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1、(10)申请公布号 CN 103956913 A (43)申请公布日 2014.07.30 C N 1 0 3 9 5 6 9 1 3 A (21)申请号 201410135045.X (22)申请日 2014.04.04 H02M 7/00(2006.01) H01F 27/30(2006.01) H01F 27/16(2006.01) (71)申请人华南理工大学 地址 511400 广东省广州市南沙区环市大道 南路25号华工大广州产研院 (72)发明人杜贵平 李治泳 (74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人何淑珍 (54) 发明名称 大功率全水冷同步整流结构 。
2、(57) 摘要 本发明公开一种大功率全水冷同步整流结 构，包括第一铜板、第二铜板、高频功率变压器和 副边同步整流模块。所述高频功率变压器包括座 体、基板、变压器磁芯和变压器原边绕组；座体与 基板电连接构成副边绕组的中心抽头。所述副 边同步整流模块包括漏极基板、第一源极连接板、 第二源极连接板和功率MOS管组，第一铜板两端 分别接至座体中柱和第二源极连接板，第二铜板 两端分别接至基板中柱和第一源极连接板，第一、 第二源极连接板均与功率MOS管组的源极相接， 漏极基板与功率MOS管组的漏极相接作为电源正 极。所述高频功率变压器和副边同步整流模块均 开设有冷却水通道。本发明结构紧凑，散热效果 好，极。
3、易实现大电流输出，输出功率可根据需要调 整。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103956913 A CN 103956913 A 1/1页 2 1.一种大功率全水冷同步整流结构，包括第一铜板、第二铜板、高频功率变压器和副边 同步整流模块；所述高频功率变压器由座体、基板、变压器磁芯、变压器原边绕组组成，其特 征在于：所述座体具有内部空心结构，该座体为长方体导体材料，长方体一面中心位置具有 环形凹槽，所述环形凹槽的中间部分作为座体中柱，该座体中。
4、柱为沿圆柱体中心纵向剖切 剩余的一半，被剖切的部分一直延伸至长方体的底面，并在该底面形成所述座体窗口；所述 变压器原边绕组由多股漆包线均匀环绕于变压器磁芯上，环形凹槽大小恰能放进所述绕有 原边绕组的变压器磁芯；所述基板为一导电材料，基板的一面中心连接有基板中柱，该基板 中柱为沿圆柱体中心纵向剖切剩余的一半，被剖切的部分一直延伸至基板的另一面，并在 该另一面形成所述基板窗口，基板中柱与座体中柱的半径相等；基板上设有的基板中柱穿 过环形变压器磁芯及座体中开有的座体窗口，座体中设有的座体中柱穿过环形变压器磁芯 及基板上设有的基板窗口；基板中柱与座体中柱构成变压器副边的两个绕组，座体与基板 电连接构成。
5、副边绕组的中间抽头； 所述副边同步整流模块包括漏极基板、第一源极连接板、第二源极连接板和功率MOS 管组；第一铜板两端分别接至座体中柱和第二源极连接板，第二铜板两端分别接至基板中 柱和第一源极连接板，第一、第二源极连接板通过用于控制功率MOS管驱动的PCB板与功率 MOS管组的源极电连接，漏极基板与功率MOS管组的漏极相接作为电源正极；漏极基板、第 一源极连接板、第二源极连接板内部均沿长度方向开设有两路内部连通的冷却水通道。 2.根据权利要求1所述的大功率全水冷同步整流结构，其特征在于，所述座体中柱与 基板中柱的表面均包裹绝缘层，基板中柱与座体窗口之间、座体中柱与基板窗口之间没有 电连接。 3。
6、.根据权利要求1所述的大功率全水冷同步整流结构，其特征在于，座体一侧面开设 有与座体的空心结构相通的进水孔，座体中柱沿圆柱体中心纵向开设有一路冷却水通道， 冷却水通道与座体内部的空心结构相通，该冷却水通道的出水口位于座体中柱的顶面。 4.根据权利要求1所述的大功率全水冷同步整流结构，其特征在于，所述功率MOS管组 总共分成四组，每组的功率MOS管数相等，且对称安放在漏极基板的两面。 5.根据权利要求1所述的大功率全水冷同步整流结构，其特征在于，所述的功率MOS管 封装为TO-247AC。 6.根据权利要求1所述的大功率全水冷同步整流结构，其特征在于，冷却水依次从高 频功率变压器、第一源极连接板。
7、、漏极基板、第二源极连接板循环流动。 权 利 要 求 书CN 103956913 A 1/4页 3 大功率全水冷同步整流结构 技术领域 0001 本发明涉及同步整流技术领域，具体涉及一种大功率全水冷同步整流结构。 背景技术 0002 低压大电流技术在高频工业电源中应用越来越多，对高频工业电源模块化设计， 电源的功率密度，电源的可靠性要求也越来越高。如果电源结构设计不当的话，不但生产周 期长，成本高，而且电源运行时有可能因为温度过高、电磁干扰等造成故障。因此，电源结构 设计的好坏直接影响到产品的竞争力。 0003 在工业应用电源中，常用的变压器整流电路结构有桥式整流电路、全波整流电路 以及半波整。
8、流电路。随着同步整流技术的发展，低压大电流高频开关电源大多采用全波同 步整流电路，但是，当次级侧电流等级达到上千安培时，由于全波同步整流电路需要两个次 级绕组，而且每个次级绕组的整流管由若干个功率MOS管组成，要构成两个次级绕组及同 步整流电路，其结构复杂、工艺要求高、难度大，设计不好会造成变压器发热、功率MOS管控 制困难，器件容易损坏，使得整机可靠性下降。同时，根据厂商家不同的电源要求，需设计出 结构简单、功率可调整的电源结构。本发明针对这个问题，设计了这一大功率全水冷同步整 流结构。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题，即本发明的目的是公开一种大功率全水冷同步整流 结构。 00。
9、05 本发明为解决上述问题，所采用的技术方案如下： 所述大功率全水冷同步整流结构包括第一铜板、第二铜板、高频功率变压器和副边同 步整流模块。 0006 所述高频功率变压器由座体、基板、变压器磁芯、变压器原边绕组组成，其特征在 于：所述座体具有内部空心结构，该座体为长方体导体材料，长方体一面中心位置具有环形 凹槽，所述环形凹槽的中间部分作为座体中柱，该座体中柱为沿圆柱体中心纵向剖切剩余 的一半，被剖切的部分一直延伸至长方体的底面，并在该底面形成所述座体窗口；所述变压 器原边绕组由多股漆包线均匀环绕于变压器磁芯上，环形凹槽大小恰能放进所述绕有原边 绕组的变压器磁芯；所述基板为一导电材料，基板的一面。
10、中心连接有基板中柱，该基板中柱 为沿圆柱体中心纵向剖切剩余的一半，被剖切的部分一直延伸至基板的另一面，并在该另 一面形成所述基板窗口，基板中柱与座体中柱的半径相等；基板上设有的基板中柱穿过环 形变压器磁芯及座体中开有的座体窗口，座体中设有的座体中柱穿过环形变压器磁芯及基 板上设有的基板窗口；基板中柱与座体中柱构成变压器副边的两个绕组，座体与基板电连 接构成副边绕组的中间抽头。 0007 所述副边同步整流模块包括漏极基板、第一源极连接板、第二源极连接板和功率 MOS管组；第一铜板两端分别接至座体中柱和第二源极连接板，第二铜板两端分别接至基 说 明 书CN 103956913 A 2/4页 4 板。
11、中柱和第一源极连接板，第一、第二源极连接板通过用于控制功率MOS管驱动的PCB板与 功率MOS管组的源极电连接，漏极基板与功率MOS管组的漏极相接作为电源正极；漏极基 板、第一源极连接板、第二源极连接板内部均沿长度方向开设有两路内部连通的冷却水通 道。 0008 所述大功率全水冷同步整流结构特征在于，座体中柱与基板中柱的表面均包裹绝 缘层，基板中柱与座体窗口之间、座体中柱与基板窗口之间没有电连接。 0009 所述大功率全水冷同步整流结构特征在于，所述座体一侧面开设有与座体内的空 心结构相通的进水孔，座体中柱沿圆柱体中心纵向开设有一路冷却水通道，冷却水通道与 座体内部的空心结构相通，该冷却水通道。
12、的出水口位于座体中柱的顶面。 0010 所述大功率全水冷同步整流结构特征在于，功率MOS管组总共分成四组，每组的 功率MOS管数相等，且对称安放在漏极基板的两面。 0011 所述大功率全水冷同步整流结构特征在于，功率MOS管封装为TO-247AC。 0012 所述大功率全水冷同步整流结构特征在于，冷却水依次从高频功率变压器、第一 源极连接板、漏极基板、第二源极连接板循环流动。 0013 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明的高频功率变压器采 用整块导电材料构成变压器副边绕组，其导电面积比铜排或导线导电截面积大得多，并且 这一结构可以提高变压器散热效果；副边同步整流模块采用2块导。
13、电材料作为功率MOS管 的源极，1块导电材料作为功率MOS管组公共漏极，这一结构紧凑简单，实现大电流输出极 为简单，既可以大大提高功率MOS管的散热，也为功率MOS管的数量调整和驱动控制提供方 便。本发明的整体结构都加入了水冷方式，散热效果进一步提高，特别适合大功率场合，具 有很高的可靠性。 附图说明 0014 图1 是高频功率变压器结构示意图； 图2是图1中的座体结构示意图； 图3是图1中的基板结构示意图； 图4是图1中的带原边绕组的环形磁芯示意图； 图5是副边同步整流模块结构示意图； 图6是实施方式的大功率全水冷同步整流结构示意图； 图中：1. 座体，2.环形凹槽，3.座体中柱，4.座体窗。
14、口，5.基板，6.基板中柱，7.基板 窗口，8.环形变压器磁芯，9.变压器原边绕组，10.出水口，11进水口，12.漏极基板，13.第 一源极连接板，14.第二源极连接板，15.功率MOS管组，16.冷却水通道，17.第一铜板， 18.第二铜板。 具体实施方式 0015 以下结合附图和具体实施，对本发明作进一步的详细叙述。 0016 参考附图1、2、3、4，本发明变压器包括座体1、环形凹槽2、座体中柱3、座体窗口4、 基板5、基板中柱6、基板窗口7、变压器磁芯8、原边绕组9、出水口10、进水口11。座体1具 有内部空心结构，该座体为长方体导体材料，长方体一面中心位置具有环形凹槽2，所述环 说 。
15、明 书CN 103956913 A 3/4页 5 形凹槽的中间部分作为座体中柱3，该座体中柱为沿圆柱体中心纵向剖切剩余的一半，被剖 切的部分一直延伸至长方体的底面，并在该底面形成所述座体窗口4；所述变压器原边绕 组9由多股漆包线均匀环绕于变压器磁芯8上，环形凹槽大小恰能放进所述绕有原边绕组 的变压器磁芯；所述基板5为一导电材料，基板的一面中心连接有基板中柱6，该基板中柱 为沿圆柱体中心纵向剖切剩余的一半，被剖切的部分一直延伸至基板的另一面，并在该另 一面形成所述基板窗口7，基板中柱6与座体中柱3的半径相等；基板上设有的基板中柱6 穿过环形变压器磁芯8及座体中开有的座体窗口4，座体中设有的座体中。
16、柱3穿过环形变压 器磁芯8及基板上设有的基板窗口7；基板中柱6与座体中柱3构成变压器副边的两个绕 组，座体1与基板5电连接构成副边绕组的中间抽头。 0017 所述高频变压器的座体由于导电面积大实现大电流输出极为简单，特别适合大电 流场合。 0018 所述座体中柱3与基板中柱6的表面均包裹绝缘层，基板中柱6与座体窗口4之 间、座体中柱3与基板窗口7之间没有电连接。 0019 所述座体1内部为空心结构，且座体一侧面开设有与该空心结构相通的进水孔 11，座体中柱沿圆柱体中心纵向开设有一路冷却水通道，冷却水通道与座体内部的空心结 构相通，该冷却水通道的出水口10位于座体中柱的顶面。 0020 参考附图。
17、5和附图6，本发明的副边同步整流模块包含漏极基板12、第一源极连接 板13、第二源极连接板14和功率MOS管组15。第一铜板17两端分别接至座体中柱3和第 二源极连接板14 ，第二铜板18两端分别接至基板中柱6和第一源极连接板13，第一、第二 源极连接板通过用于控制功率MOS管驱动的PCB板与功率MOS管组15的源极电连接，漏极 基板12与功率MOS管组15的漏极相接作为电源正极；漏极基板12、第一源极连接板13、第 二源极连接板14内部均沿长度方向开设有两路内部连通的冷却水通道16。 0021 所述功率MOS管组15总共分成四组，分别是第一组整流管、第二组整流管、第三组 整流管、第四组整流管。
18、，每组的功率MOS管数相等且对称安放在在漏极基板12的两面，每组 的功率MOS管的漏极均与漏极基板电连接，第一组整流管和第二组整流管的源极分别通过 两块用于控制功率MOS管驱动的PCB板与第一源极连接板13电连接，第三组整流管和第四 组整流管的源极分别通过另外两块用于控制功率MOS管驱动的PCB板与第二源极连接板14 电连接，根据输出电流等级分配功率MOS管。 0022 所述功率MOS管封装为TO-247AC。 0023 所述大功率全水冷同步整流结构冷却水依次从高频功率变压器、第一源极连接 板、漏极基板、第二源极连接板循环流动，散热效果大大提高，极易实现大电流输出，特别适 用于大功率场合。 0。
19、024 参考附图6，本发明大功率全水冷同步整流结构包含第一铜板17、第二铜板18、高 频功率变压器（111）及副边同步整流模块（1216）。高频功率变压器通过第一铜板17、第 二铜板18与副边同步整流模块电连接。 0025 所述大功率全水冷同步整流结构是一种模块化的一体设计，副边同步整流模块的 漏极基板构成输出直流的正极，高频功率变压器座体和基板构成输出直流的负极，有利于 实际运用的方便连接。该结构设计方式不仅在工业应用方面方便，而且有利于变压器和功 率MOS管的散热、为功率MOS管驱动控制提供便利以及抗电磁干扰方面有很好的效果。 说 明 书CN 103956913 A 4/4页 6 0026。
20、 本发明的高频功率变压器分为不同功率等级，副边同步整流模块按输出电流的差 异分为不同电流等级，根据厂商家要求的输出功率、输出电流选取不同功率等级的高频功 率变压器及不同电流等级的同步整流模块组合成所需的高频工业电源。 0027 本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做 出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因 此本发明技术范围不局限于上述实施例。 说 明 书CN 103956913 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103956913 A 2/3页 8 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 103956913 A 3/3页 9 图6 说 明 书 附 图CN 103956913 A 。