发明内容
根据本发明的一种电源设备具有第一和第二分开的机架，这些机
架优选地是用薄的部件(例如板形部件)构成。一个热沉被设置在该
第一和第二机架之间，且该第一和第二机架被安装到该热沉上。一个
印刷线路板以可拆下的方式被安装到所述第一和第二机架的这样一个
表面上，即该表面与机架在其上被安装到所述热沉上的表面相反。该
印刷线路板优选地与该热沉分开。一个半导体模块被安装到热沉的与
所述印刷线路板相对的表面上。该半导体模块与所述印刷线路板相电
连接，以形成一个电源电路。该热沉、第一和第二机架、以及印刷线
路板形成了一个组件，该组件的横向侧面被一个外壳所覆盖。可以采
用单件式的外壳或分体式的外壳。该组件的前和后端，即第一和第二
机架的前和后端，分别被前和后板所覆盖。应该注意的是，该组件可
以与前和后板相分离。
由于第一和第二机架被安装到热沉上，它们在机械上与位于热沉
的前和后部的前和后板相分离。借助这种设置，设置在第一和第二机
架的前和后边缘附近的部件能够容易地得到检查和维护。另外，由于
印刷线路板可以方便地从机架上拆下从而暴露半导体模块，半导体模
块的检查、维护或更换都容易进行。
可以在所述第一和第二机架的至少一个上形成一个窗口。半导体
模块被设置为通过该窗口伸出向该印刷线路板，从而当该印刷线路板
被拆下时，所述半导体模块通过该窗口而得到暴露，这便利了对半导
体模块的检查和维护。
该半导体模块可以通过一个可拆下的连接器而连接至所述印刷线
路板，从而使该印刷线路板能够被容易地拆下。
所述热沉可以由两半组成，这两半优选地具有相同的形状。热沉
的这两半具有在它们的接合侧上的多个翅片。由于热沉由两半组成，
它容易被制造。一个热沉可以具有大体上水平地延伸并纵向地间隔的
翅片。通过冲压而形成的具有这样的结构的一个单件式热沉，其翅片
的长度与相邻的翅片之间的空间之比不能很大。相比之内，如果这样
的热沉是由两半组成，且翅片具有邻接的端部边缘，则热沉在总体上
能够具有大的翅片长度-空间比值。如果该热沉是由具有相同的形状
和尺寸的两半组成，其制造也可得到简化。
一个吹风机可以被设置在第一和第二机架的相应的端部之间，从
而对热沉进行冷却。由于该热沉被设置在第一和第二机架之间，机架
和热沉有效地提供了吹风机所形成的空气流的通道，从而使热沉能够
被有效冷却。
该电源电路可以包括一个变压器。该变压器被设置在热沉下方并
具有通过所述第一和第二机架而延伸的部分。有时，一个电源电路被
提供有被设置在该电路的输入端和输出端之间的一个变压器。根据本
发明，把变压器设置在热沉下方，能够不用为变压器提供专用的空间。
另外，该变压器可以受到第一和第二机架的支持，从而不需要为变压
器提供专门的支持。
该变压器可以是薄或小厚度的变压器，其在电源设备中占用的空
间较小，这减小了电源设备的尺寸。该薄的变压器可以包括叠置薄的
导电片并在相邻的导电片之间设置绝缘片而形成的导体。该薄的导电
片可以通过把金属导体片切割成环形而形成。
两种印刷线路板可以得到采用。第一种印刷线路板以可拆下的方
式被安装到第一机架，而第二种印刷线路板以可拆下的方式被安装第
二机架上。第一印刷线路板包括电源电路的一个输入侧电路部分，且
第二印刷线路板包括电源电路的一个输出侧电路部分。分离的半导体
模块被用于电源电路的该输入和输出侧部分。用于该输入侧电路部分
半导体模块被设置在对着第一机架的热沉表面上并通过第一机架而伸
向第一印刷线路板，而用于输出电路部分的半导体模块被设置在对着
第二机架的热沉表面上并通过该第二机架而伸向第二印刷线路板。借
助这种设置，为了检查用于输入侧电路部分的半导体模块，只需要拆
下第一印刷线路板，且类似地，为了检查用于输出侧电路部分的半导
体模块，只需要拆下第二印刷线路板。另外，半导体模块通过第一和
第二机架伸出向相应的印刷线路板，便利了半导体模块的检查和维护。
一个薄的变压器可以被设置在该电源电路的输入和输出侧电路部
分。该变压器被设置在热沉之下。该变压器的输入侧被连接到第一印
刷线路板，且该变压器的输出侧被连接到该第二印刷线路板。这种设
置所需要的用于变压器的空间较小，从而减小了电源设备的尺寸，且
其需要的用于变压器的输入和输出侧的连线最短。
具体实施方式
如图2所示，根据本发明的一个实施例的一种电源设备具有电源
输入端2a、2b和2c，这些输入端适合于连接到一个交流电源，例如
一个三相商业交流电源。也可以采用单相商业电源来代替三相交流电
源。该商业交流电源提供了一个第一电压，例如400V，或提供了一个
第二电压，该第二电压是例如该第一电压的一半即约为200V。
输入端2a、2b和2c被耦合至一个输入侧整流器4。该输入侧整流
器4由连接成一个桥的多个整流二极管(未显示)形成，并由一个半
导体模块形成。一个平滑电容6被连接在输入侧整流器4的输出端4P
和4N之间。虽然图2中只显示了一个平滑电容6，实际中可以采用并
联的多个电容器。
该电源设备包括具有相同的配置的两个倒相器8a和8b。相应地，
以下只对它们之一即倒相器8a进行详细描述，而不对另一倒相器8b
作详细描述。在图2中，倒相器8b的部件的标号与倒相器8a的标号
相对应，只是标号“a”被“b”所代替。
倒相器8a包括半导体开关器件。这些半导体开关器件中的每一个
都具有一个导电通路，该导电通路的导电状态响应于加到其控制电极
上的一个控制信号的值而得到改变。在图2的电路中，IGBT10a-1和
10a-2被用作半导体开关器件。也可以采用功率FET或功率双极晶体
管来代替IGBT。IGBT10a-1和10a-2的集电极-发射极导电路径是
串联的。电容12a-1和12a-2的串联组合与IGBT10a-1和10a-2的集
电极-发射极导电路径的串联组合相并联。倒相器8a是一种半桥式倒
相器。倒相器8a可以是一种全桥式倒相器，其中IGBT代替了电容
12a-1和12a-2。
续流二极管14a-1和14a-2分别与IGBT10a-1和10a-2的集电极-
发射极导电路径反向并联连接。IGBT 10a-1和10a-2和续流二极管
14a-1和14a-2形成了一个倒相半导体模块16a。类似地，IGBT 10b-1
和10b-2和相联系的续流二极管14b-1和14b-2形成了一个倒相半导
体模块16b。
开关装置，例如开关18a、18b和18c，按照该顺序被连接在输入
侧整流器4的输出端4P和4N之间，开关18a连接在距输出端4P最
近处。开关18a-18c用于当400V的第一电压被加到电源输入端2a-2c
上时使倒相器8a和8b被串联在输出端4P和4N之间，并当200V的
第二电压被加到电源输入端2a-2c上时使倒相器8a和8b被并联在输
出端4P和4N之间。开关18a和18c是常开的，而开关18b是常闭的。
电容12a-1和12a-2的串联组合与开关18a和18b的串联组合相并联，
且电容12b-1和12b-2的类似的串联组合与开关18b和18c的串联组
合相并联。
开关18a、18b和18c受到一个开关控制电路20的控制。开关控
制电路20接收被加到电源输入端2a、2b和2c中的两个之间的一个
电压。在图2所示的电路中，电源输入端2b和2c之间的电压被加到
开关控制电路20上。对于200V的输入电源电压，开关控制电路20
使开关18a和18c闭合并使开关18b打开，从而使倒相器8a和8b被
并联在输出端4P和4N之间。如果输入的电源电压是400V，开关控
制电路20使开关18a和18c打开并使开关18b闭合，从而使倒相器
8a和8b被串联连接在输入侧整流器4的输出端4P和4N之间。
倒相器8a和8b的IGBT 10a-1和10a-2和IGBT 10b-1和10b-2，
借助从一个控制电路22通过相应的传送线路提供给它们的相应的控
制信号，而得到控制。在图2中，为了简化显示，只显示了一条传送
线路。
倒相器8a和8b的输出分别被耦合至变压器24a和24b的输入侧
绕组24a-p和24b-p。整流二极管26a-1和26a-2的阳极被连接到变压
器24a的一个输出侧绕组24a-s的相应端部，且整流二极管26b-1和
26b-2的阳极被连接至变压器24b的一个输出侧绕组24b-s的相应的
端部。二极管26a-1、26a-2、26b-1和26b-2的阴极一起通过一个平
滑电抗器28而被连接至电源设备的一个输出端30P。二极管26a-1、
26a-2、26b-1和26b-2形成了一个输出侧整流器。在输出侧绕组24a-s
和24b-s上提供了中间抽头，且这些抽头被一起连接至电源设备的一
个输出端30N。整流二极管26a-1、26a-2、26b-1和26b-2被形成在一
个半导体模块32中。
一个吹风机34被用于对这些部件进行冷却。吹风机34包括一个
风扇34a和一个驱动风扇34a的马达34b。马达34b被提供有来自两
个电源输入端(在图2显示的例子中即端2b和2c)的电力。
如图3和4所示，这些部件被一个前板36、一个后板38、以及一
个中空的大体矩形的外壳39所包围，该外壳39围绕着被前和后板36
和38所限定的并在该前和后板之间的空间，从而形成了一个机箱。外
壳39可以由两个左和右接合板所形成，或由上和下接合板所形成，这
些板每一个都具有U形的横截面并且其相应的开放边缘与接合的板
的相应的边缘相邻接。在该机箱之内，设置有一个组件，该组件包括
具有图1所示的散热翅片的热沉40、第一和第二机架42和44、以及
印刷线路板46和48。
热沉40是矩形的平行六面体块，并具有多个纵向间隔的、在两个
内侧表面之间水平延伸的翅片。相邻的翅片之间限定的热沉40中的中
空的空间向着前和后板36和38开放。一般地，热沉40由铝冲压而成。
然而，具有这样的结构的热沉不能具有大的翅长比，该翅长比是各个
翅片长度与相邻的翅片之间的距离的比值。因此，热沉40由具有相同
的形状和尺寸的、各由铝冲压而形成的两半40a和40b形成。热沉的
两半40a和40b，通过一半的翅片的纵向延伸的端部表面与另一半的
翅片的纵向延伸的端部表面的邻接，而接合在一起，从而提供了长的
翅片。热沉的半部40a和40b可以通过焊接而接合。或者，它们可以
舌-槽接合，其中在一半的上边缘的一个舌插入到另一半的上边缘中的
一个槽中，且热沉半部40b的下边缘的一个舌插入到另一半40a的下
边缘的一个槽中。因此，热沉半部40a和40b优选地是具有相同的形
状和尺寸。
以半导体模块的形式形成的输入侧整流器4以可拆下的方式被安
装热沉半部40a的外侧表面上。倒相器半导体模块16a和16b也以可
拆下的方式被安装热沉半部40a的外侧表面上。
在热沉半部40b的外侧表面上，以可拆下的方式被安装有输出侧
整流器半导体模块32。
换言之，在电源设备的输入侧的半导体模块4、16a和16b被安装
到热沉半部40a的外侧表面上，而在电源设备的输出侧使用的半导体
模块32被安装到热沉半部40b的外表面上。
第一机架42被连接到热沉半部40a的外侧表面上，且第二机架
44被连接到热沉半部40b的外侧表面上。第一和第二机架42和44
由例如铝或铜的金属的薄板形成。第一和第二机架42和44具有比热
沉半部40a和40b的高度大的高度。机架42和44的下部延伸至热沉
半部40a和40b的下端表面之外。各个机架42和44的纵向尺寸或长
度，沿着从电源设备的前部至后部的方向测量，比热沉半部40a和40b
的长度长，且机架42和44的前和后边缘分别延伸至热沉半部40a和
40b的前和后端部之外。比热沉半部40a和40b的后端部更靠后的机
架42和44的这些后端部部分，向外弯曲了一个角度θ，如图1和4
所示。
第一和第二机架42和44和热沉40提供了把热量吹送到电源设备
之外的一个通道。吹风机34被安装在第一和第二机架42和44的向外
弯曲的后部之间。在前和后板上形成有缝，如图3所示。当吹风机34
工作时，通过前板36上的缝吸入的空气流过热沉40的翅片之间的空
间，从而对安装在其上的半导体模块4、16a、16b和32进行冷却，
并通过后板38的缝而出去。
第一机架42被提供有在一个位置上的窗口49a，该位置对应于热
沉半部40a上输入侧整流器4的安装位置；且第一机架42在一个位置
上设置有一个窗口49b，该位置对应于热沉半部40a上倒相器半导体
模块16a和16b的安装位置。输入侧整流器半导体模块4通过窗口
49a而伸出，且倒相器半导体模块16a和16b通过窗口49b而伸出。
第二机架44还具有在一个位置的一个窗口51，该位置与热沉半部40b
上半导体模块32的安装位置相对应，且半导体模块32通过窗口51而
伸出。
印刷线路板46被设置在从第一机架42向外的位置，在它们之间
有一个间隔，且印刷线路板46借助支撑部件50而以可拆下的方式被
安装到第一机架42上。在印刷线路板46上，设置有在变压器24a和
24b的输入侧中使用的那些部件，包括倒相器8a和8b的平滑电容6
和电容12a-1、12a-2、12b-1和12b-2。换言之，印刷线路板46可以
被称为输入侧的印刷线路板。在变压器24a和24b的输入侧中的输入
侧整流器4和倒相器半导体模块16a和16b必须被电连接到印刷线路
板46上的部件。这种电连接是通过借助例如螺丝而把金属支撑部件
52a、52b和54分别直接固定到印刷线路板46上，以及倒相器半导体
模块16a和16b以及输入侧整流器4，而得到实现的。
第二印刷线路板48被设置在第二机架44之外，并于第二机架44
有一个间隔。印刷线路板48借助支撑部件56而以可拆下的方式被安
装到第二机架44上。在印刷线路板48上，包括用在变压器24和24b
的输出侧中的连线图案的那些部件得到了设置。因此，第二印刷线路
板48可以被称为一个输出侧印刷线路板。金属支撑部件58借助例如
螺丝被固定到印刷线路板48连线图案的所需部分和半导体模块32上。
因此，支撑部件58也容易被拆下。
变压器24a和24b沿着电源设备的长度方向设置在热沉40下方，
各个变压器的输入侧对着印刷线路板46，且各个变压器24a和24b的
输出侧对着印刷线路板48。变压器24a和24b的输入侧绕组24a-p和
24b-p被插入形成在第一机架42的下部上的这样的位置处的窗口60a
和62a中并受到这些窗口的支撑，即这些位置分别与绕组24a-s和
24b-p相对应。类似地，输出侧绕组24a-s和24b-s被插入到形成在第
二机架44的下部上的这样的位置处的窗口60b和62中并受到这些绕
组的支撑，即这些位置分别与绕组24a-s和24b-s相对应。输入侧绕组
24a-p和24b-p被连接到印刷线路板46上的适当的电路点，且输出侧
绕组24a-s和24b-s也被连接到印刷线路板48上的适当的电路点。
变压器24a和24b可以是如2002年6月13日所公布的美国专
利申请公开第US-2002-0070836-A1号所要求优先权的日本专利申请
第2000-374552号中所描述的类型的变压器。变压器24a和24b是薄
的并各包括多个平板线圈，在这些线圈中形成有一个缝，从而为各个
线圈提供两个端。这些平面线圈被叠置且在相邻的平面线圈之间设置
有绝缘片。这些线圈通过把各线圈的第一端连接到相邻线圈的第二端，
而被串联，从而形成了输入侧绕组。类似的线圈被叠置和并联以输出
侧绕组。输入和输出侧绕组被叠置，且提供了一个芯，该芯通过中部
的空间而延伸。
印刷线路板48的输出侧，即输出侧整流二极管26a-1、26a-2、26b-1
和26b-2的阴极连接在一起的接点，与设置在热沉40之前的平滑电抗
器28的一端相连。平滑电抗器28的另一端与电源设备的被设置在前
板36上的输出端30P相连。电源设备的输出端30N也被设置在前板
36上，且变压器24a和24b的输出侧绕组24a-s和24b-s上的中间抽
头与其相连。
虽然在图1中没有显示，图2中所示的控制电路22被形成在另一
印刷线路板上，该印刷线路板被设置在印刷线路板48或46的下方或
者在热沉40上方。
在机架42和44的上边缘上分别形成有弯曲部分或台肩64a和
64b，在该弯曲部分或台肩上固定有印刷线路板20a，而在该印刷线路
板20a上固定有开关控制电路20。
各个机架42和44的前端部分向外弯曲并随后向前弯曲，从而增
加其强度并便利前板36至其上的安装。
前板36被固定到机架42和44的前部，且后板38与吹风机34一
起被固定到机架42和44的后部。在前和后板36和38被固定到前和
后部之后，由两个侧板或具有U形横截面的两个上和下板形成的外壳
39被设置在前和后板36和38之间，并借助螺丝被固定到机架42和
44上。这两个侧或上和下板是利用相同的模具制成的。
借助上述设置，该电源设备的总体结构，可以通过拆下把机箱的
外壳39固定至第一和第二机架42和44上的螺丝，并把外壳39分成
两个板以打开机箱，而被看到。由于变压器24a和24b的输入和输出
侧的部件分别在热沉40的一侧和另一侧，所有输入侧部件可借助单一
的检查而得到检查和/或修理。对于输出侧部件，情况也是一样。换言
之，不需要看热沉40的两侧，就可以只对输入和输出侧之一上的部件
进行检查，这能够减少检查和修理所需的时间。进一步地，在此设置
中，第一和第二机架42和44以及印刷线路板46和48被固定到热沉
40上以形成一个单个的组件。因此，即使当前和后板36和38未被拧
上螺丝时，它们也不彼此分开。另外，借助这种设置，包括设置在前
板36附近的电抗器28的部件能够方便地得到检查和修理。
由于半导体模块4、16a和16b通过第一机架42上的窗口49a和
49b而延伸，因而能够通过简单地拆下外壳39和印刷线路板46而得
到暴露，这些半导体模块的更换能够容易进行。另外，半导体模块4、
16a和16b至印刷线路板46的连接，借助可容易拆下的支撑部件52a
和52b，而得到提供，这消除了诸如焊接的麻烦的工作，因而便利了
电源设备的制造。由于采用了容易拆下的支撑部件52a和52b，半导
体模块4、16a和16b能够方便地从印刷线路板46上拆下，这便利了
这些部件的检查和维护。对于输出侧半导体模块32，也可获得相同的
效果。
由于变压器24a和24b是薄的并被安装在热沉40的下方，它们不
需要额外的空间，该可以减小设备的尺寸。
以上借助一种电源设备而描述了本发明，该电源设备具有用于接
收两个较高和较低交流电源电压之一的一个输入端，但该电源设备可
只被提供有单一的交流电压。在这样一种设置中，不需要开关18a、
18b和18c以及开关控制电路20。另外，如果该单一的交流电压是较
低的电压，则可以除去变压器24a和整流二极管26a-1和26a-2以及
变压器24b和整流二极管26b-1和26b-2中的一组。所描述的电源设
备适合于提供直流电流作为其输出，但它也可以被修正，从而使平滑
电抗器28的输出可以被加到用于转换至一个交流电流(例如10至
200Hz)的一个低频倒相器，且该低频倒相器的输出可在输出端30P
和30N之间得到输出。或者，该设备可得到修正，从而使电抗器28
的输出和低频倒相器的输出可在输出端30P和30N之间被有选择地提
供。在此情况下，该低频倒相器不作为倒相器而工作，而是被用作使
直流电流耦合至输出端30P和30N的一个开关。