CN103429046A - 电子部件安装模块和电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子部件安装模块和电力变换装置。根据实施方式的电子部件安装模块包括安装构件、挤压构件和紧固构件。所述安装构件包括部件接纳框架，所述部件接纳框架接纳在操作期间产生热量的电子部件而与所述电子部件的侧表面的至少一部分接触，并且所述部件接纳框架保持所述电子部件而使所述电子部件的主散热面朝向散热器暴露。所述挤压构件安装在所述安装构件上，并且隔着散热层朝向所述散热器同时挤压所述安装构件和所述电子部件。所述该紧固构件朝向所述散热器挤压所述挤压构件，并且因此将所述部件接纳框架和所述电子部件挤压固定到所述散热层。

Description

电子部件安装模块和电力变换装置

技术领域

本文所讨论的实施方式涉及电子部件安装模块和电力变换装置。

背景技术

常规上，当将在操作期间产生相对强热量的电子部件（诸如电力半导体装置）安装在设备上时，将所述电子部件紧紧地附接到散热器，而在该电子部件和散热器之间夹设绝缘片，从而释放热量。

用于将电子部件安装成紧紧地附接到散热器的安装装置的示例是这样的装置，该装置设置有：用于将电子部件螺接到散热器的安装螺钉；以及具有孔的金属压紧部，安装螺钉插入穿过该金属压紧部的孔。

存在作为关于上述常规技术的文献，例如日本专利申请特开No.H11-317586。

然而，该常规安装装置在具有预定电势的电子部件和通常具有接地电势的散热器之间的绝缘特性方面仍存在改进的余地。绝缘片等当然被夹设在电子部件和散热器之间。然而，安装螺钉被旋入散热器中，因此被使得具有与散热器的电势相同的电势。因此，不能说已充分考虑了安装螺钉和电子部件之间的绝缘。

例如，电力变换装置等可能被安装在安装环境恶劣的户外等。因此，认为绝缘性能因发生凝结或者灰尘、污物等的侵袭而导致恶化，从而可能增加接地故障或短路的可能性。

实施方式的一方面的目的在于提供一种绝缘性能优良的电子部件安装模块和电力变换装置。

发明内容

根据实施方式的一方面的电子部件安装模块包括：安装构件，该安装构件包括部件接纳框架，所述部件接纳框架接纳在操作期间产生热量的电子部件而与所述电子部件的侧表面的至少一部分接触，并且所述部件接纳框架保持所述电子部件而使所述电子部件的主散热面朝向散热器暴露；挤压构件，该挤压构件安装在所述安装构件上，并且隔着散热层朝向所述散热器同时挤压所述安装构件和所述电子部件；以及紧固构件，该紧固构件朝向所述散热器挤压所述挤压构件，并且因此将所述部件接纳框架和所述电子部件挤压固定到所述散热层。

根据实施方式的该方面，可以提供一种确保电子部件和散热器之间的绝缘距离并且因此具有良好的绝缘性能的电子部件安装模块。

附图说明

由于通过结合附图参照下列详细说明更好地理解对本发明的更全面的认识以及本发明的许多附带优点，因此能够容易地获得对本发明的更全面的认识以及本发明的许多附带优点，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的电力变换装置的分解立体图；

图2是示意性地示出电力变换装置的电路的说明图；

图3是示出根据本发明的实施方式的电子部件安装模块的安装结构的分解立体图；

图4是示出电子部件安装模块的安装构件的立体图；

图5是示出电子部件安装模块的挤压构件的立体图；

图6是通过电子部件安装模块的剖视图所示的说明图；

图7是电子部件安装模块的功能说明图；以及

图8A、图8B和图8C是均示出了电子部件的布置示例的说明图。

具体实施方式

以下将参照附图详细地描述本文所公开的电子部件安装模块和电力变换装置的实施方式。注意，本发明不局限于以下所示的实施方式。

首先，将利用图1和图2描述根据本实施方式的该电力变换装置1。图1是电力变换装置1的分解立体图，图2是示意性地示出电力变换装置1的电路的说明图。

以下将根据本实施方式的电力变换装置1作为一单元进行描述，该单元具有电压升高功能，以将从诸如光伏太阳能电池板的发电装置供给的直流电压调节至预定电压。由电力变换装置1升压的直流电力例如被供应到功率调节器并且变换成能够在家庭等情况下使用的交流电力。

如图1所示，电力变换装置1设置有位于壳体10中的电力变换器20，所述壳体10具有大体矩形形状。如图2所示，电力变换器20设置有：控制电路3，该控制电路设置在控制板上；电压升高电路4，该电压升高电路设置在功率板上；防逆流电路5，该防逆流电路设置在二极管板上；以及端子单元6，该端子单元设置有用于外部连接的端子盒。尽管为了便于说明电路的构造而将端子单元6以分离的方式示出，但是在实际装置的结构中，该端子单元6可以整体布置在同一位置或者可以分离地布置在不同位置。

电压升高电路4充当使直流电源的电压升高的升压器，并且设置有包括切换元件的功率模块41，所述切换元件作为用于功率变换的半导体装置。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）用作设置在功率模块41中的切换元件。功率模块41在其输入侧设置有用于升压的直流电抗器43，并且在其输出侧设置有升压二极管42。

如图1所示，根据本实施方式的电力变换装置1的壳体10包括盒形外壳101和安装在外壳101的前开口处的面板102。注意，附图标记103表示用于支承电力变换器20的杆状保持构件，附图标记104表示线缆插入孔，附图标记109表示用于保护线缆的衬套。

第一散热器11和第二散热器12被设置成在壳体10的背面105上彼此左右隔开。第一散热器11和第二散热器12两者都由具有良好导热性的金属（诸如铝）制成，并且遍布地形成有多个翅片，以进一步提高散热性能。注意，在以下的描述中，散热器可以被简称为散热器11或散热器12，而不对第一散热器和第二散热器进行区分。

在根据本实施方式的电力变换装置1中，诸如升压二极管42和具有切换元件的功率模块41的电子部件安装在散热器11上以释放热量。

为此，根据本实施方式的电力变换装置1设置有电子部件安装模块2（以下简称为“安装模块2”），该电子部件安装模块能够安装到散热器11，同时保持电子部件（诸如功率模块41和升压二极管42）处于保持高绝缘性能的状态。

安装模块2具有这样的构造，即，在接纳电子部件的状态下，该构造能够将这些电子部件挤压固定到第一散热器11，其中在电子部件和散热器11之间夹设散热层13。根据本实施方式的电力变换装置1的特征在于设置有如此构造的安装模块2。

以下将参照图3至图7详细地描述安装模块2。图3是示出安装模块2的安装结构的分解立体图，图4是示出安装模块2的安装构件21的立体图。图5是示出安装模块2的挤压构件22的立体图；图6是通过安装模块2的剖视图示出的说明图；以及图7是安装模块2的功能说明图。

如图3所示，安装模块2设置有安装构件21、挤压构件22和用作紧固构件的螺钉23。如图中所示，在本实施方式中，在第一散热器11上借助安装螺钉62还安装有热敏电阻61。

安装构件21具有部件接纳框架201，该部件接纳框架接纳在操作期间产生热量的电子部件（诸如功率模块41），使得电子部件与该部件接纳框架的侧表面的至少一部分接触，并且该部件接纳框架保持电子部件，使得将电子部件的主散热面朝向第一散热器11暴露。挤压构件22装配到安装构件21，并且通过散热层13朝向第一散热器11挤压安装构件21，并同时挤压作为接纳在安装构件21中的电子部件的功率模块41和升压二极管42。螺钉23朝向第一散热器11挤压所述挤压构件22，并且因此能够将部件接纳框架201和电子部件（功率模块41或升压二极管42）挤压固定到散热层13。螺钉23被旋入，而弹性垫圈24等被插设在所述螺钉下方，如图6和图7所示。

散热层13包括具有绝缘特性的散热片和化合物（或者油脂等），并且如图3所示附接到第一散热器11。换言之，安装构件21将电子部件（诸如功率模块41和升压二极管42）的主散热面挤压固定到散热器11，其中具有绝缘特性的散热层13夹设在主散热面和第一散热器11之间，并且因此允许电子部件释放热量。

这里，将利用图3和图4更具体地描述安装构件21。如图中所示，安装构件21包括框架状本体213，该框架状本体213包括框架主体211和凸缘212，所述框架主体211具有大体矩形形状，所述凸缘212从框架主体211向外延伸。

框架主体211在其大体中央位置设置有挤压固定部接纳框架202，该挤压固定部接纳框架接纳挤压构件22的稍后将详细地描述的挤压固定部221。另外，在挤压固定部接纳框架202的两侧都设置绝缘壁203，并且部件接纳框架201设置成面向绝缘壁203的每一个的外侧表面203a（参照图6）。在本文中，挤压固定部接纳框架202对应于权利要求中的固定部接纳框架。挤压固定部221对应于权利要求中的固定部。

换言之，部件接纳框架201、201和挤压固定部接纳框架202由设置在框架主体211中的壁体分割。电子部件（功率模块41和升压二极管42）中的每一个的侧表面的至少一部分与由此设置的壁体的至少一部分接触，因此，电子部件被接纳成处于被定位的状态。

构成部件接纳框架201、201和挤压固定部接纳框架202的壁体部分地用作绝缘壁203。因而，当将螺钉23旋入时，部件接纳框架201、201被朝向散热器11挤压，并且绝缘壁203的前缘表面203b被挤压以固定到散热层13（参照图7）。换言之，根据本实施方式的每个绝缘壁203均由夹设在电子部件和插入散热器11中的螺钉23之间的壁体形成，并且当将螺钉23旋入时，绝缘壁203的前缘表面203b以可靠的方式紧紧地附接到散热层13。

绝缘壁203设置有突起部208，该突起部朝向挤压固定部接纳框架202突出。突起部208构造成与形成在挤压构件22中的稍后将详细地描述的凹部225接合。提供由此形成的突起部208当将螺钉23旋入时允许挤压构件22朝向散热器11挤压绝缘壁203，如稍后将描述的。

安装构件21设置有引导部204、205，如图3、图4和图6所示。引导部204、205引导从电子部件（功率模块41和升压二极管42）朝向设置有电力变换器20（参照图2）的电力变换电路的板（未示出）延伸的导向件411、421。

引导部204和引导部205的每组都以筒状突出形状在恒定的间隔处设置在框架主体211上。与功率模块41的三个导向件411对应地设置有三个引导部204。另一方面，与每个升压二极管42的两个导向件421对应地设置有两个引导部205。

通过提供如上所述的引导部204、205，即使从功率模块41和升压二极管42延伸的多个导向件411和421之间的相应间隔略微不均匀，也防止当将所述导向件411和421连接到设置在供连接该导向件411和421的板上的预定端子时出现问题。换言之，通过将导向件411和421分别插入引导部204和205中，能够强制地使导向件之间的相应间隔对准而具有均匀的距离。

另外，功率模块41和升压二极管42中的每个均被接纳在安装构件21的部件接纳框架201中处于定位状态。与设置在板上的预定端子的连接能够以容易且可靠的方式执行。

如图3所示，散热器11具有多个定位孔111。另外，如图4所示，安装构件21的凸缘212设置有与散热器11的定位孔111对应的定位突起部206。针对一个安装构件21设置三个定位孔111和三个定位突起部206。定位突起部206中的两个设置在位于安装构件21的一侧的端部附近（参照图4），而定位突起部206中的另一个（尽管未示出）设置在位于安装构件21的另一侧的端部附近。

如图4所示，安装构件21还设置有与形成在板中的定位孔（未示出）对应的定位突起部207。本实施方式中的定位突起部207中的一个设置在框架主本211上的引导部204附近，并且另两个分别设置在凸缘212的两端处。

这样，通过利用安装构件21能够接纳电子部件，并且另外，安装构件21设置有定位结构，该定位结构能够将电子部件以相应的预定姿势安装到板和散热器11。此外，安装构件21具有引导部204和205，所述引导部朝向供连接功率模块41和升压二极管42的导向件411、421的板正确地引导所述导向件411、421。因此，可以容易地执行将安装在散热器11上的电子部件连接到设置在板上的预定端子的操作。

接下来，将利用图3和图5具体地描述安装模块2的挤压构件22。通过弯曲带状金属板而形成挤压构件22，并且所述挤压构件22如图所示设置有：挤压固定部221，该固定部具有用于插入用作紧固构件的螺钉23的插入孔220；以及大体L形的弹性部224，该弹性部连接到挤压固定部221的两端。

弹性部224均具有：从挤压固定部221的端部直立的直立部222，所述直立部222具有与设置在安装构件21的绝缘壁203上的突起部208接合的凹部225；以及延伸部223，该延伸部的一端从直立部222向外延伸。

如果电子部件（功率模块41或升压二极管42）的背面用作主散热面，则弹性部224的延伸部223构造成借助与电子部件的腹部面（与主散热面相对的面）接触而朝向散热器11推动该电子部件。为此，延伸部223延伸越过构成壁体的一部分的绝缘壁203，并且在以略微下倾的坡度延伸之后与电子部件的腹部接触。

这样，在每个弹性部224中，从直立部222延伸的延伸部223充当板簧，并且因此弹性部224能够朝向散热器11推动电子部件，如由图7中的箭头300所示。在挤压构件22中，如上所述的弹性部224一体连接到挤压固定部221的两端。换言之，如图5所示，弹性部224从挤压固定部221的两侧（例如右侧和左侧）形成为如同两翼。

因此，单个的挤压构件22能够将接纳在安装构件21的部件接纳框架201、201中的两个电子部件连同安装构件21一起朝向散热器11同时挤压。注意，如上所述与电子部件直接接触的延伸部223涂覆有由合成树脂等制成的绝缘材料226。

这样，挤压构件22借助弹性部224挤压电子部件（（功率模块41和升压二极管42）。如下所述构成用于挤压安装构件21的具体挤压结构。

如图5中所示，直立部222均具有与设置在绝缘壁203上的突起部208接合的凹部225。具体地，作为具有大体矩形形状的孔的凹部225形成为延伸经过挤压固定部221和直立部222之间的边界。

因而，通过将挤压构件22的挤压固定部221插入安装构件21的挤压固定部接纳框架202中，并且然后通过在凹部225与设置在绝缘壁203上的突起部208处于接合状态的情况下旋入螺钉23，而朝向散热器11强有力地挤压安装构件21。

换言之，如图7中的箭头400所示，借助突起部208将安装构件21朝向散热器11强有力地挤压，并且因此将绝缘壁203的前缘表面203b紧紧地附接到散热层13。

结果，接纳电子部件的部件接纳框架201、201的相应内部空间以可靠的方式彼此分割开来，并且与挤压固定部接纳框架202的供定位螺钉32的内部空间分割开来，其中具有与散热器11的电势相同的电势的螺钉32被旋入散热器11中。因此，提高绝缘特性。

这样，绝缘壁203存在于相应的部件接纳框架201、201和挤压固定部接纳框架202之间，并且由此能够在各电子部件与散热器11（螺钉23）之间提供必需的绝缘距离。

如上所述，挤压构件22由金属制成，并且仅在延伸部223处涂覆有绝缘材料226。因此，在根据本实施方式的安装模块2中，绝缘壁203的高度规定如下。

即，绝缘壁203的高度规定为这样的高度，该高度足以保证未涂覆有绝缘材料226的直立部222和每个电子部件（功率模块41和升压二极管42）之间的预定绝缘距离。因此，能够进一步提高安装模块2的绝缘特性。

如以上已描述的，根据本实施方式的电力变换装置1通过利用设置有安装构件21、挤压构件22和螺钉23的电子部件安装模块2，在将电子部件（功率模块41和升压二极管42）放置成与散热器11接触的情况下，将电子部件与设置在供连接所述电子部件的板上的预定端子连接。

安装构件21具有部件接纳框架201、201，这些部件接纳框架将在操作期间产生热量的电子部件（功率模块41和升压二极管42）接纳成与其侧表面的至少一部分接触，并且这些部件接纳框架将电子部件保持成使其主散热面朝向散热器11暴露。挤压构件22构造成装配到安装构件21并且借助散热层13同时朝向散热器11挤压安装构件21和电子部件。螺钉23朝向散热器11挤压所述挤压构件22，并且因此能够将部件接纳框架201、201和电子部件挤压固定到散热层13。

通过这种构造，即使当将装置安装在安装环境恶劣的地方（诸如户外）时而出现凝结或者灰尘、污物等进入电力变换装置1，也可以抑制绝缘性能恶化并且可以尽可能防止接地故障和短路。

通过上述构造，如图7所示，借助挤压构件22的延伸部223，每个电子部件均在其腹部面（即，与主散热面相对的面）被挤压。因而，如图7中的箭头500所示，电子部件的热量不仅从主散热面释放，而且从腹部表面释放，因此也提高散热性能。换言之，电子部件的热量通过从主散热面直接通过散热层13朝向散热器11传递而释放，并且还通过经由延伸部223、直立部222、挤压固定部221和散热层13从腹部面传递到散热器11而释放。

图8A至图8C是均示出了电子部件的布置的示例的说明图。在根据本实施方式的电子部件安装模块2中，如图8A所示布置电子部件（功率模块41和升压二极管42），使得导向件411和421的延伸方向指向挤压构件22的延伸部223的延伸方向。

然而，功率模块41和升压二极管42的布置不局限于根据本实施方式的布置。例如，如图8B和图8C中所示，导向件411和421的延伸方向可以布置成指向垂直于挤压构件22的延伸部223的延伸方向的方向。

在该情况下，理所当然，建议改变安装构件21的形状并且还建议适当地改变引导部204、205的布置，所述引导部204、205朝向供连接导向件411、421的板正确地引导所述导向件411、421。

已如上所述的根据本实施方式的电子部件安装模块2构造成能够同时安装两个电子部件（在本实施方式中为功率模块41和升压二极管42）。换言之，安装构件21设置有两个部件接纳框架201、201，并且挤压构件22设置有两个弹性部224。然而，电子部件安装模块2能够被构造成可以安装三个或更多个电子部件。

电子部件安装模块2还可以被构造成不能安装多个电子部件，而能安装单个电子部件（诸如功率模块41或升压二极管42）。换言之，安装构件22可以被构造成设置有一个部件接纳框架201，并且挤压构件22可以被构造成设置有一个弹性部224。

尽管已通过将功率模块41和升压二极管42例示为电子部件进行了说明，但电子部件可以是在操作时产生热量的任何部件。

能够使用除了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）之外的其它半导体装置作为构成功率模块41的切换元件。

尽管在本实施方式中电力变换装置1包括使直流电压升高的两个电路和使用不被升压的直流电压的两个电路（参照图2），但电力变换装置不局限于具有该组合。电力变换装置例如可以仅包括使直流电压升高的一个电路。

Claims (11)

1.一种电子部件安装模块，该电子部件安装模块包括：

安装构件，该安装构件包括部件接纳框架，所述部件接纳框架接纳在操作期间产生热量的电子部件而与所述电子部件的侧表面的至少一部分接触，并且所述部件接纳框架保持所述电子部件而使所述电子部件的主散热面朝向散热器暴露；

挤压构件，该挤压构件安装在所述安装构件上，并且隔着散热层朝向所述散热器同时挤压所述安装构件和所述电子部件；以及

紧固构件，该紧固构件朝向所述散热器挤压所述挤压构件，并且因此将所述部件接纳框架和所述电子部件挤压固定到所述散热层。

2.根据权利要求1所述的电子部件安装模块，其中，所述安装构件包括壁体，该壁体构成所述部件接纳框架并且夹设在所述电子部件与插入在所述散热器中的所述紧固构件之间，所述壁体的至少一部分用作紧紧地附接到所述散热层的绝缘壁。

3.根据权利要求1所述的电子部件安装模块，其中，所述安装构件包括引导部，该引导部朝向待与导向件连接的板引导从所述电子部件延伸的该导向件。

4.根据权利要求3所述的电子部件安装模块，其中，所述安装构件包括与形成在所述板中的定位孔相对应的定位突起部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子部件安装模块，其中，所述安装构件包括与形成在所述散热器中的定位孔相对应的定位突起部。

6.根据权利要求2所述的电子部件安装模块，其中，

所述挤压构件包括：

固定部，该固定部具有供插入所述紧固构件的插入孔；以及

弹性部，该弹性部连接到所述固定部的一端；其中

所述弹性部包括：

直立部，该直立部从所述固定部的所述端部直立，并且具有与设置在所述安装构件的所述绝缘壁上的突起部接合的凹部；以及

延伸部，该延伸部的一端从所述直立部向外延伸越过所述壁体而与所述电子部件接触，从而朝向所述散热器推动所述电子部件。

7.根据权利要求6所述的电子部件安装模块，其中，所述延伸部涂覆有绝缘材料。

8.根据权利要求6所述的电子部件安装模块，其中，所述绝缘壁具有如下高度，所述高度保证所述电子部件与所述挤压构件的所述直立部之间的预定绝缘距离。

9.根据权利要求6所述的电子部件安装模块，其中，所述安装构件在其大体中央位置设置有用于接纳所述挤压构件的所述固定部的固定部接纳框架，并且在所述固定部接纳框架的每侧上设置有所述绝缘壁，所述部件接纳框架面向所述绝缘壁的外侧表面。

10.根据权利要求6所述的电子部件安装模块，其中，所述挤压部件的所述弹性部一体连接到所述固定部的两个端部中的每个端部。

11.一种电力变换装置，该电力变换装置包括：

电力变换器，该电力变换器包括用作电子部件的半导体装置，并且用于在预定发电装置和商业电力系统之间变换电力；以及

根据权利要求1所述的电子部件安装模块。

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