CN102237779A - 充电功率装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电功率装置，包括散热器，以及设置在散热器上的斩波单元和整流单元；斩波单元包括支撑电容、IGBT、IGBT驱动板和第一吸收电路，整流单元包括整流二极管和第二吸收电路，散热器上还包括用于电气连接支撑电容、IGBT、IGBT驱动板和第一吸收电路的复合母排；散热器的端部还设置有数个电气连接端子，复合母排、IGBT的公共端、整流二极管和第二吸收电路的对外连接端子与数个电气连接端子电连接。本发明提供充电功率装置降低了主电路杂感，降低了充电功率装置主电路的开关尖峰电压，可以提高充电功率装置的可靠性，降低故障率，从而节省部件维修成本。

Description

充电功率装置

技术领域

本发明涉及一种充电功率装置，尤其涉及一种带复合母排的模块化列车用的充电功率装置。

背景技术

充电功率装置是列车辅助直流供电环节的核心部件，其作为列车上不可缺少的电源部件，随着铁路行业的快速发展得到了广泛应用。随着计算机技术、半导体驱动技术的突飞猛进，充电功率装置也向着高频小型化、智能化和高可靠性的方向发展。为了节省维护成本和提高维护效率，需要提高充电功率装置的可靠性和模块化。

现有技术中充电功率装置的主电路各器件之间是采用电缆或普通铜排连接的，由于电缆和普通铜排的杂散电感较大，在主电路中大功率变频电源功率器件的开关过程中，因受支撑电容至绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor；以下简称：IGBT)器件之间的直流母线上的寄生电感和IGBT器件自身电感的影响，IGBT器件上将会产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压会使主电路各器件过热，产生一定的冲击，影响器件的使用寿命，甚至有时会使IGBT器件失控并超过额定安全工作区而损坏，从而降低了充电功率装置的可靠性。还有由于使用了大量的电缆或普通铜排，将使整个主电路结构臃肿，占用较大的空间。

另外，由于充电功率装置包括了实现电力变换的主要功率器件，如IGBT、整流二极管和吸收电路等。与变压器、输入输出滤波等功能部件相比，充电功率装置因长期工作在高频开关状态的工作特性，故障率较高。现有技术中充电功率装置与变压器、输入输出滤波等部件安装在同一散热器或框架上，充电功率装置不可单独拆分，维修和更换烦琐费时，而且维修后的可靠性也较低。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种充电功率装置，以实现降低开关尖峰电压，提高充电功率装置的工作可靠性。

本发明提供一种充电功率装置，包括散热器，以及设置在所述散热器上的斩波单元和整流单元；所述斩波单元包括支撑电容、IGBT、IGBT驱动板和第一吸收电路，所述整流单元包括整流二极管和第二吸收电路，所述散热器上还包括用于电气连接所述支撑电容、所述IGBT、所述IGBT驱动板和所述第一吸收电路的复合母排；所述散热器的端部还设置有数个电气连接端子，所述复合母排、所述IGBT的公共端、所述整流二极管和第二吸收电路的对外连接端子与所述数个电气连接端子电连接。

如上所述的充电功率装置，其中，所述IGBT和所述整流二极管贴附设置在所述散热器上，所述复合母排贴附设置在所述IGBT上，所述支撑电容、所述IGBT驱动板以及所述第一吸收电路中的吸收电容、吸收电阻设置在所述复合母排上。

如上所述的充电功率装置，其中，所述复合母排与所述支撑电容和所述IGBT对应连接的位置上，设置有过孔；所述复合母排与所述第一吸收电路中各器件对应连接的位置上，设置有接线端子。

如上所述的充电功率装置，其中，所述过孔中设置有金属垫块。

如上所述的充电功率装置，其中，所述复合母排由多层紫铜板叠压而成，且所述紫铜板之间设置有绝缘材料，所述复合母排的外表面设置有聚酯薄膜。

如上所述的充电功率装置，其中，所述散热器上还设置有用于保护所述IGBT驱动板的盖板。

如上所述的充电功率装置，其中，所述散热器上还设置有用于固定连接所述支撑电容的绝缘板。

如上所述的充电功率装置，其中，所述散热器上还设置有用于检测所述充电功率装置温度的温敏继电器。

如上所述的充电功率装置，其中，所述散热器上还设置有对外连接器。

如上所述的充电功率装置，其中，所述散热器的四个端部还分别设置有一个用于固定所述充电功率装置的螺栓。

本发明提供充电功率装置中使用了低感的复合母排，将IGBT、直流回路支撑电容、主回路吸收电容等器件电性连接起来，并提供主回路对外电气连接端子，降低了主电路杂感，降低了充电功率装置主电路的开关尖峰电压，可以提高充电功率装置的可靠性，降低故障率，从而节省部件维修成本。而且，通过层叠状的模块化设计，层叠状结构可以节省30％以上空间，模块化设计又提高了维修效率，进而提高列车的利用率，节省运营成本。

附图说明

图1A为本发明实施例充电功率装置主电路中斩波单元的组成示意图；

图1B为本发明实施例充电功率装置主电路中整流单元的组成示意图；

图2为本发明实施例复合母排结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图3的侧视图；

图5为图3的俯视图；

图6为图3中A-A方向剖视图；

图7为本发明实施例充电功率装置结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图7的侧视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例针对现有技术中充电功率装置的主电路各器件之间采用电缆或普通铜排连接，因电缆和普通铜排的杂散电感较大，而造成功率器件容易损坏，电路可靠性差、效率低等缺陷，提供一种带复合母排的模块化列车用的充电功率装置，即通过在充电功率装置中使用低感化复合母排连接主电路各器件，以减小直流回路功率母线的分布电感，并实现将充电功率装置开关过程中所产生的尖峰电压限制在允许范围内，保护器件安全。

图1A为本发明实施例充电功率装置主电路中斩波单元的组成示意图，图1B为本发明实施例充电功率装置主电路中整流单元的组成示意图，如图1A和图1B所示，充电功率装置主电路包括斩波和整流两部分，其中斩波单元包括支撑电容C1和C2、IGBTV1、IGBT驱动板A3和第一吸收电路，其中第一吸收电路包括并联的吸收电阻R1和吸收电容C3；整流单元包括整流二极管V2和第二吸收电路，其中第二吸收电路包括串联的R2和C4。鉴于充电功率装置在开关的过程中，IGBT V1上的尖峰电压是因支撑电容C1、C2至IGBTV1之间的直流母线上的寄生电感和IGBT器件自身电感而产生，因此本实施例中不用电缆或普通铜排连接斩波单元中各器件，而是采用低感化复合母排实现各器件之间的电连接。图1A中图中虚线框区域即为复合母排，由图可知各器件之间的电连接是通过复合母排实现的。复合母排将IGBTV1、直流回路支撑电容C1和C2、主回路吸收电容C3、吸收电阻R1等器件连接起来，并提供主回路对外电气连接端子，降低了主电路杂感，提高了主电路可靠性。

图2为本发明实施例复合母排结构示意图，图3为图2的主视图，图4为图3的侧视图，图5为图3的俯视图，图6为图3中A-A方向剖视图，如图所示，本实施例提供的复合母排呈“T”形结构，在复合母排的横向方向上设置有四个第一过孔24用于电连接支撑电容C1和C2；在复合母排的一端部设置有三个接线端子22，用于电连接第一吸收电路中的两个吸收电阻R1。在复合母排的竖向方向上设置有用于与IGBTV1电连接的第二过孔21；另外在上端还对称设置有两个接线端子例如外接母排端子23用于夹设第一吸收电路中的吸收电容C3。在复合母排2的另一端部还设置有三个对外连接端子25，复合母排2通过对外连接端子25与设置在散热器上的电气连接端子电连接。

进一步地，本实施例中复合母排由多层紫铜板叠压而成，且各紫铜板之间设置有绝缘材料，复合母排的外表面设置有聚酯薄膜。如图6所示的，复合母排采用3层1mm～2mm厚的紫铜板，中间以NOMEX绝缘材料间隔，外用聚酯薄膜压制封装而成。复合母排的设计、应用技术不仅满足了低感的要求，还进一步简化装置结构，减轻重量，缩小体积。

由于斩波单元中的各器件是分别与复合母排中不同层的紫铜排电连接，因此为了保证良好接触，复合母排在各过孔中还设置有金属垫块，用于电性连接器件和不同层的紫铜排。

图7为本发明实施例充电功率装置结构示意图，图8为图7的俯视图，图9为图7的侧视图，如上各图所示，该充电功率装置包括散热器1，该散热器1具有散热片11，斩波单元和整流单元中的各器件均设置在散热器1的内表面上。该充电功率装置还包括用于设置在散热器1上的、用于电气连接支撑电容C1和C2、IGBTV1、IGBT驱动板A3和第一吸收电路的复合母排2。散热器1的端部还设置有数个电气连接端子12。复合母排2、IGBTV1的公共端、整流二极管V2和第二吸收电路的对外连接端子与数个电气连接端子12电连接。

本实施例中充电功率装置采用层叠式结构，对外接口规范，便于维护和更换。具体地，充电功率装置的最下层为铝合金风冷散热器1，根据各器件对散热的要求不同，发热量大的功率器件例如IGBTV1、整流二极管V2和功率电阻R1、R2贴附设置散热器1内表面，支撑电容C1和C2、IGBT驱动板A3和第一吸收电路中的吸收电容C3、吸收电阻R1等器件在上层安装，中间以复合母排2连接，即复合母排2贴附设置在IGBT V1上，支撑电容C1和C2设置在复合母排2上，最上层为IGBT驱动板A3及驱动保护板，而且复合母排2的末端实现主回路对外电气连接，这样既实现了电气连接，又有利于散热和层叠结构的实现。

散热器1的端部的数个电气连接端子12中，位于A区域的三个电气连接端子分别与整流单元中X2、X3和X4对外连接端子电连接。位于B区域的四个电气连接端子分别与斩波单元中“ALT”“+”“-”和“M”对外连接端子电连接。另外，复合母排2的一端部设置的三个对外连接端子25与C区域内包括的三个螺钉连接。

在本实施例提供的充电功率装置中，散热器1上还设置有温敏继电器3，温敏继电器3用于检测充电功率装置的温度。为了保护IGBT驱动板A3，在散热器1上还设置有盖板4。为了固定连接支撑电容C1和C2，在散热器1上还设置有绝缘板5封盖支撑电容C1和C2。另外，在绝缘板5竖立的支架上，还挂装了对外连接器6，用于与列车的连接器对接，大大地减少了空间的浪费。

本实施例提供的充电功率装置实现了模块化设计，所有电气部件安装固定在充电功率装置自身的一块铝合金的风冷散热器上，该散热器的四个端部还分别设置有一个用于固定充电功率装置的螺栓。充电功率装置可通过四个螺栓将散热器固定在列车的辅助变流柜中，维修更换时只需拆开充电功率装置对外电气连接并拧开四个固定螺栓既可拆卸更换。充电功率装置对外安装仅由四个螺栓紧固就可以完成，电气连接规范整齐，便于操做，为模块的维修和更换提供了便利条件，节省了维修时间。

本发明各实施例提供的充电功率装置中使用了低感的复合母排，将IGBT、直流回路支撑电容、主回路吸收电容等器件电性连接起来，并提供主回路对外电气连接端子，降低了主电路杂感，降低了充电功率装置主电路的开关尖峰电压，可以提高充电功率装置的可靠性，降低故障率，从而节省部件维修成本。而且，通过层叠状的模块化设计，层叠状结构可以节省30％以上空间，模块化设计又提高了维修效率，进而提高列车的利用率，节省运营成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种充电功率装置，包括散热器，以及设置在所述散热器上的斩波单元和整流单元；所述斩波单元包括支撑电容、IGBT、IGBT驱动板和第一吸收电路，所述整流单元包括整流二极管和第二吸收电路，其特征在于，所述散热器上还包括用于电气连接所述支撑电容、所述IGBT、所述IGBT驱动板和所述第一吸收电路的复合母排；所述散热器的端部还设置有数个电气连接端子，所述复合母排、所述IGBT的公共端、所述整流二极管和第二吸收电路的对外连接端子与所述数个电气连接端子电连接。

2.根据权利要求1所述充电功率装置，其特征在于，所述IGBT和所述整流二极管贴附设置在所述散热器上，所述复合母排贴附设置在所述IGBT上，所述支撑电容、所述IGBT驱动板以及所述第一吸收电路中的吸收电容、吸收电阻设置在所述复合母排上。

3.根据权利要求1或2所述充电功率装置，其特征在于，所述复合母排与所述支撑电容和所述IGBT对应连接的位置上，设置有过孔；所述复合母排与所述第一吸收电路中各器件对应连接的位置上，设置有接线端子。

4.根据权利要求3所述充电功率装置，其特征在于，所述过孔中设置有金属垫块。

5.根据权利要求1或2所述充电功率装置，其特征在于，所述复合母排由多层紫铜板叠压而成，且所述紫铜板之间设置有绝缘材料，所述复合母排的外表面设置有聚酯薄膜。

6.根据权利要求2所述充电功率装置，其特征在于，所述散热器上还设置有用于保护所述IGBT驱动板的盖板。

7.根据权利要求2所述充电功率装置，其特征在于，所述散热器上还设置有用于固定连接所述支撑电容的绝缘板。

8.根据权利要求1或2所述充电功率装置，其特征在于，所述散热器上还设置有用于检测所述充电功率装置温度的温敏继电器。

9.根据权利要求1或2所述充电功率装置，其特征在于，所述散热器上还设置有对外连接器。

10.根据权利要求1所述充电功率装置，其特征在于，所述散热器的四个端部还分别设置有一个用于固定所述充电功率装置的螺栓。

Images