[发明专利]一种高频高压电源结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种可提高高频高压电源功率密度的电源机箱内部器件的布置结构。

背景技术

高频高压电源是将低压交流电或直流电变换成高压直流电后对脉冲电容器进行充电的装置，通常，将频率≥20kHZ、电压上千伏的电源称之为高频高压电源。目前高频高压电容器充电电源在电磁发射、高功率激光、大功率微波、加速器等脉冲功率领域和医疗、工业领域均得到普遍应用。在医疗领域如x光机、工业领域如切割和焊接用的脉冲激光源对高频高压电容器充电电源的便携性均有一定的要求，功率密度越高越有利于广泛应用。

为了实现电源的高功率密度化，高频高压电源经历了从电源理论和新型模块化电路、控制技术、新型电力电子器件、封装技术、结构设计等方面的探索和研究。通过诸多技术的发展，电源的功率密度不断提高，但以上技术很难在短时间内继续飞跃发展。因此，如何合理设计电源装配结构、优化热管理系统以及在有限空间内提高高压系统的绝缘性能是提高高频高压电源的重要途径之一。

高频高压电源主要由逆变电路、谐振电路、高频高压变压器、高频高压整流电路及控制电路组成。由于电路结构涉及高压、低压、强电和弱电，元器件众多，因此在电源的装配过程中，需要根据具体计算，确定所选器件尺寸、空间安装位置、高低压隔离措施、高压绝缘方法、布线原则、电磁兼容问题的优化措施、主要发热器件热损耗及其散热系统的选择等。目前，针对高功率密度高频高压充电电源的前述问题，国内外展开了相应的研究。2001年，德国J.Biebach等人应未来车载电磁武器的需求研制了70kW的充电电源，为提高功率密度，电源中逆变器部分采用了高速IGBT，并为这一主要发热器件设计了水冷系统。IGBT被焊接在绝缘金属层上。2008年美国Texas Tech University脉冲功率与电力电子技术中心Michael Giesselmann等人研制的350kW高功率密度高压电源中，每个IGBT均单独安装在LytronCP30G10液冷散热器上，高压变压器采用油冷方式，并为变压器的二次绕组设置了三个冷却通路，保证绝缘的同时提高了其散热能力，高压整流硅堆每个串联的二极管后面均焊接椭圆形铜散热片以提高导热性能。国内针对高功率密度高频高压电源及其装配方式的研究起步较晚，在众多高频高压充电电源的研究文献中，较多针对在高频高压充电电源的电压、电流特性进行研究，较少有针对提高其高功率密度的研究，对其装配方式的介绍更少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种高频高压电源器件的布置结构。本发明可在高频高压电源可靠性运行的基础上提高其功率密度，减轻重量，改善其便携性能。高频高压电源主要由逆变电路、谐振电路、高频高压变压器、高频高压整流电路及控制电路组成。本发明主要包括三部分：第一部分针对电源中主要发热元器件：逆变电路、高频高压变压器、谐振电感、高频高压整流电路，根据所述发热元器件生热机理及损耗、耐热性能不同，采用不同的散热方式；第二部分针对高压部分：高频高压变压器和高频高压整流电路设计绝缘结构；第三部分针对控制电路电磁兼容问题进行结构优化设计。本发明电源的机箱内部上下布置了两块层板，上下两块层板相互平行，两块层板的一侧固定在一块竖直布置的侧板上，侧板与两块层板垂直，呈90度倒置的П形。所述的高频高压电源器件分为三部分，第一部分为逆变电路，包括逆变单元及其驱动电路，第二部分为谐振电容、谐振电感、高频高压变压器、高频高压整流电路和电压测量电路，第三部分为控制电路。所述的电源机箱内设置了两层结构，高频高压电源器件第一部分放置在最上层的第一层，第二部分放置在第二层，最上层的第一层与第二层平行布置于电源机箱内部，第三部分控制电路布置于第一层和第二层的左侧的侧板上。