一種水冷式開關功放結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]開關功放是大推力電動振動試驗系統的重要組成部分，它為振動臺提供電源，使振動臺運動部件按照設定的軌跡進行振動。開關功放由于效率高、輸出功率大、可靠性高等優點，已經完全取代線性功放，廣泛應用于中、大推力振動試驗系統。隨著科學技術的發展，要求更大推力電動振動臺為衛星、導彈等大型設備進行整機可靠性試驗，因此電動振動臺的噸位越做越大，這就要求開關功放的輸出功率越來越大。目前國內外開關功放都是采用風冷散熱方式，單柜輸出功率一般為70KVA，通過多柜并聯的方式獲得大功率輸出，能夠滿足30t以下振動臺的需求。但是如今50t乃至70t振動臺要求功放輸出功率達到MVAJi往需要十幾個功放柜并聯，傳統風冷開關功放的冷卻效果差、噪聲大、體積大、成本高等缺點暴露無遺，而且大量功放柜并聯造成的功放均流效果差、可靠性低等問題也亟待解決。因此，需要提供一種新的冷卻效果好、輸出功率大的開關功放。
【發明內容】
[0003]為了滿足現有技術的需要，本發明提供了一種水冷式開關功放結構，所述功放結構包括由下至上設置在機柜內部的直流電源組件、電感濾波組件、控制模塊和功率模塊；
[0004]所述直流電源組件，獲取電網中的三相交流電，并將其整流為直流電發送到所述功率模塊；
[0005]所述電感濾波組件，用于對所述功率模塊的輸出信號進行抗干擾濾波處理；
[0006]所述控制模塊依據所述輸出信號和給定信號，對功率模塊進行反饋控制，調節其內部全控器件的開通和關斷，以調整所述輸出信號。
[0007]優選的，所述功率模塊包括逆變單元、驅動電路、解調電路和水冷散熱器；
[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節為脈沖型交流電；
[0009]所述驅動電路，向所述逆變單元發送驅動信號，開通或斷開逆變單元的全控器件，從而調整功率模塊的輸出信號；
[0010]所述解調電路，用于對所述脈沖型交流電進行濾波；
[0011]優選的，所述功率模塊設置在一個長方體框架內，所述長方體框架包括前面板、后面板、底板和兩個側面板；所述前面板設置有兩個冷卻風扇；
[0012]所述水冷散熱器設置在所述后面板一側，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全控器件單元，所述全控器件單元分別設置在水冷散熱器的兩側面上；
[0014]所述驅動電路的數目為二，分別設置在所述水冷散熱器與側面板之間；
[0015]所述解調電路的數目為四，依次布置在鄰近前面板的一側；
[0016]優選的，所述控制模塊包括信號處理電路，以及第一 PWM調制電路和第二 PWM調制電路；
[0017]所述第一 PWM調制電路，接收所述功率模塊的輸出信號和所述給定信號；
[0018]所述信號處理電路，比較所述輸出信號和給定信號，依據二者的差值向所述功率模塊發送調制信號；
[0019]所述第二 PWM調制電路，將所述調制信號發送到功率模塊，控制全控器件的開通和關斷；
[0020]優選的，所述直流電源組件包括啟動電路、整流橋和電容箱；
[0021]所述啟動電路，用于控制交流接觸器的通斷，以實現功放結構的軟啟動；
[0022]所述整流橋，將啟動電路輸出的三相交流電壓轉換為直流電壓；
[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]優選的，所述整流橋包括水冷散熱器，以及三個由整流二極管組成的整流單元；
[0025]所述整流單元均設置在水冷散熱器的同一個側面上；
[0026]優選的，所述水冷散熱器包括散熱板、水嘴和堵件；
[0027]所述散熱板上設置有呈M形布置的水路；
[0028]所述散熱板的進水口和出水口分別安裝一個水嘴，其他開口端均嵌入堵件密封；
[0029]所述水嘴通過壓片固定在所述散熱板上；
[0030]優選的，所述水嘴包括通過螺帽連接的水管嘴和轉接頭；所述水管嘴的一端為球形結構，所述轉接頭內部包括一個圓錐形孔，所述螺帽與轉接頭螺紋連接，將所述球形結構壓緊在圓錐形孔內部；
[0031]所述轉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]與最接近的現有技術相比，本發明的優異效果是:
[0034]1、本發明技術方案中，設置有水冷散熱器的功率模塊結構，能夠最大限度利用功率模塊內部空間和水冷散熱器的散熱表面，布局結構緊湊，使得輸出功率最大化；
[0035]2、本發明技術方案中，設置有水冷散熱器的整流電路，相較于風冷散熱方式，冷卻效果更好，占用空間更小；
[0036]3、本發明提供的一種水冷式開關功放結構，采用體積較小的水冷散熱器，節省了大量空間，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到風冷功放的4倍；
[0037]4、本發明提供的一種水冷式開關功放結構，通過并聯水冷散熱方式來帶走全控器件工作產生的熱量，這種結構簡單可靠，冷卻效率高，提高了功放效率。
【附圖說明】
[0038]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0039]圖1:本發明實施例中一種水冷式開關功放結構的結構圖；
[0040]圖2:本發明實施例中功率模塊的俯視圖；
[0041]圖3:本發明實施例中功率模塊的立體圖；
[0042]圖4:本發明實施例中整流橋的立體圖；
[0043]圖5:本發明實施例中水冷散熱器的俯視圖；
[0044]圖6:圖5中水嘴的結構圖；
[0045]圖7:本發明實施例中水冷式開關功放結構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:啟動電路；5:整流單元；6:功率模塊的輸出保險；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:風扇；12:驅動電路；13:全控器件單元；14:解調電路；15:后面板；16:功率模塊進水口 ；17:功率模塊PWM調制信號線；18:功率模塊輸出信號線；19:前面板；20:進出水分流管。
【具體實施方式】
[0047]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0048]本發明提供的一種水冷式開關功放結構，解決了風冷開關功放冷卻效果差和并聯機柜多的問題，結構緊湊、能夠獲得大功率輸出。
[0049]一、如圖1所示，本實施例中水冷式開關功放結構包括冷卻回路組件，以及由下至上設置在機柜內部的直流電源組件、電感濾波組件、控制模塊2和功率模塊I。
[0050]直流電源組件，獲取電網中的三相交流電，并將其整流為直流電發送到功率模塊
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[0051]電感濾波組件，用于對功率模塊I的輸出信號進行抗干擾濾波處理。
[0052]控制模塊2依據功率模塊I的輸出信號和給定信號，對功率模塊I進行反饋控制，調節其內部全控器件的開通和關斷，以調整所述輸出信號；
[0053]冷卻回路組件，包括水冷散熱器9和水冷散熱器10，用于對功率模塊I和直流電源組件進行散熱。
[0054]1、功率模塊；
[0055]包括逆變單元、驅動電路12、解調電路14和冷卻回路組件中的水冷散熱器9。本實施例中水冷散熱器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節為脈沖型交流電。
[0057](2)驅動電路12，向逆變單元發送驅動信號，開通或斷開逆變單元的全控器件，從而調整功率模塊I的輸出信號。包括驅動芯片、控制信號接口電路、電源濾波電路、輸入信號調理電路、錯誤信號處理電路、死區時間生成電路、全控器件接口電路、有源箝位電路、過流保護電路和全控器件吸收電路。本實施例中驅動芯片采用2SC0435T驅動芯片，全控器件采用IGBT。
[0058]①:控制信號接口電路；
[0059]用于將控制模塊輸出的調制信號一分為二，分別發送到功率模塊中逆變單元的兩個全控器件單元，同時也可以交換使能信號和保護信號。其中，
[0060]使能信號指的是，使全控器件開通的信號；
[0061]保護信號指的是，驅動芯片給出的錯誤信號經處理傳送給控制模塊的信號。
[0062]②:電源濾波電路；
[0063]包括一個電容陣列，用于濾除驅動芯片電源上的雜波信號。
[0064]③:輸入信號調理電路；
[0065]對控制信號接口電路傳輸的調制信號濾波后，將其發送到驅動芯片。具體為接收控制信號接口電路傳輸過來的PWM信號，然后進行濾波、觸發處理后傳送給驅動芯片，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]依據驅動芯片輸出的驅動信號，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產生的尖峰電壓；
[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:過流保護電路；
[0073]檢測全控器件中集電極與發射極之間的電位，將該電位發送到驅動芯片。驅動芯片對電位與閾值電壓進行比較，若電位超過閾值電壓，則關斷全控器件，從而保護全控器件不會因過流或者短路而燒毀，提高系統可靠性。
[0074]⑧:錯誤信號處理電路；
[0075]接收驅