CN101795064B - 一种基于iegt的功率相模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于IEGT的功率单元相模块，包括两个IEGT器件，每个IEGT器件均并联有续流二极管，两个IEGT器件串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路。该相模块的电气结构外部为密闭箱体，绝缘隔板将密封箱体内部分隔成上、下两个空间，IEGT单元与二极管单元分别设置在绝缘隔板上、下空间内形成双层结构。本发明的有益效果是：1)功率密度大；2)运用可靠性高；3)安装维护方便；4)模块化设计可以方便地自由组合，广泛应用在多种电力电子装置中。

Description

一种基于IEGT的功率相模块
技术领域
本发明涉及一种以IEGT为核心器件的大功率电力电子变换器领域的功率相模块。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于变流系统如高压变频器、高压静止无功发生器、机车车辆牵引变流器、风力发电变流器、轻型直流输电等领域。
IEGT是耐压达4kV以上的IGBT系列电力电子器件，通过采取增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了飞跃性的发展。IEGT具有作为MOS系列电力电子器件的潜在发展前景，具有低损耗、高速动作、高耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及采用沟槽结构和多芯片并联而自均流的特性，使其在进一步扩大电流容量方面颇具潜力。
IEGT的封装方式为双面散热形式，比单面散热的IGBT散热效果更好，相模块体积更小，因为电力电子器件组成的功率模块的结构涉及范围较广，包括电力电子器件的安装、散热、电磁兼容、高压绝缘配合等多方面的技术，因此目前IEGT电力电子器件的安装普遍存在距离松散，器件裸露，不利于绝缘，水冷循环为串联式，不利于功率模块的维护和更换等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于IEGT的功率相模块，采用封闭安装、水冷散热技术，满足IEGT的功率相模块的安装、散热、电磁兼容、高压绝缘、模块化设计等相关要求。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于IEGT的功率相模块，包括两个IEGT器件，每个IEGT器件均并联有续流二极管，两个IEGT器件串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路。
所述的缓冲吸收电路包括电感、电阻、二极管及电容，二极管正极端与电感相连，二极管负极端与电阻相连，电阻与电感相连；二极管的负极端还连接电容，电容另一端与负母排相连接。所述的电感为两个电感串联。所述的IEGT器件还可为PP IGBT器件。
该相模块的机械结构包括密闭箱体及内部结构，密闭箱体包括框架、快速插接背板、前面板，内部结构包括IEGT单元、二极管单元、上分水器、下分水器、绝缘隔板；绝缘隔板将密封箱体内部分隔成上、下两个空间，IEGT单元与二极管单元分别设置在绝缘隔板上、下空间内形成双层结构，上分水器与下分水器分别设置在上、下空间内，上分水器与下分水器上分别设有水冷快速接头，上分水器与下分水器还与IEGT单元与二极管单元上的散热器通过水管相连，前面板上设置有输出母排、驱动单元和拉手，输入母排设置在快速插接背板上，快速插接背板上设有两个导柱。
所述的IEGT单元由蝶簧、绝缘片、水冷缓冲电感、水冷散热器和IEGT器件同轴压装在一起构成。
所述的水冷缓冲电感由多个串接的铁氧体磁环、金属管和水冷圆盘接头组成。
所述的二极管单元由蝶簧、绝缘片、压装式电阻、水冷散热器和二极管器件同轴压装在一起构成。
所述的基于IEGT的功率相模块可应用于高压变频器、高压静止无功发生器、机车车辆牵引变流器、风力发电变流器、轻型直流输电领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)功率密度大；IEGT单元与二极管单元通过绝缘的隔板分开，使相单元的结构非常紧凑，减小功率柜的体积。
2)运用可靠性高；相模块外部为密闭结构，保证了半导体功率器件在密封、洁净的环境下工作，极大地提高了相模块的运行可靠性。
3)安装维护方便；输入母排固定在快速插接背板上，快速插接背板上还设有导柱，可以实现与其它部件的端口快速插拔，方便维护并且不需在柜后操作；上、下分水器上设计快速接头，实现冷却水的无滴漏快速接入和分断，维护方便。
4)选用的箝位型缓冲吸收电路可以有效的抑制尖峰电压和电流，即有效阻止高dv/dt与di/dt，大大缓减器件在电路中承受的电应力，降低器件的开关损耗、避免器件的二次击穿和抑制电磁干扰，从而提高电路的可靠性。
5)模块化设计可以方便地自由组合，广泛应用在多种电力电子装置中。
附图说明
图1是相模块的电气结构图；
图2是本发明的机械结构主视图；
图3是本发明的机械结构俯视图；
图4是本发明的机械结构左视图；
图5是图2除去前面板后的机械结构示意图。
图中：1-拉手 2-输出母排 3-驱动单元 4-前面板 5-框架 6-导柱 7-快速插接背板 8-输入母排 9-蝶簧 10-水冷快速接头 11-上分水器 12-水冷缓冲电感 13-IEGT单元 14-二极管单元 15-绝缘隔板 16-下分水器 17-绝缘片 18-水冷圆盘接头 19-水冷散热器 20-二极管器件 21-压装式电阻 22-IEGT器件 23-金属管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1，一种基于IEGT的功率相模块，包括开关器件IEGT1和开关器件IEGT2，开关器件IEGT1并联有续流二极管D1，开关器件IEGT2并联有续流二极管D2，开关器件IEGT1和开关器件IEGT2串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路。
缓冲吸收电路包括两个串联的电感L1、L2、电阻R、二极管D3及电容C，二极管D3正极端与电感L2相连，二极管D3负极端与电阻R相连，电阻R与电感L1相连；二极管D3的负极端还连接电容C，电容C另一端与负母排相连接。上述的IEGT器件还可为PP IGBT器件。
见图2、图3、图4，基于IEGT的功率相模块，该相模块的机械结构包括密闭箱体及内部结构，密闭箱体包括框架5、快速插接背板7、前面板4，内部结构包括IEGT单元13、二极管单元14、上分水器11、下分水器16、绝缘隔板15；绝缘隔板将密闭箱体内部分隔成上、下两个空间，IEGT单元13与二极管单元14分别设置在绝缘隔板15上、下空间内形成双层结构，上分水器11与下分水器16分别设置在框架5上部和下部，上分水器11与下分水器16上分别设有水冷快速接头10，实现冷却水的快速接入和分断，上分水器11与下分水器16还与IEGT单元13与二极管单元14上的散热器通过水管相连，前面板4上设置有输出母排2、驱动单元3和拉手1，方便相模块安装与维护，输入母排8设置在快速插接背板7上，快速插接背板7上还设有两个导柱6，可以实现与其它部件的端口快速、准确的插拔。
见图5，IEGT单元13包括蝶簧9、绝缘片17、水冷散热器19、IEGT器件22，两个IEGT器件22、水冷缓冲电感12的水冷圆盘接头18、水冷散热器19通过蝶簧9和绝缘片17依次压装在两侧框架5之间；二极管单元14由三个二极管器件20、压装式电阻21及水冷散热器19通过蝶簧9和绝缘片17依次压装在两侧框架5之间，水冷缓冲电感12由多个串接的铁氧体磁环、金属管23和水冷圆盘接头18组成。
蝶簧9可以减小IEGT器件22及二极管器件20的侧面和水冷散热器19之间的接触热阻和接触电阻，达到良好的散热效果，从而满足IGET及二极管的安装要求。
本发明的主要优点是：1)功率密度大；IEGT单元与二极管单元通过绝缘的隔板分开，使相单元的结构非常紧凑，减小功率柜的体积。2)运用可靠性高；相模块外部为密闭结构，保证了半导体功率器件在密封、洁净的环境下工作，极大地提高了相模块的运行可靠性。3)安装维护方便；输入母排固定在快速插接背板上，快速插接背板上还设有导柱，可以实现与其它部件的端口快速插拔，方便维护并且不需在柜后操作；上、下分水器上设计快速接头，实现冷却水的无滴漏快速接入和分断，维护方便。4)选用的箝位型缓冲吸收电路可以有效的抑制尖峰电压和电流，即有效阻止高dv/dt与di/dt，大大缓减器件在电路中承受的电应力，降低器件的开关损耗、避免器件的二次击穿和抑制电磁干扰，从而提高电路的可靠性。5)模块化设计可以方便地自由组合，广泛应用在多种电力电子装置中。

Claims (4)

1.一种基于IEGT的功率相模块，相模块包括两个IEGT器件，每个IEGT器件均并联有续流二极管，两个IEGT器件串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路；其特征在于，该相模块的机械结构包括密闭箱体及内部结构，密闭箱体包括框架、快速插接背板、前面板，内部结构包括IEGT单元、二极管单元、上分水器、下分水器、绝缘隔板；绝缘隔板将密闭箱体内部分隔成上、下两个空间，IEGT单元与二极管单元分别设置在绝缘隔板上、下空间内形成双层结构，上分水器与下分水器分别设置在上、下空间内，上分水器与下分水器上分别设有水冷快速接头，上分水器与下分水器还与IEGT单元与二极管单元上的散热器通过水管相连，前面板上设置有输出母排、驱动单元和拉手，输入母排设置在快速插接背板上，快速插接背板上设有两个导柱。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEGT的功率相模块，其特征在于，所述的IEGT单元由蝶簧、绝缘片、水冷缓冲电感、水冷散热器和IEGT器件同轴压装在一起构成。
3.根据权利要求2所述的一种基于IEGT的功率相模块，其特征在于，所述的水冷缓冲电感由多个串接的铁氧体磁环、金属管和水冷圆盘接头组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于IEGT的功率相模块，其特征在于，所述的二极管单元由蝶簧、绝缘片、压装式电阻、水冷散热器和二极管器件同轴压装在一起构成。
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