一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率放大器，具體涉及一種水冷式高壓功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)功放是大推力電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成部分，它為振動(dòng)臺(tái)提供電源，使振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件按照設(shè)定的軌跡進(jìn)行振動(dòng)。開關(guān)功放由于效率高、輸出功率大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)完全取代線性功放，廣泛應(yīng)用于中、大推力振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求更大推力電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)為衛(wèi)星、導(dǎo)彈等大型設(shè)備進(jìn)行整機(jī)可靠性試驗(yàn)，因此電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的噸位越做越大，這就要求開關(guān)功放的輸出功率越來(lái)越大。目前國(guó)內(nèi)外開關(guān)功放都是采用風(fēng)冷散熱方式，單柜輸出功率一般為70KVA，通過(guò)多柜并聯(lián)的方式獲得大功率輸出，能夠滿足30t以下振動(dòng)臺(tái)的需求。但是如今50t乃至70t振動(dòng)臺(tái)要求功放輸出功率達(dá)到MVAJi往需要十幾個(gè)功放柜并聯(lián)，傳統(tǒng)風(fēng)冷開關(guān)功放的冷卻效果差、噪聲大、體積大、成本高等缺點(diǎn)暴露無(wú)遺，而且大量功放柜并聯(lián)造成的功放均流效果差、可靠性低等問(wèn)題也亟待解決。因此，需要提供一種新的冷卻效果好、輸出功率大的開關(guān)功放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)，所述功放結(jié)構(gòu)包括由下至上設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)部的直流電源組件、電感濾波組件、控制模塊和功率模塊；
[0004]所述直流電源組件，獲取電網(wǎng)中的三相交流電，并將其整流為直流電發(fā)送到所述功率模塊；
[0005]所述電感濾波組件，用于對(duì)所述功率模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行抗干擾濾波處理；
[0006]所述控制模塊依據(jù)所述輸出信號(hào)和給定信號(hào)，對(duì)功率模塊進(jìn)行反饋控制，調(diào)節(jié)其內(nèi)部全控器件的開通和關(guān)斷，以調(diào)整所述輸出信號(hào)。
[0007]優(yōu)選的，所述功率模塊包括逆變單元、驅(qū)動(dòng)電路、解調(diào)電路和水冷散熱器；
[0008]所述逆變單元，用于將所述直流電源組件輸出的直流電調(diào)節(jié)為脈沖型交流電；
[0009]所述驅(qū)動(dòng)電路，向所述逆變單元發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開通或斷開逆變單元的全控器件，從而調(diào)整功率模塊的輸出信號(hào)；
[0010]所述解調(diào)電路，用于對(duì)所述脈沖型交流電進(jìn)行濾波；
[0011]優(yōu)選的，所述功率模塊設(shè)置在一個(gè)長(zhǎng)方體框架內(nèi)，所述長(zhǎng)方體框架包括前面板、后面板、底板和兩個(gè)側(cè)面板；所述前面板設(shè)置有兩個(gè)冷卻風(fēng)扇；
[0012]所述水冷散熱器設(shè)置在所述后面板一側(cè)，且安裝在與后面板垂直的中線上；
[0013]所述逆變單元包括兩個(gè)全控器件單元，所述全控器件單元分別設(shè)置在水冷散熱器的兩側(cè)面上；
[0014]所述驅(qū)動(dòng)電路的數(shù)目為二，分別設(shè)置在所述水冷散熱器與側(cè)面板之間；
[0015]所述解調(diào)電路的數(shù)目為四，依次布置在鄰近前面板的一側(cè)；
[0016]優(yōu)選的，所述控制模塊包括信號(hào)處理電路，以及第一 PWM調(diào)制電路和第二 PWM調(diào)制電路；
[0017]所述第一 PWM調(diào)制電路，接收所述功率模塊的輸出信號(hào)和所述給定信號(hào)；
[0018]所述信號(hào)處理電路，比較所述輸出信號(hào)和給定信號(hào)，依據(jù)二者的差值向所述功率模塊發(fā)送調(diào)制信號(hào)；
[0019]所述第二 PWM調(diào)制電路，將所述調(diào)制信號(hào)發(fā)送到功率模塊，控制全控器件的開通和關(guān)斷；
[0020]優(yōu)選的，所述直流電源組件包括啟動(dòng)電路、整流橋和電容箱；
[0021]所述啟動(dòng)電路，用于控制交流接觸器的通斷，以實(shí)現(xiàn)功放結(jié)構(gòu)的軟啟動(dòng)；
[0022]所述整流橋，將啟動(dòng)電路輸出的三相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；
[0023]所述電容箱，用于濾除所述整流橋輸出的直流電壓中的交流分量；
[0024]優(yōu)選的，所述整流橋包括水冷散熱器，以及三個(gè)由整流二極管組成的整流單元；
[0025]所述整流單元均設(shè)置在水冷散熱器的同一個(gè)側(cè)面上；
[0026]優(yōu)選的，所述水冷散熱器包括散熱板、水嘴和堵件；
[0027]所述散熱板上設(shè)置有呈M形布置的水路；
[0028]所述散熱板的進(jìn)水口和出水口分別安裝一個(gè)水嘴，其他開口端均嵌入堵件密封；
[0029]所述水嘴通過(guò)壓片固定在所述散熱板上；
[0030]優(yōu)選的，所述水嘴包括通過(guò)螺帽連接的水管嘴和轉(zhuǎn)接頭；所述水管嘴的一端為球形結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部包括一個(gè)圓錐形孔，所述螺帽與轉(zhuǎn)接頭螺紋連接，將所述球形結(jié)構(gòu)壓緊在圓錐形孔內(nèi)部；
[0031]所述轉(zhuǎn)接頭與散熱器的散熱板連接，用于將外部冷卻水引入散熱板；
[0032]所述水管嘴，用于連接軟管。
[0033]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0034]1、本發(fā)明技術(shù)方案中，設(shè)置有水冷散熱器的功率模塊結(jié)構(gòu)，能夠最大限度利用功率模塊內(nèi)部空間和水冷散熱器的散熱表面，布局結(jié)構(gòu)緊湊，使得輸出功率最大化；
[0035]2、本發(fā)明技術(shù)方案中，設(shè)置有水冷散熱器的整流電路，相較于風(fēng)冷散熱方式，冷卻效果更好，占用空間更?。?br>[0036]3、本發(fā)明提供的一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)，采用體積較小的水冷散熱器，節(jié)省了大量空間，再加上緊湊的布局，使得同樣大小的功率模塊箱輸出功率達(dá)到風(fēng)冷功放的4倍；
[0037]4、本發(fā)明提供的一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)，通過(guò)并聯(lián)水冷散熱方式來(lái)帶走全控器件工作產(chǎn)生的熱量，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，冷卻效率高，提高了功放效率。
【附圖說(shuō)明】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0039]圖1:本發(fā)明實(shí)施例中一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖2:本發(fā)明實(shí)施例中功率模塊的俯視圖；
[0041]圖3:本發(fā)明實(shí)施例中功率模塊的立體圖；
[0042]圖4:本發(fā)明實(shí)施例中整流橋的立體圖；
[0043]圖5:本發(fā)明實(shí)施例中水冷散熱器的俯視圖；
[0044]圖6:圖5中水嘴的結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖7:本發(fā)明實(shí)施例中水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)的冷卻水回路示意圖；
[0046]其中，1:功率模塊；2:控制模塊；3:電容箱；4:啟動(dòng)電路；5:整流單元；6:功率模塊的輸出保險(xiǎn)；7:共模電感；8:濾波電路；9:水冷散熱器；91:散熱板；92:水嘴；93:壓片;94:堵件；921:水管嘴；922:螺帽；923:轉(zhuǎn)接頭；10:水冷散熱器；101:整流橋的散熱板；102:整流橋的水嘴；103:整流橋的堵件；104:支架；11:風(fēng)扇；12:驅(qū)動(dòng)電路；13:全控器件單元；14:解調(diào)電路；15:后面板；16:功率模塊進(jìn)水口 ；17:功率模塊PWM調(diào)制信號(hào)線；18:功率模塊輸出信號(hào)線；19:前面板；20:進(jìn)出水分流管。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0048]本發(fā)明提供的一種水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)，解決了風(fēng)冷開關(guān)功放冷卻效果差和并聯(lián)機(jī)柜多的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)緊湊、能夠獲得大功率輸出。
[0049]一、如圖1所示，本實(shí)施例中水冷式開關(guān)功放結(jié)構(gòu)包括冷卻回路組件，以及由下至上設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)部的直流電源組件、電感濾波組件、控制模塊2和功率模塊I。
[0050]直流電源組件，獲取電網(wǎng)中的三相交流電，并將其整流為直流電發(fā)送到功率模塊
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[0051]電感濾波組件，用于對(duì)功率模塊I的輸出信號(hào)進(jìn)行抗干擾濾波處理。
[0052]控制模塊2依據(jù)功率模塊I的輸出信號(hào)和給定信號(hào)，對(duì)功率模塊I進(jìn)行反饋控制，調(diào)節(jié)其內(nèi)部全控器件的開通和關(guān)斷，以調(diào)整所述輸出信號(hào)；
[0053]冷卻回路組件，包括水冷散熱器9和水冷散熱器10，用于對(duì)功率模塊I和直流電源組件進(jìn)行散熱。
[0054]1、功率模塊；
[0055]包括逆變單元、驅(qū)動(dòng)電路12、解調(diào)電路14和冷卻回路組件中的水冷散熱器9。本實(shí)施例中水冷散熱器9的厚度為20mm。
[0056](I)逆變單元，用于將直流電源組件輸出的直流電調(diào)節(jié)為脈沖型交流電。
[0057](2)驅(qū)動(dòng)電路12，向逆變單元發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開通或斷開逆變單元的全控器件，從而調(diào)整功率模塊I的輸出信號(hào)。包括驅(qū)動(dòng)芯片、控制信號(hào)接口電路、電源濾波電路、輸入信號(hào)調(diào)理電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路、死區(qū)時(shí)間生成電路、全控器件接口電路、有源箝位電路、過(guò)流保護(hù)電路和全控器件吸收電路。本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)芯片采用2SC0435T驅(qū)動(dòng)芯片，全控器件采用IGBT。
[0058]①:控制信號(hào)接口電路；
[0059]用于將控制模塊輸出的調(diào)制信號(hào)一分為二，分別發(fā)送到功率模塊中逆變單元的兩個(gè)全控器件單元，同時(shí)也可以交換使能信號(hào)和保護(hù)信號(hào)。其中，
[0060]使能信號(hào)指的是，使全控器件開通的信號(hào)；
[0061]保護(hù)信號(hào)指的是，驅(qū)動(dòng)芯片給出的錯(cuò)誤信號(hào)經(jīng)處理傳送給控制模塊的信號(hào)。
[0062]②:電源濾波電路；
[0063]包括一個(gè)電容陣列，用于濾除驅(qū)動(dòng)芯片電源上的雜波信號(hào)。
[0064]③:輸入信號(hào)調(diào)理電路；
[0065]對(duì)控制信號(hào)接口電路傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)濾波后，將其發(fā)送到驅(qū)動(dòng)芯片。具體為接收控制信號(hào)接口電路傳輸過(guò)來(lái)的PWM信號(hào)，然后進(jìn)行濾波、觸發(fā)處理后傳送給驅(qū)動(dòng)芯片，具有抗干擾，提高PWM波形的陡峭度的作用。
[0066]④:全控器件接口電路；
[0067]依據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開通或斷開逆變單元中的全控器件。
[0068]⑤:全控器件吸收電路；
[0069]用于吸收全控器件在開通和斷開時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓；
[0070]⑥:有源鉗位電路；
[0071]用于鉗住全控器件的集電極電位。
[0072]⑦:過(guò)流保護(hù)電路；
[0073]檢測(cè)全控器件中集電極與發(fā)射極之間的電位，將該電位發(fā)送到驅(qū)動(dòng)芯片。驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)電位與閾值電壓進(jìn)行比較，若電位超過(guò)閾值電壓，則關(guān)斷全控器件，從而保護(hù)全控器件不會(huì)因過(guò)流或者短路而燒毀，提高系統(tǒng)可靠性。
[0074]⑧:錯(cuò)誤信號(hào)處理電路；
[0075]接收驅(qū)