[实用新型]超大功率直流变换器

说明书

本实用新型属于一种直流变换器。

直流变换器是交流不间断电源，直流不间断电源，二次操作电源，通讯专用开关电源和其他各种开关电源的主要组成部份，它的容量直接决定了上述各种电源的输出功率。尽管直流变换器都采用具有最大输出功率的桥式电路，但由于电子器件输出功率的限制，变压器磁芯和绕组的发热，直流变换器的容量只能局限在一定的范围内。随着科学拔术的日新月异，信息领域对电源的高频化，小型化提出了更高的要求。而高频化给功率器件带来了更大的热损耗，小型化给功率器件的散热增加了更多的困难，所有这些，都给提高直流变换器的容量增加了更多的障碍

在实际应用中，常常需要较大输出功率的各类电源，一般采用新器件，新工艺，这将大大提高电源整机的成本；另一方面，有时也采用多个相同输出电压的直流变换器串联或并联的方式，来增加整机输出容量，但容量的增加局限于现有器件的功率极限，不可能做到很大，而且电路复杂，运行不稳定，各电源之间既不同频，又不同相，更谈不上同步，相互干扰严重，产生严重的差拍现象，影响整个系统的稳定运行。

实际工作中，磁芯各点的温度是不相同的，对磁性影响最大的是处于温度最高的点，称此点为热点，而这些点是处于被绕组包围的磁芯柱的中心点上。为此，要求选用铁损耗小的磁芯，才能使铁芯损耗不会增加太快。

功率变压器的磁芯，一般采用E型结构，中心柱的宽度是边柱的两倍。磁芯的标称功率和其中心柱截面积成正比，大功率的磁芯中心柱的体积也大，散热更困难。实际工作中，磁芯各点的温度是不相同的，而这些点处于被绕组包围的磁芯柱的中心点上。大尺寸磁芯的中心点即热点，离铁氧体的表面更远，热传导更困难。

各种电源正向高频化和小型化发展，要使电源小型化，即由一定体积的磁芯获得尽可能大的输出功率，会出现下列问题：

1.磁芯损耗增加；

2.导线的趋肤效应增大；

3.由于漏磁通所产生的邻近效应增大；

4.由于开关过程产生的噪声增大。

本实用新型的目的旨克服以上缺陷，设计一种低成本，高效率的直流变换器，在现有元器件的条件下，可以无限增加输出功率容量。

本实用新型的目的是以下述方案实现的：超大功率直流变换器的高频变压器桥式电路输出臂上的变压器的数量和串、并联的连接方式，根据输出电流和电压的大小进行选择，其磁芯采用叠片式结构，绕组采用实心方铜棒，铜棒之间留有通风空隙，使磁芯和绕组的温度在超极限运用的情况下仍能保持在安全范围之内，有利于各类电源的高频化和小型化。功率器件采用多个场效应管并联，以增加器件的功率容量；尽可能地减少磁芯和绕组发热，最大限度地将产生的热量及时散去，其功率容量可以提高十倍，百倍，甚到更高，在理论上没有上限。

本实用新型尽可能地减少磁芯和绕组的发热，这是治本；最大限度地将产生的热量及时散去，这是治标。固然要减少功率器件的发热，但要增加功率容量，要实现高频化和小型化，发热总是无法避免的；只要最大限度地将发出来的热量及时散去，那么温度就不会继续上升，各类功率器件就可以在超极限的条件下运用而安然无恙。由于本实用新型采用了标本兼冶的方法。具有以下特点：

1.功率容量可以增加十倍，百倍，甚至更高，没有一个理论的上限。

2.没有差拍现象，不存在相互干扰的问题。

3.有效防止和避免变压器磁芯中热点的产生。

4.设计制造容易，成本低。

图1显示了高频变压器原边和副边串、并联的方法。

图2是典型的直流变换器桥式电路原理图，显示了场效应管四种并联接入点。

图3是高频变压器磁芯结构示意图。

图4是高频变压器绕组结构1示意图。

图5是高频变压器绕组结构2示意图。

一.高频变压器原边和副边串、并联的方法。

桥式电路输出臂上的变压器的数量和串、并联的连接方式，根据输出电流、电压以及功率的大小进行选择，高频变压器的初级可以串、并联连结，次级也可以串、并联连结，并联连结增加输出电流，串联连结增加输出电压。图1中的1-1是初级串联，次级并联；1-2是初级串联，次级串联；1-3是初级并联，次级串联；1-4是初级并联，次级并联。

超大功率直流变换器磁芯和绕组的特点决定了，单个变压器的变比调节相对来讲比较困难，有了多个变压器的串、并联，调节起来就容易和灵活，即可以用来调节整个电源的等效变比。

二、场效应管的四种并联方法