用於電爐的電源單元的製作方法
2023-06-04 23:35:06 2
專利名稱：用於電爐的電源單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電爐的電源單元，具體地，涉及一種具有扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的，並實現了小型化、輕量化、低成本和高可靠性的電源單元。
背景技術：
圖9是具有扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的常規磁控管驅動器電源單元的結構圖。圖中，來自商品化電源11的交變電流通過整流電路13整流成直流，整流後的電流通過設置在整流電路13的輸出側的扼流線圈14和濾波電容15平滑，並且平滑後的電流施加到反相器(inverter)16的輸入側。通過反相器16中的半導體開關元件的開/關來將直流電流轉變成所需的高頻(20至40kHz)。反相器16包括其中例如並聯有多個功率MOSFET的用於高速切換直流電流的兩組開關元件組，以及一個驅動這些開關元件組的驅動電路。構成開關元件組的功率MOSFET的漏極分別連接到升壓變壓器18的初級線圈181的一端和另一端，構成這兩個開關組的功率MOSFET的兩個源極相連，此外構成開關組的功率MOSFET的柵極分別連接到開關元件驅動電路。由功率MOSFET構成的開關元件組通過反相器控制電路161驅動，且流經升壓變壓器18的初級側的電流高速切換開/關狀態。
整流電路13的初級側電流作為控制電路161的輸入信號而由CT17檢測，檢測到的電流輸入到控制電路161中，以用於反相器16的控制。
扼流線圈14和濾波電容15執行在將高頻轉換成直流時不將高頻噪聲傳輸到商品化電源11的功能，因此，扼流線圈14和濾波電容15具有一定大小的電感和電容，以將高頻噪聲去除。
在扼流線圈14的磁心(core)較小時，大的衝擊電流以快速飽和態進行流動，從而不能起作用。相反，在採用大磁心的情況下，線圈不飽和，但是其缺點在於扼流線圈自身尺寸變大，且其重量增加。於是，通過採用一種扼流線圈來解決飽和問題，該扼流線圈利用電線來纏繞如圖8所示的具有縱向裂口的管形磁心物體。
在升壓變壓器18中，反相器16輸出的高頻電壓施加到初級線圈181上，並在次級線圈182上獲得與匝數比(turn ratio)相應的高電壓。匝數較少的線圈183設置在升壓變壓器18的次級側，並用於加熱磁控管12的燈絲121。在升壓變壓器18的次級線圈182側，設置一電壓倍增半波整流電路(voltage doublerhalf-wave rectifying circuit)19，以對升壓變壓器18的輸出進行整流。電壓倍增半波整流電路19包括一個高壓電容191和兩個高壓二極體192和193，高壓電容191和高壓二極體192在正周期中導通(例如圖中次級線圈182的上端為正)，且圖中高壓電容191的左側電極板帶正電荷，在右側電極板上帶負電荷。接著，在負周期中(次級線圈182的下端為正)，高壓二極體193導通，且先前充電的高壓電容器191和次級線圈182的倍增電壓加電壓施加到磁控管12的陽極122和陰極121之間。
圖7示出了在印刷電路板上安裝傳統電爐的電源單元的例子。安裝示例顯示了在印刷電路板80上設置將電源供給至磁控管(未示出)的升壓變壓器20′、CT、扼流線圈30′和散熱鰭片60′。
於是，在傳統單元中，檢測整流電路13(圖9)的初級側電流的電流互感器(current transformer)CT(圖9中的17)設置在電路板上。CT的匝數比為約1∶2000，流過一個線圈的電流可以以1/2000的微小電流進行檢測，且CT以低損耗傳送至反相器控制電路。
扼流線圈30′設置在電路板上。
圖8A至8C是說明扼流線圈30′的示圖，圖8A是平面圖，圖8B是正視圖，圖8C是透視圖。圖中，附圖標記31是由高磁導率材料(例如鐵氧體材料)構造的圓筒形磁心。附圖標記32是在圓筒形磁心31的內側和外側上纏繞許多圈的線圈，附圖標記33是覆蓋整個圓柱形磁心31的樹脂，圓柱形磁心31和線圈32通過樹脂絕緣。附圖標記34是用於抑制飽和的氣隙，由於諸如鐵氧體等的高磁導率材料在大電流下迅速飽和。
回到圖7，設置在電路板上的升壓變壓器20′示出了採用鐵氧體磁心的傳統升壓變壓器的一個示例。圖7中，在兩個相向的馬蹄鐵形鐵氧體磁心204和205的同一個軸上平行布置有初級線圈201、次級線圈202和加熱線圈203。在磁控管驅動器電源頻繁處理大功率的情況下，流行採用通過電壓共振的零伏特開關系統(zero volt switching system)(以下稱作ZVS系統)。在ZVS系統中，需要將升壓變壓器的耦合係數設置為約0.6至0.85，以獲得共振電壓，因此，設置氣隙G。於是，即使在大電流下，升壓變壓器20′無飽和地將施加在初級線圈201上的低電壓轉換為在次級線圈202上產生的、與匝數比相應的高電壓。
散熱鰭片60′設置在呈封裝件P狀態的功率半導體元件上，在該封裝件中，功率半導體元件被覆有模鑄樹脂。通過提供散熱鰭片60′，功率半導體元件產生的熱通過封裝件P傳輸到散熱鰭片60′，由於該熱自此有效地擴散，所以功率半導體元件不被加熱，因此功率半導體元件的熱故障不發生。
由於CT較大，所以其匝數如上所述為1∶200，CT在電路板上佔據的空間不能忽略。
在現有升壓變壓器採用兩個相向的馬蹄鐵形鐵氧體磁心204和205的情形下，需要在升壓變壓器20′中增加流經升壓變壓器初級側的峰值電流，以使磁控管的輸出進一步提高。籍此，鐵氧體磁心由於飽和磁通密度特性較差而變得易於飽和，且為了不飽和需要大尺寸的鐵氧體磁心。這防礙了電源的小型化。
由於散熱鰭片60′處於封裝件P的其中的功率半導體元件被覆有模鑄樹脂的狀態下，所以功率半導體元件中產生的熱經過封裝件P傳輸到散熱鰭片60′，使得散熱性能不夠好。
為了解決該缺陷，本發明提供了一種用於電爐的電源單元，它使得不使用CT就能檢測電流，並通過小型化升壓變壓器並藉助小尺寸散熱鰭片來實現小型化、輕量化和低成本，在該散熱鰭片中，半導體元件的冷卻效率較高。
發明內容
為了解決以上問題，根據用於電爐的電源單元，該單元在基板上提供一整流電路、一設置在整流電路輸出側的扼流線圈、通過切換功率半導體元件來將直流電流轉變成高頻電源的反相器、控制該反相器的反相器控制電路、以及將反相器的輸出電壓升壓的升壓變壓器，其中，扼流線圈在其磁心部分具有氣隙，且在該氣隙中設置有霍爾(Hall)元件。
優選地，在用於電爐的電源單元中，霍爾元件的輸出信號被傳輸至反相器控制電路。
根據以上發明，由於不需要使用CT，該CT因如上所述的1∶2000的匝數比而變大，所以獲得了小型化、質量輕、且低成本的電源單元。
此外，在用於電爐的電源單元中，功率半導體元件通過焊接而直接附著在散熱鰭片上。
根據以上發明，由於功率半導體元件直接附著在散熱鰭片上，所以散熱效率提高，且獲得了小型、質輕且低成本的電源單元。
此外，在用於電爐的電源單元中，功率半導體元件通過焊接而經由衝孔銅板直接附著在散熱鰭片上。
根據以上發明，由於功率半導體元件通過衝孔銅板直接附著在散熱鰭片上，所以由於散熱效率提高且可以進行高密度安裝，獲得了更加小型化、輕量化和低成本的電源單元。
再者，在用於電爐的電源單元中，該升壓變壓器是磁控管驅動器升壓變壓器，其中初級線圈和次級線圈圍繞條形鐵氧體磁心，一矩形中空形磁心面向該條形鐵氧體磁心安裝在初級線圈和次級線圈外圍，並設置成在條形鐵氧體磁心軸向端部和矩形中空形磁心的周邊之間有氣隙。
根據以上發明，由於將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主鐵氧體磁心，並將矩形中空形磁心設置成面向該主鐵氧體磁心具有氣隙，所以本發明由於結構尺寸小、堅固，並進一步機械地保護了每個線圈的外部而有利於獲得更加小型化、輕質化和低成本的電源單元。
再者，在用於電爐的電源單元中，升壓變壓器是磁控管驅動器升壓變壓器，其中，初級線圈和次級線圈圍繞條形鐵氧體磁心，矩形中空形磁心在初級線圈和次級線圈外圍安裝而面對所述條形鐵氧體磁心，並布置成在條形鐵氧體磁心的軸向端部和矩形中空形磁心的內側之間有氣隙。
根據以上發明，由於將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主鐵氧體磁心，並將矩形中空形磁心設置成面向該主鐵氧體磁心具有氣隙，所以本發明由於結構尺寸小、堅固，並進一步機械地保護了每個線圈以及鐵氧體磁心整個的外部而有利於獲得更加小型化、輕質化和低成本的電源單元。
圖1是根據本發明的採用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的磁控管驅動電源的結構圖；
圖2是示出在印刷電路板上安裝根據本發明的電爐電源單元的示例的示圖；圖3A至3C是顯示說明根據本發明的扼流線圈的示圖，圖3A為平面圖，圖3B為主視圖，圖3C為透視圖；圖4A至4D是顯示根據本發明的升壓變壓器的第一示例的示圖，圖4A為主視圖，圖4B為平面圖，圖4C為側視圖，圖4D為透視圖；圖5A至5D是顯示根據本發明的升壓變壓器的第二示例的示圖，圖5A為主視圖，圖5B為平面圖，圖5C為側視圖，圖5D為透視圖；圖6A至6C為顯示直接將功率半導體元件附著在散熱鰭片上的具體的三個示例的示圖；圖7是顯示將用於電爐的傳統電源單元安裝在印刷電路板上的示例的示圖；圖8A至8C是說明傳統扼流線圈的示圖，圖8A為平面圖，圖8B為主視圖，圖8C為透視圖；以及圖9為採用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的磁控管驅動電源的傳統結構。
具體實施例方式
圖2顯示了根據本發明將用於電爐的電源單元安裝在印刷電路板上的安裝示例。在印刷電路板80上，分別設置根據本發明的升壓變壓器20、扼流線圈30和散熱鰭片60，該鰭片用於散失包括功率半導體元件的封裝件的熱損。
首先，將說明根據本發明的扼流線圈30。在本發明中，霍爾元件用於檢測電流，而不是CT。霍爾元件產生與外加磁場成比例的電壓，即霍爾電壓，因此，通過沿電流通路布置霍爾元件，與流經電流通路的電流成比例地產生的磁場對霍爾元件起作用，從而獲得與來自霍爾元件的電流成比例的電壓。作為具體電路結構的一個示例，例如公開了日本未審實用新型公開第S61-52272號。在該公開中，由流經線圈的電流在磁心中產生的磁通通過霍爾元件轉換為電壓，從而通過用流過待測電流的電線纏繞磁心，通過在磁心中設置氣隙，並通過在氣隙中布置霍爾元件，獲得自電壓檢測到的電流值。
本發明採用了此原理，且試圖用具有氣隙的磁心型霍爾元件來代替圖9的CT17。結果，與採用CT17的情形相似地獲得了良好的電流檢測，且其令人滿意。
然而，由於僅利用霍爾元件來代替CT17不利於電源單元的小型化、輕量化和低成本，所以本申請人作了更進一步的試驗與改進。結果，本申請人發現，儘管正和負方向不同，但是圖9中的整流電路13的輸入電流值和輸出電流值在數值上成比例，並且本申請人試圖在整流電路13的輸出側設置一個具有氣隙的磁心型霍爾元件。然而，僅在整流電路13的輸出側採用霍爾元件不利於電源單元的小型化、輕量化和低成本。
於是，本申請人的目的在於圖9的扼流線圈14具有帶氣隙的磁心結構，並試圖在氣隙處布置霍爾元件。
圖3A至3C是說明根據本發明的扼流線圈的示圖，圖3A為平面圖，圖3B為主視圖，圖3C為透視圖。圖中，附圖標記30為根據本發明的扼流線圈，附圖標記31為由高磁導率材料(例如鐵氧體材料)構成的圓筒形磁心。附圖標記32為在圓筒形磁心31的內側和外側上纏繞了許多圈的線圈，附圖標記33是用於支撐圓筒形磁心31和線圈的支撐體，附圖標記34為設置的氣隙，使得諸如鐵氧體等的高磁導率材料不飽和。此外，本發明中，霍爾元件H設置在氣隙34中。
作為霍爾元件H的磁感測膜，例如，採用具有高遷移率和良好感測性的InSb，或者具有大的能帶間隙寬度和良好溫度特性的GaAs。在其結構中，在通過注入Si等而在半絕緣GaAs襯底表面上形成諸如InSb、InAs、GaAs等的磁感測膜之後，構圖所需圖案，在磁感測膜上形成內電極以允許電流流到諸如SiO2、SiN等的無機保護膜上，然後進行切片、管芯接合和引線鍵合，並用樹脂連接線將該霍爾元件模鑄到電極上。
圖1是根據本發明的磁控管驅動器電源單元的結構圖。
霍爾元件H的輸出信號傳輸到反相器161。此時，由於不必像傳統電源元件那樣提供用於檢測整流電路13的輸入電流的CT17，所以CT17被去掉。
通過以上描述，所採用的扼流線圈14利用相同的形狀獲得了與常規相同的電流檢測效果，並且不使用CT17，從而電源單元小型化，變得更輕，變得更加低成本。
再回到圖2，設置在印刷電路板80上的升壓變壓器20關係到目的在於使單元小型化的本發明，高頻損失小的鐵氧體磁心用於主磁心26，設置氣隙G以不飽和，且在初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23外圍面對氣隙布置難以飽和的小尺寸金屬磁心27。
圖4A至4D是詳細顯示升壓變壓器20的示圖，圖4A是主視圖，圖4B是平面圖，圖4C是側視圖，圖4D是透視圖。圖中，附圖標記20是根據本發明第一實施例的升壓變壓器，附圖標記21是初級線圈，附圖標記22是次級線圈，附圖標記23是加熱線圈。初級線圈21與次級線圈22相比線圈截面大且匝數小。加熱線圈23與次級線圈22相比匝數非常少，因此在圖中未示出。由於加熱線圈23可以由其它部件構成，所以它在此處不是必要部件。附圖標記26是條形鐵氧體磁心，且在此處採用矩形平行六面體形。初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23分別圍繞直角平行六面體形鐵氧體磁心26的外周，且它們在磁心軸向上堆疊布置。
附圖標記27是本發明採用的金屬磁心，且通過多次(約10至40匝)呈矩形中空形地卷繞包括非晶矽鋼片等的長金屬薄片，並通過在每層之間絕緣來形成。在矩形中空形金屬磁心的內徑中，使得一個內徑(圖4C中金屬磁心27的左右方向的內徑)比初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23的任何一個外徑大，並使得另一內徑(圖4C中金屬磁心27的上下方向的內徑)形成得比初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23三個線圈的堆疊長度大。
因此，圖中的金屬磁心27在初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23的外圍，面向鐵氧體磁心26地安裝在該三個線圈上，且面對鐵氧體磁心布置成與條形鐵氧體磁心26保持氣隙G，如圖4D所示。鐵氧體磁心26與金屬磁心27之間的間隙約0.3至0.8mm。
通過以上結構，高頻損失小的鐵氧體磁心用於主磁心，設置間隙以不飽和，且在初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23外圍面對間隙布置難以飽和的小尺寸金屬磁心，這樣的結構使得與僅由鐵氧體磁心構成的傳統升壓變壓器20′(圖7)相比非常有利於小型化。即，在傳統升壓變壓器20′中，鐵氧體磁心的布置在初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23外圍的部分由幾乎與主鐵氧體磁心的大量凸伸在初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23之外的部分相同的橫截面面積構成。另一方面，在根據本發明的升壓變壓器20中，由於是金屬磁心，所以磁心橫截面面積相比於鐵氧體磁心的部分做得非常小，於是磁心不凸伸到初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23之外(見圖2)。
此外，採用卷繞10至40匝的長金屬薄片，且渦流流動方向處於橫截卷繞許多匝的金屬薄片層的方向上。因此，渦流難以流動，因為渦流不在一個金屬薄片的橫截面中流動，且一個金屬薄片的橫截面的電阻值大。因此，通過直到布置如上構造的金屬磁心，即使在高頻下高頻損失(金屬磁心在高頻下的一種故障)也變小，從而獲得具有鐵氧體磁心和金屬磁心兩者優點的升壓變壓器。
圖5A至5D是顯示根據本發明的升壓變壓器的第二實施例的示圖，圖5A是主視圖，圖5B是平面圖，圖5C是側視圖，圖5D是透視圖。圖中，附圖標記50是根據本發明的升壓變壓器的第二實施例。附圖標記21是初級線圈，附圖標記22是次級線圈，附圖標記23是加熱線圈，它們與圖2中的相同。即，相比於次級線圈22，初級線圈21的線圈截面大，且匝數小。相比於次級線圈22，加熱線圈23的匝數非常少，因此圖中未示出。
於是，在根據本發明的升壓變壓器的第二實施例中，採用了柱形鐵氧體磁心56，初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23圍繞在磁心周圍，從而分別在磁心軸向上堆疊。
升壓變壓器的金屬磁心通過將多片(10至40片)矩形中空形金屬薄片用絕緣粘接劑在厚度方向上疊壓來製造。在矩形中空形金屬磁心的內徑中，一個內徑(圖5C中金屬磁心57的左右方向內徑)形成得比初級線圈21、次級線圈22和加熱線圈23的任何一個外徑大，另一內徑(圖5C中金屬磁心57的上下方向內徑)形成得比柱形鐵氧體磁心56的長度大。這樣的金屬磁心57面向鐵氧體磁心56安裝至柱形鐵氧體磁心56上，並面向鐵氧體磁心56的軸向端部布置得保持氣隙G，如圖5D所示。
通過以上結構，由於將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主磁心，設置氣隙以不飽和，還將難以飽和的小尺寸金屬布置在初級線圈21、次級線圈22、加熱線圈23和鐵氧體磁心56外圍，所以該鐵氧體磁心與僅由鐵氧體磁心構成的傳統升壓變壓器20′(圖7)相比非常有利於小型化。
此外，疊壓10至40片金屬薄片27a，渦流流動方向位於橫截層疊很多片的金屬薄片層的方向上。於是，渦流難以流動，因為渦流不在一個金屬薄片的橫截面中流動，且一個金屬薄片的橫截面的電阻值大。
因此，通過直到布置如上構造的金屬磁心57，即使在高頻下高頻損失(金屬磁心57在高頻下的一種故障)變小，從而獲得具有鐵氧體磁心和金屬磁心兩者優點的升壓變壓器。
此外，由於升壓變壓器的鐵氧體磁心為柱形，所以比直角平行六面體易於製造。由於鐵氧體磁心56和金屬磁心57的相互面對的部分在磁通通過的氣隙G處平行，所以形成在其間的氣隙G是同寬的，從而變得易於設計耦合係數等。
再有，由於矩形中空形金屬磁心57從外圍覆蓋了鐵氧體磁心56、以及每個線圈21、22和23的一部分，所以該結構用作其機械保護。
圖2的根據本發明的散熱鰭片60直接設置在散熱鰭片上，而不使用封裝來對功率半導體元件進行散熱。圖6A至6C示出了將功率半導體元件直接安裝在散熱鰭片60上的三個具體安裝示例，圖6A示出了通過引線鍵合方法的示例，圖6B示出了通過管芯接合的方法的示例，圖6C示出了通過衝孔銅板法的示例。
在通過引線鍵合方法的圖6A中，附圖標記P1和P2是熱的半導體元件，例如前者是功率半導體元件，後者是反相器16中使用的半導體二極體(圖1)，兩者都是必需避免過熱的元件，因為它們自身發熱。根據本發明，這些功率半導體元件P1和P2等通過焊接62直接附著在散熱鰭片61上。附圖標記68是設置在印刷電路板80上的接線端，附圖標記67是連接功率半導體元件P1、半導體二極體P2和接線端68的導線，且虛線表示的複合部分C(功率半導體元件P1、半導體二極體P2、焊接部件62、接線端68和導線67)由樹脂模鑄。
通過該安裝方法，由於功率半導體元件P1和半導體二極體P2通過焊接62直接附著在散熱鰭片61上，所以熱並不如傳統散熱鰭片那樣通過導熱樹脂來散失。因此，熱導變好，實現了導熱鰭片61的尺寸減小。
由於散熱鰭片可以通過將散熱鰭片61做得較小來接近電源電路，所以布線圖變短，且噪聲的形成降低。
冷卻效率大為提高。此外，由於功率半導體元件P1和半導體二極體P2通過引線鍵合67連接到印刷電路板80的接線端68，所以不必使用如雙面安裝板那樣的昂貴安裝裝置，使得低成本安裝成為可能。
在通過管芯接合方法的圖6B中，附圖標記P1和P2是熱的半導體元件，諸如功率半導體元件，且根據本發明，這些功率半導體元件P1和P2等通過焊接62直接附著在散熱鰭片61上。附圖標記64是具有通孔的雙面板，且附圖標記65是絕緣體。對於印刷電路板80，採用低成本的紙苯酚(paperphenol)。附圖標記65是設置在功率半導體元件P1和P2的電極部分上的焊料凸點。
由於功率半導體元件P1和半導體二極體P2通過該安裝方法直接通過焊接62附著在散熱鰭片上，所以冷卻效率極大提高，因為熱並不如傳統散熱鰭片那樣通過導熱樹脂來散失。由於功率半導體元件P1和P2通過通孔64和設置在功率半導體元件P1和P2上的凸點65相反側的接線端66來連接至印刷電路板80，所以功率半導體元件的驅動電路可以接近電路板。因此，理想的驅動得以進行，不再具有驅動電路的寄生電感和電阻成分，從而轉換散失和噪聲得以降低。
此外，通過如圖6A的引線鍵合法繪製引線67的工作得以省去，使得組裝變得快速。
在通過衝孔銅板方法(punching copper plate method)的圖6C中，附圖標記P1和P2是熱的半導體元件，諸如功率半導體元件，且根據本發明，這些功率半導體元件P1和P2等在布置在衝孔銅板69上的狀態下直接通過焊接62部分地附著在散熱鰭片61上。附圖標記66是類似地利用衝孔銅板而電連接至印刷電路板80的接線端。通過虛線所示的複合部分C，功率半導體元件P1、半導體二極體P2、焊接部件62、接線端66和衝孔銅板69以樹脂來模鑄。
由於功率半導體元件P1和半導體二極體P2通過該安裝方法，經由衝孔銅板69利用焊接62直接附著在散熱鰭片61上，所以冷卻效率極大地提高，因為熱並不如傳統散熱鰭片那樣通過導熱樹脂來散失。由於衝孔銅板69自身具有熱沉的作用，所以散熱效率好。由於功率半導體元件P1和P2通過衝孔銅板69和接線端66連接到印刷電路板80，所以通過如圖6A的引線鍵合法繪製引線67的工作得以省去，使得組裝變快。
此外，由於不需要雙面板，所以成本降低。由於通過利用衝孔銅板而在導體的厚度方向上具有自由度，所以整個電路可以做得很小。
以上示出了提供有扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的本發明的磁控管驅動器電源單元的例子。然而，驅動器電源不限於此，它可以是利用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等進行DC-AC轉換並升壓的任何類型的電源。
本發明已經參照特定實施例進行了詳細解釋。但是，對本領域普通技術人員而言顯然的是，在不脫離本發明的精髓和範圍的情況下，可對本發明作各種改變或修改。
本申請基於2002年3月12日提交的第2002-67105號日本專利申請，並且其內容在此處得以參考和引用。
工業應用如上所述，根據本發明，用於電爐的電源單元在板上提供了整流電路、設置在整流電路輸出側的扼流線圈、通過功率半導體元件的切換將直流電流轉變成高頻電源的反相器、控制反相器的反相器控制電路、以及將反相器的輸出電壓升高的升壓變壓器，其中，扼流線圈在磁心部分上具有氣隙，且在氣隙中設置霍爾元件。功率半導體元件通過焊接直接附著在散熱鰭片上，且升壓變壓器是磁控管驅動器升壓變壓器，其中初級線圈和次級線圈分別圍繞條形磁心。通過在從初級線圈和次級線圈外圍安裝到條形鐵氧體磁心上的狀態下，面向條形鐵氧體磁心布置矩形中空形磁心以具有一氣隙，不使用CT而檢測電流成為可能。通過製造這樣的升壓變壓器，並通過形成功率半導體元件的冷卻效率的小尺寸散熱鰭片，用於電爐的電源單元得以小型化、輕量化，且成本降低。
權利要求
1.一種用於電爐的電源單元，包括一整流電路；一扼流線圈，其設置在整流電路的輸出側，且在磁心部分具有氣隙；一反相器，其用於通過功率半導體元件的切換來將直流電流轉變成高頻電源；一控制該反相器的反相器控制電路；在一板上將反相器的輸出電壓升壓的升壓變壓器；以及設置在該扼流線圈的氣隙中的一霍爾元件。
2.如權利要求1所述的用於電爐的電源單元，其中，霍爾元件的輸出信號被傳輸至所述反相器控制電路。
3.如權利要求1所述的用於電爐的電源單元，還包括用於對該板上設置的所述功率半導體元件的熱量進行散失的散熱鰭片，其中，所述功率半導體元件通過焊接直接附著在所述散熱鰭片上。
4.如權利要求1所述的用於電爐的電源單元，還包括用於對該板上設置的所述功率半導體元件的熱量進行散失的散熱鰭片，其中，所述功率半導體元件藉助焊接，通過衝孔銅板直接附著在所述散熱鰭片上。
5.如權利要求1所述的用於電爐的電源單元，其中，所述升壓變壓器為磁控管驅動器升壓變壓器，包括條形鐵氧體磁心；設置成圍繞所述條形鐵氧體磁心的初級線圈和次級線圈；矩形中空形磁心，其設置成從所述初級線圈和次級線圈外圍面對所述條形鐵氧體磁心，並在所述條形鐵氧體磁心和所述矩形中空形磁心周邊之間具有氣隙。
6.如權利要求1所述的用於電爐的電源單元，其中，所述升壓變壓器為磁控管驅動器升壓變壓器，包括條形鐵氧體磁心；設置成圍繞所述條形鐵氧體磁心的初級線圈和次級線圈；矩形中空形磁心，其設置成從所述初級線圈和次級線圈外圍面對所述條形鐵氧體磁心，並在所述條形鐵氧體磁心和所述矩形中空形磁心內側之間具有氣隙。
全文摘要
在其磁心部分具有氣隙的扼流線圈(30)中布置一霍爾元件(H)。功率半導體元件(P1和P2)通過焊接直接貼附在散熱鰭片(61)上。由呈矩形中空狀地卷繞長金屬薄片多匝的金屬磁心形成的矩形中空形磁心(27)從初級線圈(21)和次級線圈(22)的外圍安裝在條形鐵氧體磁心(26)上。矩形中空形狀一側的內徑比初級線圈(21)和次級線圈(22)兩者的外徑大，且矩形中空形狀另一側的內徑比初級線圈(21)和次級線圈(22)的堆疊長度大。在上述情況下，該矩形中空形磁心(27)設置得具有氣隙(G)。
文檔編號H05B6/66GK1484884SQ02803024
公開日2004年3月24日 申請日期2002年12月26日 優先權日2002年3月12日
發明者三原誠, 安井健治, 治, 北泉武 申請人:松下電器產業株式會社