本發(fā)明大致涉及一種電路連接器，尤其涉及一種用于電源轉(zhuǎn)換器的母線。

背景技術：

現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換器與多種電子元件相結(jié)合，將來自電源的能量轉(zhuǎn)換為負載所需的可用電能。在電能轉(zhuǎn)換過程中，這些電子元件中有一些可能會將諧和激勵(harmonic excitations)引入到電路連接器和電容器之間的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中。為了避免在轉(zhuǎn)換器內(nèi)產(chǎn)生潛在地具有破壞性的共振，需要通過電阻抑制連接器和電容器對于這些激勵的響應(阻尼過程)。然而，阻尼過程常常產(chǎn)生的大量的熱量，這成為另一個損壞轉(zhuǎn)換器的潛在原因。因而阻尼過程往往伴隨冷卻操作，需要額外的冷卻設備。對電源轉(zhuǎn)換器的阻尼和冷卻既增加了成本，又降低了轉(zhuǎn)換器的效率。這些措施還會犧牲轉(zhuǎn)換器的功率密度，特別是在需要進行液體冷卻的時候。

因此，需要一種適用于電源轉(zhuǎn)換器或其他電子系統(tǒng)的元件，能夠提供適當?shù)南到y(tǒng)阻尼，還能增加效率，降低熱量的產(chǎn)生。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個示例性的實施例，一種電路連接器包括主體、穿過該主體的第一電通路和第二電通路。其中，所述第一電通路具有對應第一頻率范圍內(nèi)的電流的第一電阻，所述第二電通路具有對應第二頻率范圍內(nèi)的電流的第二電阻。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的實施例，一種電源轉(zhuǎn)換器包括輸入段、輸出段、以及位于所述輸入段和輸出段之間的連接器。所述輸入段用于接收交流 或直流電。所述輸出段用于輸出交流或直流電。所述連接器包括主體、穿過該主體的第一電通路和第二電通路，其中，所述第一電通路具有對應第一頻率范圍內(nèi)的電流的第一電阻，所述第二電通路具有對應第二頻率范圍內(nèi)的電流的第二電阻。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的實施例，一種將電流通過電源轉(zhuǎn)換器的母線的方法，其包括將第一頻率范圍內(nèi)的電流通過所述母線的具有第一電阻的第一層，并且將第二頻率范圍內(nèi)的電流通過所述母線的具有第二電阻的第二層。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性的實施例的電路連接器的立體圖。

圖2是圖1所示的電路連接器的橫截面圖。

圖3是一種電源轉(zhuǎn)換器的原理圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性的實施例的電路連接器的橫截面圖。

圖5顯示了傳統(tǒng)的母線、鋼制電阻器、以及圖2所示的電路連接器的掃頻測試結(jié)果。

圖6顯示了傳統(tǒng)的母線相較于與圖4所示的電路連接器串聯(lián)的母線的轉(zhuǎn)換器熱力試驗結(jié)果。

圖7顯示了根據(jù)一個示例性的實施例的方法。

圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性的實施例的電路連接器；及

圖9顯示了圖8所示的電路連接器的橫截面圖。

具體實施方式

為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本發(fā)明所要求保護的主題，下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例。在以下對這些具體實施例的詳細 描述中，本說明書對一些公知的功能或構(gòu)造不做詳細描述以避免不必要的細節(jié)而影響到本發(fā)明的披露。

除非另作定義，本權利要求書和說明書中所使用的技術術語或者科學術語應當為本發(fā)明所屬技術領域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權利要求書中所使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺熬哂小钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“具有”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。

本說明書中的“實施例”是指與該實施例相關的特定特征、結(jié)構(gòu)或性能包含在本文所描述的至少一個實施例中，因此，出現(xiàn)在本說明書中不同地方的表述“實施例”并不都指同一個實施例。一個或多個實施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或性能可以通過任何合適的方式進行組合。

圖1和圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個示例性的具體實施例的電路連接器14。其中，電路連接器14屆定了一個具有矩形截面的長形主體20，長形主體20包括內(nèi)層22和兩個外層28和32。

內(nèi)層22由第一導電材料，例如金屬或金屬合金制成。外層28和32由第二導電材料，例如金屬或金屬合金制成。其中，內(nèi)層22的材料的導電性高于外層28和32的材料的導電性。所述層22、28和32在主體20的兩端16和18電連接，從而使得進入主體20的電流可以遷移至、層22、28和32中的任意一個中。所述層22、28和32還可沿層之間的界面24和26電連接，從而實現(xiàn)電流跨越層22、28和32的進一步遷移和控制。

從圖1和圖2中能夠理解的是，連接器14在縱向末端16和18之間形成 有至少兩條電通路。具體地，第一電通路形成于內(nèi)層22的第一材料，第二電通路形成于外層28和32的第二材料。

雖然所述層22、28和32提供了兩條電通路，但層22、28和32在其末端16和18的導電性和電互相聯(lián)接使得主體20與傳統(tǒng)單一材料導體類似。具體地，流經(jīng)主體20的電流的較高頻率部分可能會由于集膚效應產(chǎn)生遷移，由內(nèi)層22遷移至外層28和32。

此外，穿過主體20的高頻率電流分量會在各外層28和32中引發(fā)電感。例如，參照圖4，每個第一主體320和第二主體340的電感可以用于進一步促使電流的較高頻率部分，基于鄰近效應，向?qū)?28、332、348和352的外表面遷移。因此，減少第一主體320和第二主體340之間距離會導致外層328、332、348和352內(nèi)高頻率電流的集膚深度相對應地減少。

除了根據(jù)頻率控制電流的集膚效應和集膚深度，所述層22、28和32中的每一個還可以設置成具有不同的材料、幾何尺寸、電阻率和導磁率，以控制或處理從主體20的末端16至末端18的縱向電流。

特別地，電路連接器14的每一層可以設置來提供一特定頻率的電阻。如上所述，集膚效應和鄰近效應往往會促使電流的較高頻率部分向?qū)?8和32的外表面方向位移。因此，可以將層28和32設置為，例如，具有較高電阻，從而使得高于某一預設值的電流可以通過層28和32相對自由地從末端16流到末端18。更具體地，可設置層28和32的材料、幾何尺寸(長、寬和高)、電阻率和導磁率，使得預選頻率范圍內(nèi)的幾乎所有電流在層28和32中流動。層28和32還可設置來提供一個針對該電流的電阻，或者設置來讓該電流相對自由地從其中通過主體20。相似地，也可設置層22的材料、幾何尺寸(長、寬和高)、電阻率和導磁率，使得一個較低的預選頻率范圍內(nèi)的幾乎所有電流在層22中流動。層22還可設置來提供一個針對該電流的電阻，或者設置來讓該電路相對自由地從其中通過過主體20。層28和32的預選頻率范圍和層22的預選頻率范圍可能會相互重疊，為主體20提供一個整體電阻，該整體 電阻可能會與頻率以一種可預知的方式相關，例如線性相關。

通過每一層22、28和32的矩形截面設置，可增強連接器14的多項功能，在電流流經(jīng)連接器14時，矩形截面為優(yōu)化集膚效應、集膚深度和鄰近效應提供了充足的表面面積，同時矩形截面的層具有較小的體積，有助于減少材料的使用量。此外，在一些實施例中，分層22、28和32之間的界面包括氣隙，可以很容易地通過多種工藝對連接器14進行制造或者組裝，而無需擔心沿界面24和26是否保持電連接。將第二層28和第三層32連接至第一層22的示例性方法包括涂層、粘附、焊接、銅焊或釬焊等化學方法以及夾鉗、卡扣或捆扎等機械方法。

所述電路連接器14在電源轉(zhuǎn)換器中可能具有特別的優(yōu)勢。圖3顯示了一種電源轉(zhuǎn)換器電路100的示意圖。電源轉(zhuǎn)換器電路100包括輸入段101和輸出段102，其中，輸入段101可以接收來自交流電源103的固定頻率的交流電流，輸出段102可以為交流負載104提供可變頻率的交流電流。輸入段101可包括三相整流器(未圖示)，輸出段102可包括六相橋臂，該六相橋臂有金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBTs)、集成門極換向晶閘管(IGCTs)和/或其他任何適合脈沖寬度調(diào)制的功率元件。

輸入段101通過第一和第二直流母線106和108連接到輸出段102。第一和第二電容器橋臂110和112在第一和第二直流母線106和108之間延伸，并且包括電容器組114和116。

在運行中，電源轉(zhuǎn)換器100中的電流環(huán)130由第一電容器橋臂110、第一母線106、第二電容器橋臂112和第二母線108組成。每個母線106和108可以作為感應器132和134，并假設每個母線提供一個平衡的電感，可以說具有電感1/2L。類似地，第一和第二電容器組114和116可以說每個具有電容1/2C。因此，電流環(huán)130形成的系列LC電路具有電感L和電容C，并且電源轉(zhuǎn)換器100內(nèi)LC電路的共振頻率可以通過如下方程式計算：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

在運行中，電源轉(zhuǎn)換器100的第一段101中的上述元件生成的脈沖寬度調(diào)制信號會生成等于或者接近共振頻率的電流振蕩。為了避免電源轉(zhuǎn)換器100的共振引起的潛在破壞，可以為電源轉(zhuǎn)換器100安裝一對電阻器140和142，從而形成平衡的RLC電路，其中每個電阻器的電阻為1/2R。將電阻器132和134包含在電流環(huán)130中使得等于或者接近共振頻率的電流振蕩被阻尼，從而避免了損壞電源轉(zhuǎn)換器。

對于具有高共振頻率的系統(tǒng)，一般母線所具有的固有電阻可以為其提供足夠的阻尼。然而，在需要添加額外的顯式阻尼電阻器(explicit damping resistors)時，母線106和108可具有足夠的長度。例如，第一段和第二段101和102可以分別位于兩個分開的機柜中。

當然，通過將高電阻導體，例如不銹鋼包含在內(nèi)，使其與每個母線串聯(lián)，可以使電流環(huán)實現(xiàn)較大的阻尼電阻。然而，隨著功率級的增長和母線長度的增加，來自阻尼電阻的能量損失變得明顯。而且，如前文所述，這些以熱量形式表現(xiàn)的能量損失需要大量的空間，用以確保足夠多的熱量從熱敏感元件處轉(zhuǎn)移。例如，如前文所述，一些電源轉(zhuǎn)換器為了在連續(xù)高負載運轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)足夠的熱量轉(zhuǎn)移能力，可能要配備液體冷卻裝置。除了處理來自高電阻導體的熱量所面臨的困難，阻尼電阻器還有可能干擾優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器運轉(zhuǎn)所需的低頻電流的傳導。

為了減少和盡量避免這類冷卻裝置的需求，同時也為了促進低頻率電流的輸送，根據(jù)本發(fā)明實施例的連接器可以串聯(lián)于每個母線106和108，為頻率在或接近電源轉(zhuǎn)化器100的共振頻率f的電流提供電阻，同時允許其余的較低頻率的電流相對暢通的通過。

圖4顯示了雙導體連接器314的一個具體實施例，其適用于電源轉(zhuǎn)化器，例如圖3所示的電源轉(zhuǎn)化器100。連接器314包括被絕緣體310隔開的第一和第二主體320和340。主體320包括內(nèi)層322和與內(nèi)層322電連接的一對外層328和340。主體340包括內(nèi)層342和與內(nèi)層342電連接的一對外層348 和352。以下將會進一步描述，主體320和340固定于絕緣體310上，形成連接器314。

電主體320可以通過將外層328和332緊壓在內(nèi)層322上，并將層328、332和322于末端316和318緊扣在一起形成。電主體340可以通過將外層348和352緊壓在內(nèi)層342上，并將層348、352和342于末端316和318緊扣在一起形成。其后，將電主體320和340通過粘貼，緊扣或以其他方式固定于絕緣體310。

原型連接器314設置有鋼制的外層328、332、348和352和銅制的內(nèi)層332和342。鋼材的高導磁率使得高頻率電流集中到位于主體320的外層328和332和主體340的外層348和352中的一個非常薄的集膚深度。另外，因為鋼的電阻率在數(shù)量級上大約是銅的10倍，連接器314可以設置來對頻率處在或接近電源轉(zhuǎn)換器100的共振頻率的高頻率電流提供阻尼電阻。主體320或340內(nèi)的銅制層322或342使得低頻率電流相對無障礙的通過轉(zhuǎn)換器314。

圖5顯示了傳統(tǒng)銅制母線、鋼制電阻器和根據(jù)圖2所示的實施例的電路連接器的掃頻測試對比結(jié)果。由圖5可知，傳統(tǒng)銅制母線的有效電阻在整個測試頻率譜中一直維持在1.0微歐姆(micro-Ohms)以下。鋼制電阻器的有效電阻在初始時相對穩(wěn)定，在400到1000赫茲(Hz)之間時，其有效電阻大約為2.8微歐姆，在頻率通過7000Hz后，其有效電阻增加。與此相反，根據(jù)圖4所示的實施例的電路連接器的有效電阻從大約350Hz時的0.5微歐姆到大約7000Hz時的4.5微歐姆相對線性增長。同時，根據(jù)圖2所示的實施例的電路連接器，在整個測試頻率譜中，其電阻值位于銅制母線電阻和鋼制電阻器電阻之間。圖6顯示了包含連接器314的母線和傳統(tǒng)母線之間的功率損耗比較測試的結(jié)果。需要指出的是，對于接近大約7千赫共振頻率的電流，包含連接器314的母線和傳統(tǒng)母線的電阻相同，均為大約3.7微歐姆。然而，對于流經(jīng)各內(nèi)層322和342的低頻率電流或直流電流，包含連接器314的母線具有減小的電阻，約為90微歐姆，而傳統(tǒng)母線的電阻約為3.7毫歐姆 (milli-Ohms)(大約40:1的比例)。對于流經(jīng)包含連接器314的母線的低頻率電流或直流電流，減少的電阻實現(xiàn)了減少功率消耗的目的，其在母線的陽極實現(xiàn)了1110瓦特的節(jié)約，在母線的陰極實現(xiàn)了760瓦特的節(jié)約，總平均熱負荷減少大約60％。除了降低了能源成本，這一在效率上的提升使得體積較小的熱量轉(zhuǎn)移裝置的安裝成為可能，有助于進一步降低裝置成本，增加安全性，并且提高電源轉(zhuǎn)換器的可靠性。

通過圖4所示的三層結(jié)構(gòu)，可進一步促進電流在連接器中的流動。具體地，第一主體320的雜散電感可以抵消或以其他方式與第二主體340的雜散電感相互作用，使得母線結(jié)構(gòu)的諧振頻率被推離電源轉(zhuǎn)換器100的諧振頻率。因此，連接器314可有力地減少需要阻尼電阻的電流總部分。

相應地，如圖7所示，本發(fā)明提供了一種將電流通過電源轉(zhuǎn)換器的母線的方法100，其可包括在步驟1002中將第一頻率范圍內(nèi)的電流通過母線的具有第一電阻的第一層，在步驟1004中將第二頻率范圍內(nèi)的電流通過母線的具有第二電阻的第二層和第三層中的至少一個。其中所述第二頻率范圍內(nèi)的電流可以同時通過所述母線的第二層和第三層。在一些實施例中，方法100還包括在所述第二層和第三層中的一個中產(chǎn)生電感，以促使所述第二層和第三層中的另一個中的電流遠離所述第一層。如上所述，所述第一電阻可小于所述第二電阻。所述第一頻率范圍可小于所述第二頻率范圍，或者與所述第二頻率范圍有重疊。所述第二層和第三層可分別連接到所述第一層的相對的第一側(cè)和第二側(cè)。所述第一層可包括銅，所述第二和第三層可包括鋼。所述第一層、第二層和第三層可具有矩形截面。

在圖1-4的具體實施例中，每一個電主體都具有矩形截面和三個層。然而，根據(jù)本發(fā)明的電主體可具有其他橫斷面形狀，例如，連接器可能具有圓形的或多邊形的橫截面。此外，電主體可具有少于三個層或者多于三個層的結(jié)構(gòu)。例如，具有圓形橫截面形狀的電主體的最內(nèi)層可能具有空心的或?qū)嵭牡臋M截面形狀，而其一個或多個外層可能具有環(huán)形的輪廓。同樣，每一個層 可以具有不同的橫截面輪廓，例如，外層可以是多邊形的或是多面形的橫截面，而內(nèi)層可以是圓形的或非多面形的橫截面輪廓。

圖8和9顯示了包含銅制實心內(nèi)層422和鐵制外層428的圓柱形電路連接器414的一個示例性的具體實施例。圓柱形電路連接器414的每端包括一個螺紋孔52。連接器414可通過具有定位墊圈58和防松墊圈62的螺紋緊固件56固定于一對支架54。圓柱體連接器414和支架54的設置使得連接器414可以很方便地用具有不同特征的連接器替換。

雖然結(jié)合特定的具體實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。