一種採用半導體製冷片散熱的變頻器的製造方法
2023-07-25 04:40:06 2
一種採用半導體製冷片散熱的變頻器的製造方法
【專利摘要】本發明屬於變頻器【技術領域】，提供了一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，包括結構部分以及電氣部分，結構部分包括有塑料殼體，在塑料殼體內設置有底座、散熱器、直流風機、電容板、半導體製冷片、IGBT模塊、電源板、開關電源板以及主控板，主控板控制散熱器正常工作，所述的底座安裝的散熱器，在散熱器的後端固定有直流風機，散熱器的前端風道口出安裝電容板，半導體製冷片一共為兩塊且每塊分為冷麵和熱面。本發明的優點在於採用半導體製冷片和風冷共同作用的散熱設計的變頻器，並通過風機對散熱器進行風冷散熱，達到良好可靠的散熱目的，大大的提高變頻器的散熱效果，從而達到延長變頻器的使用壽命，提高整體可靠性的目的。
【專利說明】一種採用半導體製冷片散熱的變頻器
【技術領域】
[0001]本發明屬於變頻器【技術領域】，涉及一種其內部逆變功率單元模塊(IGBT)採用半導體製冷片和風冷共同作用的變頻器。
【背景技術】
[0002]變頻器作為一種變頻調速裝置，憑藉其優越的控制性能和節能效果，使得其在電力電子、電氣傳動、工業控制上得到了廣泛應用。隨著石油化工、紡織印染、冶金造紙、建築樓宇等等各行業對變頻器性能要求的不斷提高，高可控性、實用性及可靠性已成為衡量變頻器性能的一大指標。
[0003]對於變頻器中的核心部分一IGBT的散熱問題，一直是制約變頻器行業發展的一大瓶頸，過高的溫升將導致變頻器整體可靠性和使用壽命的縮短，嚴重可導致逆變模塊的炸毀，從而對使用者的人身安全造成損害。目前，行業主要採用三種方式進行散熱，即水冷、強迫風冷和自然散熱。由於成本低、效果較好、強迫風冷的散熱方式已逐漸成為各廠家普遍採用的方法。但即便採用風冷散熱，其溫升也相對較高，不能達到可靠的散熱效果。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，而提供一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，該變頻器大大的提高變頻器的散熱效果，從而達到延長變頻器的使用壽命，提高整體可靠性的目的。
[0005]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，包括結構部分以及電氣部分，其特徵在於，所述的結構部分包括有塑料殼體，在塑料殼體內設置有底座、散熱器、直流風機、電容板、半導體製冷片、IGBT模塊、電源板、開關電源板以及主控板，主控板控制散熱器正常工作，所述的底座安裝的散熱器，在散熱器的後端固定有直流風機，散熱器的前端風道口出安裝電容板，所述的半導體製冷片一共為兩塊且每塊分為冷麵和熱面，半導體製冷片固定於散熱器平整面之上用於將冷麵的熱量通過熱面及時有效的傳導至散熱器上，所述的IGBT模塊緊貼半導體製冷片的冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固，主控板和開關電源板放置於塑殼上方，所述的IGBT模塊的針腳焊接於電源板之上，半導體製冷片的輸出線分別電連接至開關電源的正負極。
[0006]為優化上述方案採取的措施具體包括:
[0007]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的半導體製冷片與散熱器模塊底板規格大小一致，且兩塊半導體製冷片的熱面上均勻塗抹導熱矽脂，並將其熱面緊貼散熱器平整面之上，所述的半導體製冷片的周圍固定有隔熱墊圈，冷麵上同樣均勻塗抹導熱矽脂，所述的IGBT模塊緊貼其冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固。
[0008]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的開關電源板提供輸出24V電壓，開關電源板內主要包括振蕩迴路、穩壓和保護迴路組成，所述的振蕩迴路的輸入側通入直流電時，振蕩迴路起振並輸出方波來經交流變換和濾波作用後完成24V電壓輸出並提供給半導體製冷片工作，穩壓和保護迴路通過對輸出電壓的實時監控，將信號反饋進行比較後自動調整輸出電壓。
[0009]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的振蕩迴路包括啟動振蕩、高頻變換以及濾波步驟，所述的振蕩迴路由K3878開關管、變壓器、UC3844晶片、降壓電阻和電解電容組成的啟動電路及其UC3844的4管腳外圍RC定時元件組成，所述的振蕩迴路主要完成電源的起振、高頻變換和輸出相應的PWM波來控制開關管的通斷速率。
[0010]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的穩壓和保護迴路由穩壓迴路和保護迴路組成，所述的穩壓和保護迴路包括脈寬調製、比較放大以及取樣步驟，所述的穩壓迴路主要由基準電壓源TL431、PS2501光電耦合器、UC3844內部的電壓誤差放大器及附屬貼片電阻、電容等組成，主要負責將輸出的24V電壓變化信號反饋至3844晶片內部放大比較，從而使輸出的PWM佔空比改變，完成24V電壓的恆定輸出，保護迴路一是由3844晶片本身和電流採樣電阻組成並用於對輸出電流採樣，晶片內部進行比較輸出，控制電路的停振保護，二是由變壓器輸入繞組上並聯的二極體、色環電阻和瓷片電容組成並用於吸收開關管的反向電壓。
[0011]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，變頻器的電氣設計部分包括依次電連接的整流部分、充電迴路、濾波部分、逆變部分、控制迴路部分和人機界面部分，所述的整流部分包括多個二極體並用於將工頻交流電整流為脈動的直流電，供下級電路使用，所述的充電迴路用於對衝擊電流的抑制、緩衝以及上電作用，所述的濾波部分用於將脈動的直流電變得平緩，消除尖峰電壓，逆變部分再將直流電轉換為交流電輸出，完成整個主迴路的動作，控制迴路部分包括隔離驅動板、開關電源板和主控板，控制迴路部分用於在整個過程中起到對於主迴路進行全面調控的作用，所述的隔離驅動板用於輸出相應的SPWM脈衝，從而控制IGBT門極的開關速率，達到調節輸出電壓和輸出頻率的目的，所述的開關電源板用於達到對電壓、頻率的實時控制，主控板用於運算和保護電路為輔對各個輸入信號進行處理、運算，所述的人機界面部分主要用於使用者對其內部參數的設定、更改和監視以及各項報警和故障輸出顯示。
[0012]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的充電迴路由充電電阻和接觸器組成，充電電阻用於在上電瞬間給儲能電容充電，起到對衝擊電流的抑制和緩衝作用，充電完畢後接觸器會繼而吸合，將充電電阻短路，完成變頻器的上電。
[0013]在上述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器中，所述的濾波部分採用大容量電解電容組並用於負責將脈動的直流電變得平緩，消除尖峰電壓。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在於採用半導體製冷片和風冷共同作用的散熱設計的變頻器，並通過風機對散熱器進行風冷散熱，這樣變頻器整體的溫度將大幅度的下降，最終達到良好可靠的散熱目的，大大的提高變頻器的散熱效果，從而達到延長變頻器的使用壽命，提高整體可靠性的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是為本發明的結構部分設計圖；
[0016]圖2是本開關電源板電氣設計系統結構框圖；
[0017]圖3是本發明的變頻器電氣設計主迴路圖。【具體實施方式】
[0018]以下是本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。
[0019]圖中，直流風機11 ;IGBT模塊12 ;主控板13 ;散熱器14 ;電容板15 ;電源板16 ;開關電源板17 ;半導體製冷片18 ;振蕩迴路21 ;穩壓和保護迴路22 ;整流部分31 ;充電電阻32 ;接觸器33 ;電容組34 ;隔離驅動板35。
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，本採用半導體製冷片散熱的變頻器，包括結構部分以及電氣部分。
[0021]其中結構結構設計方面所採用的方案是:結構部分包括有塑料殼體，在塑料殼體內設置有底座、散熱器14、直流風機11、電容板15、半導體製冷片18、IGBT模塊12、電源板
16、開關電源板17以及主控板13，主控板13控制散熱器14正常工作，底座安裝的散熱器
14,在散熱器14的後端固定有直流風機11，散熱器14的前端風道口出安裝電容板15,半導體製冷片18 —共為兩塊且每塊分為冷麵和熱面，半導體製冷片18固定於散熱器14平整面之上用於將冷麵的熱量通過熱面及時有效的傳導至散熱器14上，IGBT模塊12緊貼半導體製冷片18的冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固，半導體製冷片18與散熱器14模塊底板規格大小一致，且兩塊半導體製冷片18的熱面上均勻塗抹導熱矽脂，並將其熱面緊貼散熱器14平整面之上，半導體製冷片18的周圍固定有隔熱墊圈，這樣以防止熱量的散失，冷麵上同樣均勻塗抹導熱矽脂，這樣以利於將冷麵的熱量通過熱面及時有效的傳導至散熱器14上，IGBT模塊12緊貼其冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固，主控板13和開關電源板17放置於塑殼上方，IGBT模塊12的針腳焊接於電源板16之上。
[0022]電氣部分包括開關電源板17電氣部分以及變頻器電氣部分，這裡開關電源板17提供輸出穩定的24V電壓，開關電源板17內主要包括振蕩迴路21、穩壓和保護迴路22組成。振蕩迴路21包括啟動振蕩、高頻變換以及濾波步驟，穩壓和保護迴路22由穩壓迴路和保護迴路組成，穩壓和保護迴路22包括脈寬調製、比較放大以及取樣步驟。
[0023]振蕩迴路21由K3878開關管、變壓器、UC3844晶片、降壓電阻和電解電容組34成的啟動電路及其UC3844的4管腳外圍RC定時元件組成，振蕩迴路21主要完成電源的起振、高頻變換和輸出相應的PWM波來控制開關管的通斷速率。
[0024]穩壓迴路主要由基準電壓源TL431、PS2501光電耦合器、UC3844內部的電壓誤差放大器及附屬貼片電阻、電容等組成，主要負責將輸出的24V電壓變化信號反饋至3844晶片內部放大比較，從而使輸出的PWM佔空比改變，完成24V電壓的恆定輸出。
[0025]保護迴路一是由3844晶片本身和電流採樣電阻等組成，二是由變壓器輸入繞組上並聯的二極體(BYV26G)、色環電阻(100K、3W)和瓷片電容(103、2KV)組成。前者主要對輸出電流採樣，晶片內部進行比較輸出，控制電路的停振保護。後者的作用是吸收開關管的反向電壓。
[0026]以上將完成24V開關電源板17的設計，在此基礎上，將一片半導體製冷片18的紅色外引線與另一片製冷片的黑色外引線連接固定，再將兩片製冷片分別剩餘的黑色和紅色外引線正確連接至24V開關電源板17的負極和正極，即完成兩者的串聯連接，這樣便完成了半導體製冷片18的整體布局及電氣設計，當變頻器和開關電源通電運行時，IGBT模塊12底面的熱量將通過半導體製冷片18的冷麵快速高效的傳導至與熱面接觸的散熱器14之上，進而通過風機對散熱器14進行風冷散熱，這樣變頻器整體的溫度將大幅度的下降，最終達到良好可靠的散熱目的。
[0027]變頻器的電氣設計部分包括依次電連接的整流部分31、充電迴路、濾波部分、逆變部分、控制迴路部分和人機界面部分，整流部分31包括多個二極體並用於將工頻交流電整流為脈動的直流電，供下級電路使用，充電迴路用於對衝擊電流的抑制、緩衝以及上電作用，濾波部分採用大容量電解電容，並用於將脈動的直流電變得平緩，消除尖峰電壓，逆變部分再將直流電轉換為交流電輸出，完成整個主迴路的動作，控制迴路部分包括隔離驅動板35、開關電源板17和主控板13，控制迴路部分用於在整個過程中起到對於主迴路進行全面調控的作用，主要分布為開關電源電路、驅動電路、檢測電路、保護電路及主控電路等。開關電源主要由3844開關電源晶片、開關管、變壓器及其他穩壓和校準電路組成，用來為下級電路提供多路穩定電源；驅動電路通過主控晶片和輔助電路輸出相應的SPWM脈衝，從而控制IGBT模塊12門極的開關速率，檢測電路主要通過運算放大器及輔助電路對採樣電阻進行信號的放大和比較，實現各項保護功能。主控板13主要在信號的運算處理及各項模擬量、開關量和溫度檢測的輸出上完成變頻器的各項控制功能。
[0028]隔離驅動板35用於輸出相應的SPWM脈衝，從而控制IGBT門極的開關速率，達到調節輸出電壓和輸出頻率的目的，開關電源板17用於達到對電壓、頻率的實時控制，主控板13用於運算和保護電路為輔對各個輸入信號進行處理、運算，人機界面部分主要用於使用者對其內部參數的設定、更改和監視以及各項報警和故障輸出顯示
[0029]充電迴路由充電電阻32和接觸器33組成，充電電阻32用於在上電瞬間給儲能電容充電，起到對衝擊電流的抑制和緩衝作用，充電完畢後接觸器33會繼而吸合，將充電電阻32短路，完成變頻器的上電。
[0030]如圖3所示當輸入通入三相電後，二極體組成的整流部分31進行整流，將交流電轉換為脈動的直流電，再通過充電電阻32給予電容組34充電，待電容組34充滿之後，接觸器33接收到吸合信號，將其短路，繼而濾波電路進行平波作用，最後，逆變部分再將直流電轉換為交流電輸出，完成整個主迴路的動作，開關電源板17和主控板13在整個過程中起到對於主迴路進行全面調控的作用，其中開關電源板17會通過驅動電路、開關電源部分、檢測電路、保護電路等達到對電壓、頻率的實時控制，其中主控板13會以DSP主控晶片為核心、其他運算和保護電路為輔對各個輸入信號進行處理、運算，從而達到各項控制效果。
[0031]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神所定義的範圍。
【權利要求】
1.一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，包括結構部分以及電氣部分，其特徵在於，所述的結構部分包括有塑料殼體，在塑料殼體內設置有底座、散熱器、直流風機、電容板、半導體製冷片、IGBT模塊、電源板、開關電源板以及主控板，主控板控制散熱器正常工作，所述的底座安裝的散熱器，在散熱器的後端固定有直流風機，散熱器的前端風道口出安裝電容板，所述的半導體製冷片一共為兩塊且每塊分為冷麵和熱面，半導體製冷片固定於散熱器平整面之上用於將冷麵的熱量通過熱面及時有效的傳導至散熱器上，所述的IGBT模塊緊貼半導體製冷片的冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固，主控板和開關電源板放置於塑殼上方，所述的IGBT模塊的針腳焊接於電源板之上，半導體製冷片的輸出線分別電連接至開關電源的正負極。
2.根據權利要求1所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的半導體製冷片與散熱器模塊底板規格大小一致，且兩塊半導體製冷片的熱面上均勻塗抹導熱矽脂，並將其熱面緊貼散熱器平整面之上，所述的半導體製冷片的周圍固定有隔熱墊圈，冷麵上同樣均勻塗抹導熱矽脂，所述的IGBT模塊緊貼其冷麵並用塑料隔熱套管處理的螺絲緊固。
3.根據權利要求1所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的開關電源板提供輸出24V電壓，開關電源板內主要包括振蕩迴路、穩壓和保護迴路組成，所述的振蕩迴路的輸入側通入直流電時,振蕩迴路起振並輸出方波來經交流變換和濾波作用後完成24V電壓輸出並提供給半導體製冷片工作，穩壓和保護迴路通過對輸出電壓的實時監控，將信號反饋進行比較後自動調整輸出電壓。
4.根據權利要求3所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的振蕩迴路包括啟動振蕩、高頻變換以及濾波步驟，所述的振蕩迴路由K3878開關管、變壓器、UC3844晶片、降壓電阻和電解電容組成的啟動電路及其UC3844的4管腳外圍RC定時元件組成，所述的振蕩迴路主要完成電源的起振、高頻變換和輸出相應的PWM波來控制開關管的通斷速率。
5.根據權利要求3所`述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的穩壓和保護迴路由穩壓迴路和保護迴路組成，所述的穩壓和保護迴路包括脈寬調製、比較放大以及取樣步驟，所述的穩壓迴路主要由基準電壓源TL431、PS2501光電耦合器、UC3844內部的電壓誤差放大器及附屬貼片電阻、電容等組成，主要負責將輸出的24V電壓變化信號反饋至3844晶片內部放大比較，從而使輸出的PWM佔空比改變，完成24V電壓的恆定輸出，保護迴路一是由3844晶片本身和電流採樣電阻組成並用於對輸出電流採樣，晶片內部進行比較輸出，控制電路的停振保護，二是由變壓器輸入繞組上並聯的二極體、色環電阻和瓷片電容組成並用於吸收開關管的反向電壓。
6.根據權利要求1所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，變頻器的電氣設計部分包括依次電連接的整流部分、充電迴路、濾波部分、逆變部分、控制迴路部分和人機界面部分，所述的整流部分包括多個二極體並用於將工頻交流電整流為脈動的直流電，供下級電路使用，所述的充電迴路用於對衝擊電流的抑制、緩衝以及上電作用，所述的濾波部分用於將脈動的直流電變得平緩，消除尖峰電壓，逆變部分再將直流電轉換為交流電輸出，完成整個主迴路的動作，控制迴路部分包括隔離驅動板、開關電源板和主控板，控制迴路部分用於在整個過程中起到對於主迴路進行全面調控的作用，所述的隔離驅動板用於輸出相應的SPWM脈衝，從而控制IGBT門極的開關速率，達到調節輸出電壓和輸出頻率的目的，所述的開關電源板用於達到對電壓、頻率的實時控制，主控板用於運算和保護電路為輔對各個輸入信號進行處理、運算，所述的人機界面部分主要用於使用者對其內部參數的設定、更改和監視以及各項報警和故障輸出顯示。
7.根據權利要求6所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的充電迴路由充電電阻和接觸器組成，充電電阻用於在上電瞬間給儲能電容充電，起到對衝擊電流的抑制和緩衝作用，充電完畢後接觸器會繼而吸合，將充電電阻短路，完成變頻器的上電。
8.根據權利要求6所述的一種採用半導體製冷片散熱的變頻器，其特徵在於，所述的濾波部分採用大 容量電解電容組並用於負責將脈動的直流電變得平緩，消除尖峰電壓。
【文檔編號】H02M1/00GK103825430SQ201410086116
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】黃萬攀, 陳進 申請人:台州富凌電氣有限公司