CN103066862B - 一种高压半桥igbt逆变模块 - Google Patents

Abstract

一种高压半桥IGBT逆变模块，包括散热器以及安装于散热器基板上的相互独立的第一路半桥电路和第二路半桥电路，所述第一路半桥电路上设有第一输入正极接线柱和第一输入负极接线柱，所述第二路半桥电路上设有第二输入正极接线柱和第二输入负极接线柱；所述第一输入负极接线柱与第二输入正极接线柱连接在一起令第一路半桥电路与第二路半桥电路实现串联，或者所述第一输入正极接线柱与第二输入正极接线柱连接在一起且第一输入负极接线柱与第二输入负极接线柱连接在一起令第一路半桥电路与第二路半桥电路实现并联。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、灵活性大、通用性强、适用范围广等优点。

Description

一种高压半桥IGBT逆变模块

技术领域

本发明主要涉及到IGBT逆变模块领域，特指一种高压半桥IGBT逆变模块。

背景技术

随着磁悬浮列车、地铁城轨车辆、高速动车组、大功率电力机车、客车技术的发展及国产化，半桥DC/DC变换器越来越被广泛应用，因而DC/DC的半桥逆变电路的模块化大量被应用。例如，现有技术中的磁悬浮列车和地铁列车DC1500V输入电压等级的DC/DC半桥逆变模块、高速动车组和城轨车辆DC750V输入电压等级的DC/DC半桥逆变模块、电力机车和客车DC600V输入电压等级的DC/DC半桥逆变模块等等。

目前，DC/DC半桥逆变模块产品的多样性不利于之间相互应用，不同电压等级之间不能通过简单的组合相互借用，因此其通用化不高，增加了开发设计及维护成本，工程化应用程度不高。

由于发展及应用时间较短，现有半桥IGBT变流器技术普遍存在一些缺点：1、模块化程度不高。产品往往根据需求而单独设计，没有对通用电路单元进行高度集成设计，体积比较大，安装不方便。2、通用化程度不高。没有考虑通用IGBT电路拓扑单元的串联和并联等多种组合连接方式，多种功率、电压等级的应用场合。3、器件布局不合理。没有考虑器件电气绝缘的合理设计，电气性能不理想。4、成本太高。多采用复合母排进行电气连接，IGBT驱动信号采用光纤，加工成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、灵活性大、通用性强、适用范围广的高压半桥IGBT逆变模块。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高压半桥IGBT逆变模块，包括散热器以及安装于散热器基板上的相互独立的第一路半桥电路和第二路半桥电路，所述第一路半桥电路上设有第一输入正极接线柱和第一输入负极接线柱，所述第二路半桥电路上设有第二输入正极接线柱和第二输入负极接线柱；所述第一输入负极接线柱与第二输入正极接线柱连接在一起令第一路半桥电路与第二路半桥电路实现串联，或者所述第一输入正极接线柱与第二输入正极接线柱连接在一起且第一输入负极接线柱与第二输入负极接线柱连接在一起令第一路半桥电路与第二路半桥电路实现并联。

作为本发明的进一步改进：

所述第一路半桥电路上还设有第一输出接线柱、第二输出接线柱作为第一路半桥电路的输出，所述第二路半桥电路上还设有第三输出接线柱、第四输出接线柱作为第二路半桥电路的输出，所述第一路半桥电路和第二路半桥电路的输出分别接各自的高频变压器进行变压处理。

所述第一路半桥电路和第二路半桥电路中的四块IGBT均匀分布在散热器的正面；所述第一路半桥电路和第二路半桥电路中的支撑电容分布在散热器的两侧，每四个支撑电容组成一组并用电容箍固定，所述电容箍和支撑电容之间用第一橡胶垫隔开，所述支撑电容和散热器之间采用第一环氧布板进行热隔离，所述支撑电容和第一环氧布板之间采用第二橡胶垫隔开。

本发明进一步还包括一温度继电器，所述温度继电器放置于散热器的中心位置；所述温度继电器与散热器之间设置导热绝缘橡胶薄膜进行隔离，所述温度继电器被第二环氧布板压住并通过第二环氧布板上的螺钉固定在散热器上。

本发明进一步还包括一箱体，散热器、第一路半桥电路、第二路半桥电路安装于箱体内，所述散热器和箱体之间采用第三环氧布板进行高压电气隔离，在所述第三环氧布板两个面上安装有密封圈。

本发明进一步还包括一环氧绝缘套管，所述环氧绝缘套管穿过散热器和第三环氧布板，所述散热器上设有绝缘尼龙滑条。

所述第一路半桥电路和第二路半桥电路的门极驱动单元通过导电支撑杆固定连接到IGBT 的C、E、G极上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的高压半桥IGBT逆变模块，结构简单紧凑、成本低廉，其两路独立的半桥电路连接方式可以进行串、并联组合，增强了电路应用的灵活性。

2、本发明的高压半桥IGBT逆变模块中支撑电容特有的组装方式，保证了连接的牢固性及隔热效果。

3、本发明的高压半桥IGBT逆变模块中温度继电器、导热绝缘薄膜、环氧板的组合方式，保证了良好的热接触能力，同时达到了很好的电气隔离效果；散热器、环氧布板、密封圈、绝缘套管、滑条、拉手组装方式，保证了装置与箱体的电气隔离效果，同时便于拆装及维修；门极驱动单元、铜排、IGBT、绝缘薄膜、电容组装方式保证了不同电压等级之间的隔离效果，同时降低了成本。

附图说明

图1是本发明的主视结构原理示意图。

图2是本发明的侧视结构原理示意图。

图3是本发明的俯视结构示意图。

图例说明：

1、散热器；2、第二橡胶垫；3、支撑电容；4、电容箍；5、第一橡胶垫；6、第一环氧布板；8、温度继电器；9、导热绝缘橡胶薄膜；10、第二环氧布板；13、IGBT；15、第二铜排；16、第一铜排；18、第三铜排；20、第四铜排；24、第一支撑杆；25、门极驱动单元；26、第二支撑杆；27、第三支撑杆；29、第四支撑杆；33、环氧绝缘套管；34、第三环氧布板；35、密封圈；41、U型拉手；44、绝缘尼龙滑条；46、第一路半桥电路；47、第二路半桥电路；48、第一输入正极接线柱；49、第一输入负极接线柱；50、第二输入正极接线柱；51、第二输入负极接线柱；52、第一输出接线柱；53、第二输出接线柱；54、第三输出接线柱；55、第四输出接线柱。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种高压半桥IGBT逆变模块，为DC/DC变换器的半桥逆变电路集成化模块装置，是把直流电变换为高频方波交流电的装置，它集成了两路半桥逆变电路，该两路半桥逆变电路可以采用并联连接或者串联连接，可以适应DC2000V以下任何电压等级和100KW以下任何功率等级的应用，对电路进行简单的串、并联组合就可以适用更高电压等级、更高功率要求的应用场合。本发明的装置为抽屉式结构，其高度集成了IGBT器件、门极驱动单元、功率电容器、热继电器、分压电阻、导电铜排、绝缘薄膜、散热器等，各部件层叠地安装在模块装置内。

参见图1，本发明的高压半桥IGBT逆变模块，包括散热器1以及安装于散热器1基板上的第一路半桥电路46和第二路半桥电路47，第一路半桥电路46和第二路半桥电路47属于相互独立的电路，第一路半桥电路46上设有第一输入正极接线柱48和第一输入负极接线柱49，第二路半桥电路47上设有第二输入正极接线柱50和第二输入负极接线柱51。该第一输入负极接线柱49与第二输入正极接线柱50连接在一起令第一路半桥电路46与第二路半桥电路47实现串联，第一输入正极接线柱48与第二输入正极接线柱50连接在一起且第一输入负极接线柱49与第二输入负极接线柱51连接在一起令第一路半桥电路46与第二路半桥电路47实现并联。第一路半桥电路46上还设有第一输出接线柱52、第二输出接线柱53作为第一路半桥电路46的输出，第二路半桥电路47上还设有第三输出接线柱54、第四输出接线柱55作为第二路半桥电路47的输出，两半桥电路的输出分别接各自的高频变压器进行变压处理。

参见图1和图2，本实施例中，第一路半桥电路46和第二路半桥电路47中的四块IGBT 13（VT1～VT4）均匀分布在散热器1的正面，IGBT 13产生的热量会及时传导到散热器1上进行散热。第一路半桥电路46和第二路半桥电路47中的支撑电容（代号为C2～C17）分布在散热器1的两侧，每四个支撑电容3组成一组并用电容箍4固定，其中C4、C5、C8、C9组成第一组，电容箍4和支撑电容3之间用第一橡胶垫5隔开，防止支撑电容3被挤压，支撑电容3和散热器1之间采用第一环氧布板6进行热隔离，以防止热量影响电容性能，支撑电容3和第一环氧布板6之间采用第二橡胶垫2隔开，以防止支撑电容3被挤压。同理，C2、C3、C6、C7组成第二组，C10、C11、C14、C15组成第三组，C12、C13、C16、C17组成第四组，组装形式同第一组。

参见图1和图2，本实施例中，本发明装置中的温度继电器8（代号为KTE1）放置于四块IGBT 13的中间，即位于散热器1的中心位置，可以有效地检测四个IGBT 13的最高温度。当温度达到85℃时，温度继电器8动作，把信号送给控制单元进行保护；温度继电器8与散热器1之间采用导热绝缘橡胶薄膜9进行隔离，一方面散热器1的热量可以有效地传导到温度继电器8上，另一方面散热器1感应的高压电气可以与温度继电器8进行有效电气隔离。温度继电器8被第二环氧布板10压住并通过第二环氧布板10上的螺钉固定在散热器1上，这样整个温度继电器8就和散热器1有效地进行了电气绝缘隔离处理，有效防止了高压电气对温度继电器8信号的影响。

参见图3，本实施例中，本发明的整个高压半桥IGBT逆变模块安装在密封的箱体内，并要与箱体之间进行高压电气绝缘隔离。散热器1和箱体之间采用第三环氧布板34进行高压电气隔离，密封圈35安装在第三环氧布板34两个面上，以对箱体与第三环氧布板34、散热器1与第三环氧布板34之间进行气隙密封。本发明设置一环氧绝缘套管33穿过散热器1和第三环氧布板34，螺钉通过环氧绝缘套管33把本发明装置固定在箱体上，绝缘尼龙滑条44采用沉头螺钉固定在散热器1上把装置和箱体底部隔离。通过U型拉手41可以把装置抽屉式地从箱体内拉出，这样整个半桥IGBT逆变模块就和箱体有效地进行高压电气绝缘隔离。

参见图1，本实施例中，本发明装置的门极驱动单元25通过导电支撑杆固定连接到IGBT 13（VT1）的C、E、G极上，第三支撑杆27电气连接门极驱动单元25驱动电路C1点、VT1的C1点、第四铜排20和第一输入正极接线柱48，第四支撑杆29电气连接门极驱动单元25驱动电路E1和C2点、VT1的E1点、VT2的C2点、第一铜排16和第一输出接线柱52，第二支撑杆26电气连接到门极驱动单元25驱动电路G1和VT1的G1点，第一支撑杆24电气连接到门极驱动单元25驱动电路G2和VT2的G2点，第四输出接线柱55电气连接门极驱动单元25驱动电路E2点、VT2的E2点、第二铜排15和第一输入负极接线柱49，第二输出接线柱53电气连接到第三铜排18、支撑电容3的中点，第一输出接线柱52、第二输出接线柱53分别连接到高频变压器原边，第一铜排16、第二铜排15、第三铜排18、第四铜排20之间的电气绝缘采用与铜排对应形状的绝缘薄膜进行隔离。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压半桥IGBT逆变模块，其特征在于，包括散热器（1）以及安装于散热器（1）基板上的相互独立的第一路半桥电路（46）和第二路半桥电路（47），所述第一路半桥电路（46）上设有第一输入正极接线柱（48）和第一输入负极接线柱（49），所述第二路半桥电路（47）上设有第二输入正极接线柱（50）和第二输入负极接线柱（51）；所述第一输入负极接线柱（49）与第二输入正极接线柱（50）连接在一起令第一路半桥电路（46）与第二路半桥电路（47）实现串联，或者所述第一输入正极接线柱（48）与第二输入正极接线柱（50）连接在一起且第一输入负极接线柱（49）与第二输入负极接线柱（51）连接在一起令第一路半桥电路（46）与第二路半桥电路（47）实现并联；所述第一路半桥电路（46）和第二路半桥电路（47）中的四块IGBT（13）均匀分布在散热器（1）的正面；所述第一路半桥电路（46）和第二路半桥电路（47）中的支撑电容（3）分布在散热器（1）的两侧，每四个支撑电容（3）组成一组并用电容箍（4）固定，所述电容箍（4）和支撑电容（3）之间用第一橡胶垫（5）隔开，所述支撑电容（3）和散热器（1）之间采用第一环氧布板（6）进行热隔离，所述支撑电容（3）和第一环氧布板（6）之间采用第二橡胶垫（2）隔开；还包括一温度继电器（8），所述温度继电器（8）放置于散热器（1）的中心位置；所述温度继电器（8）与散热器（1）之间设置导热绝缘橡胶薄膜（9）进行隔离，所述温度继电器（8）被第二环氧布板（10）压住并通过第二环氧布板（10）上的螺钉固定在散热器（1）上。

2.根据权利要求1所述的高压半桥IGBT逆变模块，其特征在于，所述第一路半桥电路（46）上还设有第一输出接线柱（52）、第二输出接线柱（53）作为第一路半桥电路（46）的输出，所述第二路半桥电路（47）上还设有第三输出接线柱（54）、第四输出接线柱（55）作为第二路半桥电路（47）的输出，所述第一路半桥电路（46）和第二路半桥电路（47）的输出分别接各自的高频变压器进行变压处理。

3.根据权利要求1或2所述的高压半桥IGBT逆变模块，其特征在于，还包括一箱体，散热器（1）、第一路半桥电路（46）、第二路半桥电路（47）安装于箱体内，所述散热器（1）和箱体之间采用第三环氧布板（34）进行高压电气隔离，在所述第三环氧布板（34）两个面上安装有密封圈（35）。

4.根据权利要求3所述的高压半桥IGBT逆变模块，其特征在于，还包括一环氧绝缘套管（33），所述环氧绝缘套管（33）穿过散热器（1）和第三环氧布板（34），所述散热器（1）上设有绝缘尼龙滑条（44）。

5.根据权利要求1或2所述的高压半桥IGBT逆变模块，其特征在于，所述第一路半桥电路（46）和第二路半桥电路（47）的门极驱动单元（25）通过导电支撑杆固定连接到IGBT（13）的C、E、G极上。