所述整流模块包括与所述第一输出端连接的第一整流模块、以及与所述第二输出端连接的第二整流模块，所述第一输出端、所述第二输出端分别引出至所述整流散热器的相对两侧，所述第一整流模块、所述第二整流模块均布在所述整流散热器的相对两侧并与所述整流散热器电连接，所述第一输出端和所述第二输出端以预设频率交替工作，上述设置方式使连接于同一输出端上的整流模块平均分布在整流散热器的相对两侧，以使整流散热器无论是在第一输出端工作还是第二输出端工作时，其相对两侧必定有整流模块在工作，从而避免工作的整流模块集中在整流散热器的某一侧，进一步实现电流的均衡分布，以提高整流装置的寿命和可靠性，避免某一侧的温度过高，有效地防止电流过于集中在整流散热器的某一侧而损坏元器件。

进一步的，所述第一整流模块和所述第二整流模块包括均布在所述整流散热器相对两侧的若干组肖特基组，每组肖特基组包括上下布置的两个二极管，两个二极管之间通过汇总铜排并联，汇总铜排的中部通过连接铜排连接对应的输出端，所述汇总铜排上设有磁环，上述设置方式通过连接铜排从汇总铜排的中部引出接入对应的输出端可均衡流过上下两端二极管的电流，从而降低上下两端二极管的温度差，提高其寿命。

进一步的，所述变压器包括磁芯，所述磁芯上设有原边绕组和副边绕组，所述磁芯的下侧设有水平布置的第一输出板和第二输出板，所述第一输出板和所述第二输出板横向延伸至所述整流装置的相对两侧，所述第一输出端连接所述第一输出板，所述第二输出端连接所述第二输出板，通过设置第一输出板和第二输出板引出第一输出端和第二输出端的连接方式可简化整流装置线路的布置，从而使整流装置结构更加紧凑，更便于组装和维护。

进一步的，所述副边绕组包括设于所述磁芯相对两侧的多根第一铜棒、多根第二铜棒以及位于所述磁芯中部的中间抽头，所述磁芯底侧位于所述第一输出板和所述第二输出板之上设有与所述中间抽头连接的第三输出板，所述第一铜棒的一端与所述第一输出板连接，另一端绕过所述磁芯与所述第三输出板连接，所述第二铜棒的一端与所述第二输出板连接，另一端绕过所述磁芯与所述第三输出板连接，所述中间抽头通过所述第三输出板引出形成所述输出负极，上述铜棒的分布方式能提高磁芯窗口的利用率，从而提升磁芯规格的功率密度，缩减变压器的尺寸。

进一步的，为了提高整流装置的可靠性，所述第三输出板与所述第一输出板和所述第二输出板之间设有绝缘板。

进一步的，所述第三输出板、所述绝缘板对应所述第一铜棒和所述第二铜棒设有过孔，所述第一铜棒和所述第二铜棒分别通过所述过孔与相应的输出板连接，该种设置方式有利于铜棒的装配。

进一步的，上述整流散热器包括两个相对设置的散热单体，第一整流模块和第二整流模块对应设置在两个散热单体的外侧壁上，变压器设于整流散热器的上侧，电感设于整流散热器的后侧，每个散热单体自其前侧向电感方向贯穿设有散热通道，上述整流散热器的设置方式可缩减其长度，从而留出空间安装电感，同时在整流散热器上设置风向朝向电感的散热通道，结合电感自身耐高温性能好的特性，便能满足电感的散热需求，从而节省出空间供耐高温性能差或者产出热量高的元器件进行安装，例如节省出空间供整流模块安装在整流散热器的两侧壁上，该种设置方式重新设计了散热结构，以便在缩减整流装置体积的前提下进一步地确保散热效果。

进一步的，两个散热单体的上下两侧之间连接有沿散热通道延伸方向设置的导电件，所述导电件优选为铝板，导电件可通过焊接连接两个散热单体。导通后的两个散热单体能有效地抑制变压器原边的电流饱和现象。

附图说明

图1为整流装置的立体图；

图2为整流装置的结构示意图；

图3a为变压器的结构示意图；图3b为变压器的俯视图；

图4为整流装置的电路图；

图5为实验(一)的整流装置示意图；

图6为实验(一)a、b位置的电流波形图；

图7为实验(二)的整流装置示意图；

图8为实验(二)a、b位置的电流波形图；

图9为实验(三)的整流装置示意图；

图10为实验(三)的原边电流波形图；

图11为实验(四)的整流装置示意图；

图12为实验(四)的原边电流波形图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图4，本实施例提供一种提高整流装置电性能的方法，涉及的整流装置包括整流散热器1、变压器2和电感3，变压器2设于整流散热器1的上侧，电感3设于整流散热器1的后侧，变压器2包括磁芯21，磁芯21的相对两侧设有原边绕组和副边绕组，副边绕组设有第一输出端201、第二输出端202以及位于第一输出端201和第二输出端202中间的输出负极203，第一输出端201连接有与整流散热器1相连接的第一整流模块4，第二输出端202连接有与整流散热器1相连接的第二整流模块5，第一整流模块4和第二整流模块5的输出端并连接电感3。

本实施例的提高整流装置电性能的方法通过在变压器2副边绕组的两侧输出端(201,202)之间居中引出与所述副边绕组电连接的输出负极203，并分别在两侧输出端(201,202)上连接整流模块(4,5)，通过将两侧的整流模块(4,5)并连接电感3，再从所述电感3上引出整流装置的输出正极，该种设置方式使得电流从副边绕组均衡地流向两侧的整流模块(4,5)后再经电感3汇总输出至负载，有效地缩减两侧整流模块(4,5)温度的差异，整体上减缓整流模块(4,5)损坏的速度，从而提高整流装置的使用寿命。

参见图1至图4，第一输出端201、第二输出端202分别引出至整流散热器1的相对两侧，第一整流模块4、第二整流模块5均布在整流散热器1的两侧，第一输出端201和第二输出端202以预设频率交替工作，上述整流模块采用了交互式的分布方式，使连接于同一输出端上的整流模块平均分布在整流散热器1的相对两侧，以使整流散热器1无论是在第一输出端201工作还是第二输出端202工作时，其相对两侧必定有整流模块在工作，从而避免工作的整流模块集中在整流散热器1的某一侧，避免某一侧的温度过高，有效地防止电流过于集中在整流散热器1的某一侧而损坏元器件，并进一步实现电流的均衡分布，以提高整流装置的寿命和可靠性，优选的，第一整流模块4和第二整流模块5结构和数量均相同，以下结合实验数据作进一步说明：

参见图4所示的整流装置电路图，第一整流模块4的肖特基组D1、肖特基组D2和第二整流模块5的肖特基组D3和肖特基组D4的输出端并连接电感3，分别进行两组对照实验：

参见图5，实验(一)将第一整流模块4的肖特基组D1、肖特基组D2设置在整流散热器1的一侧，将第二整流模块5的肖特基组D3、肖特基组D4设置在整流散热器1的相对一侧，并测量如图5所示同一侧整流模块上下两端(a、b位置)的电流，见图6的电流波形图可知，流过上端a位置的电流比流过下端b位置的电流大50％。

参见图7，实验(二)将第一整流模块4的肖特基组D1、肖特基组D2设于整流散热器1的相对两侧，并将第二整流模块5的肖特基组D3、肖特基组D4设置在整流散热器1的相对两侧，测量如图所示同一侧整流模块上下两端(a、b位置)的电流，见图8的电流波形图可知，流过上下两端的电流基本一致。

由此可见，上述设置方式可进一步使流过整流装置的电流均衡。

参见图1至图4，在一种具体的实施方式中，副边绕组包括设于磁芯21相对两侧的多根第一铜棒22和多根第二铜棒23、以及位于磁芯21中部的中间抽头24，磁芯21下侧设有水平布置的第一输出板25和第二输出板26，第一输出板25和第二输出板26横向延伸至所述整流装置的相对两侧，磁芯21底侧位于第一输出板25和第二输出板26之上设有与中间抽头24连接的第三输出板27，第一铜棒22的一端与第一输出板25连接，另一端绕过磁芯21与第三输出板27连接，第二铜棒23的一端与第二输出板26连接，另一端绕过磁芯21与第三输出板27连接，中间抽头24通过所述第三输出板27引出形成所述输出负极203，上述设置方式通过第一输出板25和第二输出板26引出副边绕组的第一输出端201和第二输出端202，并通过第三输出板27引出副边绕组的输出负极203，可简化整流装置线路的布置，从而使整流装置结构更加紧凑，更便于组装和维护。

参见图3b，作为一种改进的方式，为了提高磁芯21窗口的利用率，绕制第一铜棒22时，相邻两根第一铜棒22位于磁芯21的内圆侧在水平投影上呈长短错落分布，即每两根短的第一铜棒22中间夹着一条长的第一铜棒22，长的第一铜棒22更靠近磁芯21的中心，如图3b所示，d1＜d2，从而提升磁芯21规格的功率密度，使得同样尺寸下的磁芯21能绕制更多的铜棒，缩减变压器2的尺寸。同理，第二铜棒23可采用上述同样的绕制方式，以进一步提升磁芯21窗口的利用率。

参见图1至图4，所述第一整流模块4和所述第二整流模块5包括均布在所述整流散热器1相对两侧的若干组肖特基组6，每组肖特基组6包括上下布置的两个二极管61，两个二极管61之间通过汇总铜排62并联，汇总铜排62的中部通过连接铜排63连接对应的输出端(201,202)，所述汇总铜排62上设有磁环64。上述设置方式通过连接铜排63从汇总铜排62的中部引出接入对应的输出端可均衡流过上下两端二极管61的电流，从而降低上下两端二极管61的温度差，提高其寿命。

参见图1和图3a，为了提高整流装置的可靠性，第三输出板27与第一输出板25和第二输出板26连接设有绝缘板28。

参见图3a，第三输出板27、绝缘板对应第一铜棒22和第二铜棒23设有过孔，第一铜棒22和第二铜棒23分别通过过孔与相应的输出板连接，该种设置方式有利于铜棒的装配。

参见图1和图3a，原边绕组包括绕设在磁芯21外周的丝包线20，副边绕组设于丝包线20的***，丝包线20在两侧的第一铜棒22和第二铜棒23之间引出。

参见图1，作为一种改进的实施方式，电感3的相对两侧分别设有电感抽头31，电感3通过两侧的电感抽头31连接在整流散热器1的相对两侧，上述电感3的连接方式可分散电感抽头31的电流并增大导电接触面积，降低接口压降，同时可降低元器件的规格要求，以缩减元器件的尺寸。在一种优选的实施方式中，电感抽头31连接于散热单体12靠近整流模块下侧的区域，以进一步缩减上下两端二极管61的电流差，从而降低两者的温差。

参见图1和图2，作为一种改进的实施方式，整流散热器1包括两个相对设置的散热单体12，第一整流模块4和第二整流模块5对应设置在两个散热单体12的外侧壁上，每个散热单体12均设有所述散热通道11，上述整流散热器1的设置方式可缩减其长度，从而留出空间安装电感3，同时在整流散热器1上设置风向朝向电感3的散热通道11，结合电感3自身耐高温性能好的特性，便能满足电感3的散热需求，从而节省出空间供耐高温性能差或者产出热量高的元器件进行安装，例如节省出空间供整流模块安装在整流散热器1的两侧壁上，该种设置方式重新设计了散热结构，以便在缩减整流装置体积的前提下进一步地确保散热效果。

参见图1和图2，作为一种改进的实施方式，两个散热单体12的上下两侧之间连接有沿散热通道11延伸方向设置的导电件13，所述导电件13优选为铝板，导电件13可通过焊接连接两个散热单体12，本发明为了优化整流装置的散热结构，整流散热器1采用了两块分离的散热单体12组合而成，并将电感3设于整流散热器1的后侧，整流模块连接于两个散热单体12上并经电感3汇总输出，通过测试发现该种分离的散热单体12会使变压器2的原边电流出现饱和现象，但由于本发明的散热单体均设有纵向排布的多个散热翅(相邻两个散热翅构成所述散热通道11)，现有工艺无法制造如本发明提供的由两块散热单体一体成型的整流散热器，因此通过设置导电件13将两个散热单体12的上下两侧连接起来，从而有效地抑制变压器2原边的电流饱和现象，而焊接的方式可增大导电件13与散热单体12之间的接触面积，与采用螺钉的连接方式相比，可进一步减缓原边电流饱和现象，并且随着导电件13与散热单体12之间接触面积的提高，减缓效果可进一步提高。

以下结合实验数据进一步说明。

分别进行两组对照实验：

参见图9，实验(三)，在实验(二)的基础上，将整流散热器1设置为分离的两块散热单体12，并检测变压器2原边的电流波形图，见图10可知，原边电流在图10标记的位置出现显著的电流饱和现象。

参见图11，实验(四)，在实验(二)的基础上，将整流散热器1设置为分离的两块散热单体12，并通过铝板13将两块散热单体12的上下两侧焊接起来，然后检测变压器2原边的电流波形图，见图12可知，原边电流未出现饱和现象。

由此可见，通过设置导电件13连接两块分离的散热单体12的上下两端，可避免变压器2原边电流出现饱和的现象，从而防止变压器2因电流饱和而损坏。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.提高整流装置电性能的方法，其特征在于，在变压器副边绕组的两侧输出端之间居中引出与所述副边绕组电连接的输出负极，并分别在所述两侧输出端上连接整流模块，通过将两侧的整流模块并连接电感，使所述整流装置的输出正极引出自所述电感。

2.根据权利要求1所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述电感的相对两侧分别连接有电感抽头，所述电感抽头连接在所述整流装置的整流散热器的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述两侧输出端包括第一输出端和第二输出端，所述整流模块包括与所述第一输出端连接的第一整流模块、以及与所述第二输出端连接的第二整流模块，所述第一输出端、所述第二输出端分别引出至所述整流散热器的相对两侧，所述第一整流模块、所述第二整流模块均布在所述整流散热器的相对两侧并与所述整流散热器电连接，所述第一输出端和所述第二输出端以预设频率交替工作。

4.根据权利要求3所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述第一整流模块和所述第二整流模块包括均布在所述整流散热器相对两侧的若干组肖特基组，每组肖特基组包括上下布置的两个二极管，两个二极管之间通过汇总铜排并联，汇总铜排的中部通过连接铜排连接对应的输出端，所述汇总铜排上设有磁环。

5.根据权利要求3所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述变压器包括磁芯，所述磁芯上设有原边绕组和副边绕组，所述磁芯的下侧设有水平布置的第一输出板和第二输出板，所述第一输出板和所述第二输出板横向延伸至所述整流装置的相对两侧，所述第一输出端连接所述第一输出板，所述第二输出端连接所述第二输出板。

6.根据权利要求5所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述副边绕组包括设于所述磁芯相对两侧的多根第一铜棒、多根第二铜棒以及位于所述磁芯中部的中间抽头，所述磁芯底侧位于所述第一输出板和所述第二输出板之上设有与所述中间抽头连接的第三输出板，所述第一铜棒的一端与所述第一输出板连接，另一端绕过所述磁芯与所述第三输出板连接，所述第二铜棒的一端与所述第二输出板连接，另一端绕过所述磁芯与所述第三输出板连接，所述中间抽头通过所述第三输出板引出形成所述输出负极。

7.根据权利要求6所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述第三输出板与所述第一输出板、所述第二输出板之间设有绝缘板。

8.根据权利要求7所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述第三输出板、所述绝缘板对应所述第一铜棒和所述第二铜棒设有过孔，所述第一铜棒和所述第二铜棒分别通过所述过孔与相应的输出板连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，所述整流装置的整流散热器包括两个相对设置的散热单体，所述整流模块对应设置在两个所述散热单体的外侧壁上，所述变压器设于所述整流散热器的上侧，所述电感设于所述整流散热器的后侧，每个所述散热单体自其前侧向所述电感的方向贯穿设有散热通道。

10.根据权利要求9所述的提高整流装置电性能的方法，其特征在于，两个散热单体的上下两侧之间连接有沿所述散热通道延伸方向设置的导电件。

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