專利名稱：用于電爐的電源單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電爐的電源單元，具體地，涉及一種具有扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的，并實(shí)現(xiàn)了小型化、輕量化、低成本和高可靠性的電源單元。
背景技術(shù)：
圖9是具有扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的常規(guī)磁控管驅(qū)動(dòng)器電源單元的結(jié)構(gòu)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，整流后的電流通過設(shè)置在整流電路13的輸出側(cè)的扼流線圈14和濾波電容15平滑，并且平滑后的電流施加到反相器(inverter)16的輸入側(cè)。通過反相器16中的半導(dǎo)體開關(guān)元件的開/關(guān)來將直流電流轉(zhuǎn)變成所需的高頻(20至40kHz)。反相器16包括其中例如并聯(lián)有多個(gè)功率MOSFET的用于高速切換直流電流的兩組開關(guān)元件組，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)這些開關(guān)元件組的驅(qū)動(dòng)電路。構(gòu)成開關(guān)元件組的功率MOSFET的漏極分別連接到升壓變壓器18的初級(jí)線圈181的一端和另一端，構(gòu)成這兩個(gè)開關(guān)組的功率MOSFET的兩個(gè)源極相連，此外構(gòu)成開關(guān)組的功率MOSFET的柵極分別連接到開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電路。由功率MOSFET構(gòu)成的開關(guān)元件組通過反相器控制電路161驅(qū)動(dòng)，且流經(jīng)升壓變壓器18的初級(jí)側(cè)的電流高速切換開/關(guān)狀態(tài)。
整流電路13的初級(jí)側(cè)電流作為控制電路161的輸入信號(hào)而由CT17檢測(cè)，檢測(cè)到的電流輸入到控制電路161中，以用于反相器16的控制。
扼流線圈14和濾波電容15執(zhí)行在將高頻轉(zhuǎn)換成直流時(shí)不將高頻噪聲傳輸?shù)缴唐坊娫?1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(shí)，大的沖擊電流以快速飽和態(tài)進(jìn)行流動(dòng)，從而不能起作用。相反，在采用大磁心的情況下，線圈不飽和，但是其缺點(diǎn)在于扼流線圈自身尺寸變大，且其重量增加。于是，通過采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(jí)線圈181上，并在次級(jí)線圈182上獲得與匝數(shù)比(turn ratio)相應(yīng)的高電壓。匝數(shù)較少的線圈183設(shè)置在升壓變壓器18的次級(jí)側(cè)，并用于加熱磁控管12的燈絲121。在升壓變壓器18的次級(jí)線圈182側(cè)，設(shè)置一電壓倍增半波整流電路(voltage doublerhalf-wave rectifying circuit)19，以對(duì)升壓變壓器18的輸出進(jìn)行整流。電壓倍增半波整流電路19包括一個(gè)高壓電容191和兩個(gè)高壓二極管192和193，高壓電容191和高壓二極管192在正周期中導(dǎo)通(例如圖中次級(jí)線圈182的上端為正)，且圖中高壓電容191的左側(cè)電極板帶正電荷，在右側(cè)電極板上帶負(fù)電荷。接著，在負(fù)周期中(次級(jí)線圈182的下端為正)，高壓二極管193導(dǎo)通，且先前充電的高壓電容器191和次級(jí)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(tǒng)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(shè)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′。
于是，在傳統(tǒng)單元中，檢測(cè)整流電路13(圖9)的初級(jí)側(cè)電流的電流互感器(current transformer)CT(圖9中的17)設(shè)置在電路板上。CT的匝數(shù)比為約1∶2000，流過一個(gè)線圈的電流可以以1/2000的微小電流進(jìn)行檢測(cè)，且CT以低損耗傳送至反相器控制電路。
扼流線圈30′設(shè)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(biāo)記31是由高磁導(dǎo)率材料(例如鐵氧體材料)構(gòu)造的圓筒形磁心。附圖標(biāo)記32是在圓筒形磁心31的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上纏繞許多圈的線圈，附圖標(biāo)記33是覆蓋整個(gè)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(biāo)記34是用于抑制飽和的氣隙，由于諸如鐵氧體等的高磁導(dǎo)率材料在大電流下迅速飽和。
回到圖7，設(shè)置在電路板上的升壓變壓器20′示出了采用鐵氧體磁心的傳統(tǒng)升壓變壓器的一個(gè)示例。圖7中，在兩個(gè)相向的馬蹄鐵形鐵氧體磁心204和205的同一個(gè)軸上平行布置有初級(jí)線圈201、次級(jí)線圈202和加熱線圈203。在磁控管驅(qū)動(dòng)器電源頻繁處理大功率的情況下，流行采用通過電壓共振的零伏特開關(guān)系統(tǒng)(zero volt switching system)(以下稱作ZVS系統(tǒng))。在ZVS系統(tǒng)中，需要將升壓變壓器的耦合系數(shù)設(shè)置為約0.6至0.85，以獲得共振電壓，因此，設(shè)置氣隙G。于是，即使在大電流下，升壓變壓器20′無飽和地將施加在初級(jí)線圈201上的低電壓轉(zhuǎn)換為在次級(jí)線圈202上產(chǎn)生的、與匝數(shù)比相應(yīng)的高電壓。
散熱鰭片60′設(shè)置在呈封裝件P狀態(tài)的功率半導(dǎo)體元件上，在該封裝件中，功率半導(dǎo)體元件被覆有模鑄樹脂。通過提供散熱鰭片60′，功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱通過封裝件P傳輸?shù)缴狯捚?0′，由于該熱自此有效地?cái)U(kuò)散，所以功率半導(dǎo)體元件不被加熱，因此功率半導(dǎo)體元件的熱故障不發(fā)生。
由于CT較大，所以其匝數(shù)如上所述為1∶200，CT在電路板上占據(jù)的空間不能忽略。
在現(xiàn)有升壓變壓器采用兩個(gè)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(jīng)升壓變壓器初級(jí)側(cè)的峰值電流，以使磁控管的輸出進(jìn)一步提高。籍此，鐵氧體磁心由于飽和磁通密度特性較差而變得易于飽和，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。
由于散熱鰭片60′處于封裝件P的其中的功率半導(dǎo)體元件被覆有模鑄樹脂的狀態(tài)下，所以功率半導(dǎo)體元件中產(chǎn)生的熱經(jīng)過封裝件P傳輸?shù)缴狯捚?0′，使得散熱性能不夠好。
為了解決該缺陷，本發(fā)明提供了一種用于電爐的電源單元，它使得不使用CT就能檢測(cè)電流，并通過小型化升壓變壓器并借助小尺寸散熱鰭片來實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化和低成本，在該散熱鰭片中，半導(dǎo)體元件的冷卻效率較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，根據(jù)用于電爐的電源單元，該單元在基板上提供一整流電路、一設(shè)置在整流電路輸出側(cè)的扼流線圈、通過切換功率半導(dǎo)體元件來將直流電流轉(zhuǎn)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(shè)置有霍爾(Hall)元件。
優(yōu)選地，在用于電爐的電源單元中，霍爾元件的輸出信號(hào)被傳輸至反相器控制電路。
根據(jù)以上發(fā)明，由于不需要使用CT，該CT因如上所述的1∶2000的匝數(shù)比而變大，所以獲得了小型化、質(zhì)量輕、且低成本的電源單元。
此外，在用于電爐的電源單元中，功率半導(dǎo)體元件通過焊接而直接附著在散熱鰭片上。
根據(jù)以上發(fā)明，由于功率半導(dǎo)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(zhì)輕且低成本的電源單元。
此外，在用于電爐的電源單元中，功率半導(dǎo)體元件通過焊接而經(jīng)由沖孔銅板直接附著在散熱鰭片上。
根據(jù)以上發(fā)明，由于功率半導(dǎo)體元件通過沖孔銅板直接附著在散熱鰭片上，所以由于散熱效率提高且可以進(jìn)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，在用于電爐的電源單元中，該升壓變壓器是磁控管驅(qū)動(dòng)器升壓變壓器，其中初級(jí)線圈和次級(jí)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(jí)線圈和次級(jí)線圈外圍，并設(shè)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(jù)以上發(fā)明，由于將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主鐵氧體磁心，并將矩形中空形磁心設(shè)置成面向該主鐵氧體磁心具有氣隙，所以本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)尺寸小、堅(jiān)固，并進(jìn)一步機(jī)械地保護(hù)了每個(gè)線圈的外部而有利于獲得更加小型化、輕質(zhì)化和低成本的電源單元。
再者，在用于電爐的電源單元中，升壓變壓器是磁控管驅(qū)動(dòng)器升壓變壓器，其中，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈圍繞條形鐵氧體磁心，矩形中空形磁心在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈外圍安裝而面對(duì)所述條形鐵氧體磁心，并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(nèi)側(cè)之間有氣隙。
根據(jù)以上發(fā)明，由于將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主鐵氧體磁心，并將矩形中空形磁心設(shè)置成面向該主鐵氧體磁心具有氣隙，所以本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)尺寸小、堅(jiān)固，并進(jìn)一步機(jī)械地保護(hù)了每個(gè)線圈以及鐵氧體磁心整個(gè)的外部而有利于獲得更加小型化、輕質(zhì)化和低成本的電源單元。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的采用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的磁控管驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是示出在印刷電路板上安裝根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(cè)視圖，圖4D為透視圖；圖5A至5D是顯示根據(jù)本發(fā)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(cè)視圖，圖5D為透視圖；圖6A至6C為顯示直接將功率半導(dǎo)體元件附著在散熱鰭片上的具體的三個(gè)示例的示圖；圖7是顯示將用于電爐的傳統(tǒng)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(tǒng)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為采用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等的磁控管驅(qū)動(dòng)電源的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明將用于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(shè)置根據(jù)本發(fā)明的升壓變壓器20、扼流線圈30和散熱鰭片60，該鰭片用于散失包括功率半導(dǎo)體元件的封裝件的熱損。
首先，將說明根據(jù)本發(fā)明的扼流線圈30。在本發(fā)明中，霍爾元件用于檢測(cè)電流，而不是CT?；魻栐a(chǎn)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(jīng)電流通路的電流成比例地產(chǎn)生的磁場對(duì)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(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，例如公開了日本未審實(shí)用新型公開第S61-52272號(hào)。在該公開中，由流經(jīng)線圈的電流在磁心中產(chǎn)生的磁通通過霍爾元件轉(zhuǎn)換為電壓，從而通過用流過待測(cè)電流的電線纏繞磁心，通過在磁心中設(shè)置氣隙，并通過在氣隙中布置霍爾元件，獲得自電壓檢測(cè)到的電流值。
本發(fā)明采用了此原理，且試圖用具有氣隙的磁心型霍爾元件來代替圖9的CT17。結(jié)果，與采用CT17的情形相似地獲得了良好的電流檢測(cè)，且其令人滿意。
然而，由于僅利用霍爾元件來代替CT17不利于電源單元的小型化、輕量化和低成本，所以本申請(qǐng)人作了更進(jìn)一步的試驗(yàn)與改進(jìn)。結(jié)果，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，盡管正和負(fù)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(shù)值上成比例，并且本申請(qǐng)人試圖在整流電路13的輸出側(cè)設(shè)置一個(gè)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(cè)采用霍爾元件不利于電源單元的小型化、輕量化和低成本。
于是，本申請(qǐng)人的目的在于圖9的扼流線圈14具有帶氣隙的磁心結(jié)構(gòu)，并試圖在氣隙處布置霍爾元件。
圖3A至3C是說明根據(jù)本發(fā)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(biāo)記30為根據(jù)本發(fā)明的扼流線圈，附圖標(biāo)記31為由高磁導(dǎo)率材料(例如鐵氧體材料)構(gòu)成的圓筒形磁心。附圖標(biāo)記32為在圓筒形磁心31的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上纏繞了許多圈的線圈，附圖標(biāo)記33是用于支撐圓筒形磁心31和線圈的支撐體，附圖標(biāo)記34為設(shè)置的氣隙，使得諸如鐵氧體等的高磁導(dǎo)率材料不飽和。此外，本發(fā)明中，霍爾元件H設(shè)置在氣隙34中。
作為霍爾元件H的磁感測(cè)膜，例如，采用具有高遷移率和良好感測(cè)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(jié)構(gòu)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(cè)膜之后，構(gòu)圖所需圖案，在磁感測(cè)膜上形成內(nèi)電極以允許電流流到諸如SiO2、SiN等的無機(jī)保護(hù)膜上，然后進(jìn)行切片、管芯接合和引線鍵合，并用樹脂連接線將該霍爾元件模鑄到電極上。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁控管驅(qū)動(dòng)器電源單元的結(jié)構(gòu)圖。
霍爾元件H的輸出信號(hào)傳輸?shù)椒聪嗥?61。此時(shí)，由于不必像傳統(tǒng)電源元件那樣提供用于檢測(cè)整流電路13的輸入電流的CT17，所以CT17被去掉。
通過以上描述，所采用的扼流線圈14利用相同的形狀獲得了與常規(guī)相同的電流檢測(cè)效果，并且不使用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(shè)置在印刷電路板80上的升壓變壓器20關(guān)系到目的在于使單元小型化的本發(fā)明，高頻損失小的鐵氧體磁心用于主磁心26，設(shè)置氣隙G以不飽和，且在初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23外圍面對(duì)氣隙布置難以飽和的小尺寸金屬磁心27。
圖4A至4D是詳細(xì)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(cè)視圖，圖4D是透視圖。圖中，附圖標(biāo)記20是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的升壓變壓器，附圖標(biāo)記21是初級(jí)線圈，附圖標(biāo)記22是次級(jí)線圈，附圖標(biāo)記23是加熱線圈。初級(jí)線圈21與次級(jí)線圈22相比線圈截面大且匝數(shù)小。加熱線圈23與次級(jí)線圈22相比匝數(shù)非常少，因此在圖中未示出。由于加熱線圈23可以由其它部件構(gòu)成，所以它在此處不是必要部件。附圖標(biāo)記26是條形鐵氧體磁心，且在此處采用矩形平行六面體形。初級(jí)線圈21、次級(jí)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?cè)诖判妮S向上堆疊布置。
附圖標(biāo)記27是本發(fā)明采用的金屬磁心，且通過多次(約10至40匝)呈矩形中空形地卷繞包括非晶硅鋼片等的長金屬薄片，并通過在每層之間絕緣來形成。在矩形中空形金屬磁心的內(nèi)徑中，使得一個(gè)內(nèi)徑(圖4C中金屬磁心27的左右方向的內(nèi)徑)比初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23的任何一個(gè)外徑大，并使得另一內(nèi)徑(圖4C中金屬磁心27的上下方向的內(nèi)徑)形成得比初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23三個(gè)線圈的堆疊長度大。
因此，圖中的金屬磁心27在初級(jí)線圈21、次級(jí)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(gè)線圈上，且面對(duì)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(jié)構(gòu)，高頻損失小的鐵氧體磁心用于主磁心，設(shè)置間隙以不飽和，且在初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23外圍面對(duì)間隙布置難以飽和的小尺寸金屬磁心，這樣的結(jié)構(gòu)使得與僅由鐵氧體磁心構(gòu)成的傳統(tǒng)升壓變壓器20′(圖7)相比非常有利于小型化。即，在傳統(tǒng)升壓變壓器20′中，鐵氧體磁心的布置在初級(jí)線圈21、次級(jí)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(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23之外的部分相同的橫截面面積構(gòu)成。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的升壓變壓器20中，由于是金屬磁心，所以磁心橫截面面積相比于鐵氧體磁心的部分做得非常小，于是磁心不凸伸到初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23之外(見圖2)。
此外，采用卷繞10至40匝的長金屬薄片，且渦流流動(dòng)方向處于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(dòng)，因?yàn)闇u流不在一個(gè)金屬薄片的橫截面中流動(dòng)，且一個(gè)金屬薄片的橫截面的電阻值大。因此，通過直到布置如上構(gòu)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(yōu)點(diǎn)的升壓變壓器。
圖5A至5D是顯示根據(jù)本發(fā)明的升壓變壓器的第二實(shí)施例的示圖，圖5A是主視圖，圖5B是平面圖，圖5C是側(cè)視圖，圖5D是透視圖。圖中，附圖標(biāo)記50是根據(jù)本發(fā)明的升壓變壓器的第二實(shí)施例。附圖標(biāo)記21是初級(jí)線圈，附圖標(biāo)記22是次級(jí)線圈，附圖標(biāo)記23是加熱線圈，它們與圖2中的相同。即，相比于次級(jí)線圈22，初級(jí)線圈21的線圈截面大，且匝數(shù)小。相比于次級(jí)線圈22，加熱線圈23的匝數(shù)非常少，因此圖中未示出。
于是，在根據(jù)本發(fā)明的升壓變壓器的第二實(shí)施例中，采用了柱形鐵氧體磁心56，初級(jí)線圈21、次級(jí)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制造。在矩形中空形金屬磁心的內(nèi)徑中，一個(gè)內(nèi)徑(圖5C中金屬磁心57的左右方向內(nèi)徑)形成得比初級(jí)線圈21、次級(jí)線圈22和加熱線圈23的任何一個(gè)外徑大，另一內(nèi)徑(圖5C中金屬磁心57的上下方向內(nèi)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，并面向鐵氧體磁心56的軸向端部布置得保持氣隙G，如圖5D所示。
通過以上結(jié)構(gòu)，由于將高頻損失小的鐵氧體磁心用作主磁心，設(shè)置氣隙以不飽和，還將難以飽和的小尺寸金屬布置在初級(jí)線圈21、次級(jí)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(gòu)成的傳統(tǒng)升壓變壓器20′(圖7)相比非常有利于小型化。
此外，疊壓10至40片金屬薄片27a，渦流流動(dòng)方向位于橫截層疊很多片的金屬薄片層的方向上。于是，渦流難以流動(dòng)，因?yàn)闇u流不在一個(gè)金屬薄片的橫截面中流動(dòng)，且一個(gè)金屬薄片的橫截面的電阻值大。
因此，通過直到布置如上構(gòu)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(yōu)點(diǎn)的升壓變壓器。
此外，由于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于制造。由于鐵氧體磁心56和金屬磁心57的相互面對(duì)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，從而變得易于設(shè)計(jì)耦合系數(shù)等。
再有，由于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(gè)線圈21、22和23的一部分，所以該結(jié)構(gòu)用作其機(jī)械保護(hù)。
圖2的根據(jù)本發(fā)明的散熱鰭片60直接設(shè)置在散熱鰭片上，而不使用封裝來對(duì)功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行散熱。圖6A至6C示出了將功率半導(dǎo)體元件直接安裝在散熱鰭片60上的三個(gè)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示出了通過沖孔銅板法的示例。
在通過引線鍵合方法的圖6A中，附圖標(biāo)記P1和P2是熱的半導(dǎo)體元件，例如前者是功率半導(dǎo)體元件，后者是反相器16中使用的半導(dǎo)體二極管(圖1)，兩者都是必需避免過熱的元件，因?yàn)樗鼈冏陨戆l(fā)熱。根據(jù)本發(fā)明，這些功率半導(dǎo)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(biāo)記68是設(shè)置在印刷電路板80上的接線端，附圖標(biāo)記67是連接功率半導(dǎo)體元件P1、半導(dǎo)體二極管P2和接線端68的導(dǎo)線，且虛線表示的復(fù)合部分C(功率半導(dǎo)體元件P1、半導(dǎo)體二極管P2、焊接部件62、接線端68和導(dǎo)線67)由樹脂模鑄。
通過該安裝方法，由于功率半導(dǎo)體元件P1和半導(dǎo)體二極管P2通過焊接62直接附著在散熱鰭片61上，所以熱并不如傳統(tǒng)散熱鰭片那樣通過導(dǎo)熱樹脂來散失。因此，熱導(dǎo)變好，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱鰭片61的尺寸減小。
由于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，由于功率半導(dǎo)體元件P1和半導(dǎo)體二極管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(biāo)記P1和P2是熱的半導(dǎo)體元件，諸如功率半導(dǎo)體元件，且根據(jù)本發(fā)明，這些功率半導(dǎo)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(biāo)記64是具有通孔的雙面板，且附圖標(biāo)記65是絕緣體。對(duì)于印刷電路板80，采用低成本的紙苯酚(paperphenol)。附圖標(biāo)記65是設(shè)置在功率半導(dǎo)體元件P1和P2的電極部分上的焊料凸點(diǎn)。
由于功率半導(dǎo)體元件P1和半導(dǎo)體二極管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?yàn)闊岵⒉蝗鐐鹘y(tǒng)散熱鰭片那樣通過導(dǎo)熱樹脂來散失。由于功率半導(dǎo)體元件P1和P2通過通孔64和設(shè)置在功率半導(dǎo)體元件P1和P2上的凸點(diǎn)65相反側(cè)的接線端66來連接至印刷電路板80，所以功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路可以接近電路板。因此，理想的驅(qū)動(dòng)得以進(jìn)行，不再具有驅(qū)動(dòng)電路的寄生電感和電阻成分，從而轉(zhuǎn)換散失和噪聲得以降低。
此外，通過如圖6A的引線鍵合法繪制引線67的工作得以省去，使得組裝變得快速。
在通過沖孔銅板方法(punching copper plate method)的圖6C中，附圖標(biāo)記P1和P2是熱的半導(dǎo)體元件，諸如功率半導(dǎo)體元件，且根據(jù)本發(fā)明，這些功率半導(dǎo)體元件P1和P2等在布置在沖孔銅板69上的狀態(tài)下直接通過焊接62部分地附著在散熱鰭片61上。附圖標(biāo)記66是類似地利用沖孔銅板而電連接至印刷電路板80的接線端。通過虛線所示的復(fù)合部分C，功率半導(dǎo)體元件P1、半導(dǎo)體二極管P2、焊接部件62、接線端66和沖孔銅板69以樹脂來模鑄。
由于功率半導(dǎo)體元件P1和半導(dǎo)體二極管P2通過該安裝方法，經(jīng)由沖孔銅板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?yàn)闊岵⒉蝗鐐鹘y(tǒng)散熱鰭片那樣通過導(dǎo)熱樹脂來散失。由于沖孔銅板69自身具有熱沉的作用，所以散熱效率好。由于功率半導(dǎo)體元件P1和P2通過沖孔銅板69和接線端66連接到印刷電路板80，所以通過如圖6A的引線鍵合法繪制引線67的工作得以省去，使得組裝變快。
此外，由于不需要雙面板，所以成本降低。由于通過利用沖孔銅板而在導(dǎo)體的厚度方向上具有自由度，所以整個(gè)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(fā)明的磁控管驅(qū)動(dòng)器電源單元的例子。然而，驅(qū)動(dòng)器電源不限于此，它可以是利用扼流線圈、功率元件、升壓變壓器等進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)換并升壓的任何類型的電源。
本發(fā)明已經(jīng)參照特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)解釋。但是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯然的是，在不脫離本發(fā)明的精髓和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明作各種改變或修改。
本申請(qǐng)基于2002年3月12日提交的第2002-67105號(hào)日本專利申請(qǐng)，并且其內(nèi)容在此處得以參考和引用。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明，用于電爐的電源單元在板上提供了整流電路、設(shè)置在整流電路輸出側(cè)的扼流線圈、通過功率半導(dǎo)體元件的切換將直流電流轉(zhuǎn)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(shè)置霍爾元件。功率半導(dǎo)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(qū)動(dòng)器升壓變壓器，其中初級(jí)線圈和次級(jí)線圈分別圍繞條形磁心。通過在從初級(jí)線圈和次級(jí)線圈外圍安裝到條形鐵氧體磁心上的狀態(tài)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(cè)電流成為可能。通過制造這樣的升壓變壓器，并通過形成功率半導(dǎo)體元件的冷卻效率的小尺寸散熱鰭片，用于電爐的電源單元得以小型化、輕量化，且成本降低。
權(quán)利要求
1.一種用于電爐的電源單元，包括一整流電路；一扼流線圈，其設(shè)置在整流電路的輸出側(cè)，且在磁心部分具有氣隙；一反相器，其用于通過功率半導(dǎo)體元件的切換來將直流電流轉(zhuǎn)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(shè)置在該扼流線圈的氣隙中的一霍爾元件。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電爐的電源單元，其中，霍爾元件的輸出信號(hào)被傳輸至所述反相器控制電路。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電爐的電源單元，還包括用于對(duì)該板上設(shè)置的所述功率半導(dǎo)體元件的熱量進(jìn)行散失的散熱鰭片，其中，所述功率半導(dǎo)體元件通過焊接直接附著在所述散熱鰭片上。
4.如權(quán)利要求1所述的用于電爐的電源單元，還包括用于對(duì)該板上設(shè)置的所述功率半導(dǎo)體元件的熱量進(jìn)行散失的散熱鰭片，其中，所述功率半導(dǎo)體元件借助焊接，通過沖孔銅板直接附著在所述散熱鰭片上。
5.如權(quán)利要求1所述的用于電爐的電源單元，其中，所述升壓變壓器為磁控管驅(qū)動(dòng)器升壓變壓器，包括條形鐵氧體磁心；設(shè)置成圍繞所述條形鐵氧體磁心的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈；矩形中空形磁心，其設(shè)置成從所述初級(jí)線圈和次級(jí)線圈外圍面對(duì)所述條形鐵氧體磁心，并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(quán)利要求1所述的用于電爐的電源單元，其中，所述升壓變壓器為磁控管驅(qū)動(dòng)器升壓變壓器，包括條形鐵氧體磁心；設(shè)置成圍繞所述條形鐵氧體磁心的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈；矩形中空形磁心，其設(shè)置成從所述初級(jí)線圈和次級(jí)線圈外圍面對(duì)所述條形鐵氧體磁心，并在所述條形鐵氧體磁心和所述矩形中空形磁心內(nèi)側(cè)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(dǎo)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(jí)線圈(21)和次級(jí)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(cè)的內(nèi)徑比初級(jí)線圈(21)和次級(jí)線圈(22)兩者的外徑大，且矩形中空形狀另一側(cè)的內(nèi)徑比初級(jí)線圈(21)和次級(jí)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(shè)置得具有氣隙(G)。
文檔編號(hào)H05B6/66GK1484884SQ02803024
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月12日
發(fā)明者三原誠, 安井健治, 治, 北泉武 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社