CN103916034A - 逆变功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变功率模块，包括三相逆变电路、驱动电路和低压连接器；所述驱动电路包括光电转换板和驱动板，所述光电转换板设置有三对光纤插头，与三个所述驱动板相连，用于驱动所述三相逆变电路中同侧桥臂的三个功率器件。本发明提供的逆变功率模块能够解决现有技术中电路板数量较多，占据空间较大，且低压连接器插拔不便的问题，实现了电路板的集成，减少电路板的数量，提高了电路器件的可维护性。

Description

逆变功率模块

技术领域

本发明涉及电气技术，尤其涉及一种逆变功率模块。

背景技术

逆变功率模块是电力机车牵引系统中的核心部件，通常采用绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）组成三相逆变电路，将直流电压转换为电压幅值和频率可调的三相交流电输出，为牵引电机提供三相交流电源。逆变功率模块中还设置有驱动电路和低压连接器，用于提供正向栅极电压或反向门极电压来控制IGBT的通断。驱动电路包括驱动板和光电转换板，其中光电转换板将逆变功率模块的控制器发出的电信号进行光电转换，向驱动板提供24V直流信号，用以驱动IGBT通断。

逆变功率模块中的三相逆变电路包括6组IGBT分布在三个桥臂上，每个桥臂设置两组IGBT，每组IGBT采用单独的驱动电路来实现通断，即一组IGBT需要一个驱动板和一个光电转换板，因此逆变功率模块中包括6个驱动板以及6个光电转换板，还需要6个15芯连接器，用于传输各光电转换板的信号，且驱动板以及光电转换板分成6列垂直安装于水冷基板上。

由于现有的逆变功率模块中电路板数量较多，占据了较大的空间，且在低压连接器壳体一定的条件下，6个15芯连接器的安装空间有限，容易造成了连线弯曲，插拔不方便，不易维护。

发明内容

本发明提供一种逆变功率模块，解决了现有技术中电路板数量较多，占据空间较大，且低压连接器插拔不便的问题，实现了电路板的集成，减少电路板的数量，提高了电路器件的可维护性。

本发明实施例提供一种逆变功率模块，包括三相逆变电路、驱动电路和低压连接器；

所述驱动电路包括光电转换板和驱动板，所述光电转换板设置有三对光纤插头，与三个所述驱动板相连，用于驱动所述三相逆变电路中同侧桥臂的三个功率器件。

本发明实施例提供的逆变功率模块通过一个光电转换板与三个驱动板连接，为三路驱动信号提供光电转换，驱动同侧桥臂的三个功率器件工作，解决了现有技术中电路板数量较多，占据空间较大，且低压连接器插拔不便的问题，实现了电路板的集成，减少电路板的数量，提高了电路器件的可维护性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的逆变功率模块的电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的逆变功率模块的外部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的逆变功率模块的内部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的逆变功率模块中低压连接器的结构示意图；

图5为图3中A区域的结构示意图；

图6为图5的分解示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的逆变功率模块的电路结构示意图，图2为本发明实施例提供的逆变功率模块的外部结构示意图，图3为本发明实施例提供的逆变功率模块的内部结构示意图，图4为本发明实施例提供的逆变功率模块中低压连接器的结构示意图，图5为图3中A区域的结构示意图，图6为图5的分解示意图。如图1-6所示，该逆变功率模块包括三相逆变电路、驱动电路和低压连接器。

所述驱动电路包括光电转换板和驱动板，所述光电转换板设置有三对光纤插头，与三个所述驱动板相连，用于驱动所述三相逆变电路中同侧桥臂的三个功率器件。

其中，三相逆变电路中可采用IGBT作为功率器件以将直流电转换为交流电，可以由6组IGBT组成三相电桥电路，每一路桥臂上布设两组IGBT，采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM），用于将输入直流电转换为电压幅值和频率可调的三相交流电。具体可以为：三相电桥电路中第一IGBT111和第二IGBT112分布在第一桥臂11的两侧，第三IGBT121和第四IGBT122分布在第二桥臂12的两侧，第五IGBT131和第六IGBT132分布在第三桥臂13的两侧，其中第一IGBT111、第三IGBT121和第五IGBT131位于相应桥臂的同侧，第二IGBT112、第四IGBT122和第六IGBT132位于相应桥臂的另一侧。第一桥臂11的一端接输入直流电正极，另一端接输入直流电负极，中间接外部电路交流输出端，以输出交流电，第二桥臂12和第三桥臂13可以类似的方式分别接输入直流电正极、输入直流电负极以及外部电路交流输出端。三相逆变电路中的吸收电容14并联接入输入直流电的正极和负极之间，吸收电容14可包括三个电容并联连接，以吸收IGBT在通断瞬间产生的尖峰电压。放电电阻15并联接入输入直流电的正极和负极之间，以在三相逆变电路断电后，电路中的残余电荷通过该放电电阻15进行释放。

驱动电路包括光电转换板和驱动板，一个驱动板用于驱动一组IGBT实现高频通断，驱动板上还包括隔离电源电路，能够检测直流输入端状态，并通过IGBT的配置板对IGBT进行过流或过压保护。具体可以为：第一驱动板21通过第一配置板31驱动第一IGBT111实现高频通断，第二驱动板22通过第二配置板32驱动第二IGBT112实现高频通断，第三驱动板23通过第三配置板33驱动第三IGBT121实现高频通断，第四驱动板24通过第四配置板34驱动第四IGBT122实现高频通断，第五驱动板25通过第五配置板35驱动第五IGBT131实现高频通断，以及第六驱动板26通过第六配置板36驱动第六IGBT132实现高频通断。其中第一驱动板21、第三驱动板23和第五驱动板25用于驱动位于三路桥臂同侧的第一IGBT111、第三IGBT121和第五IGBT131，第二驱动板22、第四驱动板24和第六驱动板26用于驱动位于三路桥臂另一侧的第二IGBT112、第四IGBT122和第六IGBT132。

每个光电转换板上设置有三组光电转换器件，可以对三路光信号进行光/电转换或对三路电信号进行电/光转换，光电转换板通过低压连接器40与逆变功率模块的控制器连接，接收控制器发出的电信号，将该电信号转换为光信号后，通过光电转换板上的3对光纤插头输出，提供给相应的驱动板，以驱动相应的IGBT实现高频通断。光电转换板还能够将驱动板反馈的直流输入端的状态信号经过光/电转换，通过低压连接器传送给控制器，以实现对IGBT进行保护。具体的，第一光电转换板27的3对光纤插头分别连接第一驱动板21、第三驱动板23和第五驱动板25，第二光电转换板28的3对光纤插头分别连接第二驱动板22、第四驱动板24和第六驱动板26，用于对同侧桥臂的三组IGBT的传输信号进行光/电转换或电/光转换。

低压连接器40的一端为37芯圆形连接器41，连接至逆变功率模块的控制器，另一端为第一15芯连接器42和第二15芯连接器43，分别连接第一光电转换板27和第二光电转换板28，实现逆变功率模块与控制器之间通信。

该逆变功率模块的工作过程为：逆变功率模块的控制器发出控制信号，该控制信号包括驱动信号、电源信号以及IGBT标识信号。低压连接器40通过37芯圆形连接器41接收控制器发出的控制信号，并根据其中的IGBT标识信号将相应的驱动信号和电源信号通过相应的15芯连接器传送至光电转换板，例如：若控制器发出的控制信号是驱动第一IGBT111导通，则低压连接器40识别该控制信号并将该驱动信号和电源信号通过第一15芯连接器42传送至第一光电转换板27；若控制器发出的控制信号是驱动第二IGBT112导通，则低压连接器40识别该控制信号并将该驱动信号和电源信号通过第二15芯连接器43传送至第二光电转换板28。光电转换板接收该控制信号，并根据其中的IGBT标识，将电源信号和驱动信号传送给相应的光电转换器件进行电/光转换后，通过一对光纤插头和24V电源输出端传送给相应的驱动板，以驱动相应的IGBT导通，例如：若该控制信号是驱动第一IGBT111导通，则第一光电转换板27通过其中的一个光电器件进行电/光转换，将转换后的光信号和24V电压通过光纤插头271和24V电源输出端272传送给第一驱动板21，以驱动第一IGBT111导通。控制器发出控制指令驱动6个IGBT实现高频通断，将输入直流电转换为三相交流电输出，作为用电设备的电源。另外，驱动板将检测到的输入直流端的状态传送给光电转换板进行光/电转换，通过低压连接器反馈给控制器，以使控制器进行分析和计算后，发出适当的控制信号以对IGBT进行过流或过压保护。

本实施例的技术方案通过一个光电转换板与三个驱动板连接，为三路驱动信号提供光电转换，驱动同侧桥臂的三个功率器件工作，解决了现有技术中电路板数量较多，占据空间较大，且低压连接器插拔不便的问题，实现了电路板的集成，减少电路板的数量，提高了电路器件的可维护性。

在上述技术方案的基础上，三相逆变电路、驱动电路和低压连接器40可以分别设置在逆变功率模块的水冷基板50的两侧，其中三相逆变电路作为高压部件，设置在水冷基板50的高压侧，驱动电路和低压连接器40作为低压部件，设置在水冷基板50的低压侧，配置板直接安装在IGBT的辅助端子上。光电转换板和驱动板可以分为双层，平行于水冷基板50层叠设置。以驱动同侧桥臂IGBT的光电转换板和驱动板为例，第一光电转换板27和第三驱动板23平行于水冷基板50，且二者位于同一平面，第一驱动板21和第五驱动板25设置在第一光电转换板27和第三驱动板23的正上方，平行于水冷基板50，且二者位于同一平面。驱动另一侧桥臂IGBT的光电转换板和驱动板可以相同的层叠结构设置在水冷基板50上。

优选的，可采用复合母排连接三相逆变电路，以降低电路的杂散电感，消除尖峰电压。采用金属框架51和金属底板设置在所述水冷基板50的低压侧，围设在驱动板、光电转换板和低压连接器40的外侧，并固定连接该驱动板、光电转换板和低压连接器40，用于屏蔽电气信号干扰。采用尼龙垫柱61和绝缘子62，设置在驱动板和光电转换板上下层之间，用于支撑驱动板和光电转换板并保持绝缘，提高逆变功率模块的可靠性。绝缘板63和隔离底板64设置在下层光电转换板和驱动板的下方，用于增加与金属底板间的爬电距离。

上述技术方案通过一个光电转换板与三个驱动板连接，为三路驱动信号提供光电转换，驱动同侧桥臂的三个功率器件工作，且将三相逆变电路设置在水冷基板的高压侧，驱动板和光电转换板设置在低压侧，驱动板和光电转换板平行于水冷基板层叠放置，解决了现有技术中电路板数量较多，占据空间较大，且低压连接器插拔不便的问题，实现了电路板的集成，减少电路板和15芯连接器的数量，提高了电路器件的可维护性，降低成本，提高了电路器件的可维护性，采用绝缘子及绝缘板等结构提高绝缘强度，增强了逆变功率模块的可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (5)

1.一种逆变功率模块，包括三相逆变电路、驱动电路和低压连接器，其特征在于：

所述驱动电路包括光电转换板和驱动板，所述光电转换板设置有三对光纤插头，与三个所述驱动板相连，用于驱动所述三相逆变电路中同侧桥臂的三个功率器件。

2.根据权利要求1所述的逆变功率模块，其特征在于：

所述驱动电路的光电转换板和驱动板平行于所述逆变功率模块的水冷基板层叠设置。

3.根据权利要求2所述的逆变功率模块，其特征在于：

所述三相逆变电路作为高压部件，设置在所述逆变功率模块的水冷基板的高压侧；

所述驱动电路和低压连接器作为低压部件，设置在所述逆变功率模块的水冷基板的低压侧。

4.根据权利要求3所述的逆变功率模块，其特征在于，还包括复合母排；

所述复合母排用于连接所述三相逆变电路。

5.根据权利要求4所述的逆变功率模块，其特征在于，还包括：

金属框架和金属底板，设置在所述水冷基板的低压侧，围设在所述驱动板、光电转换板和低压连接器的外侧，并固定连接所述驱动板、光电转换板和低压连接器；

尼龙垫柱和绝缘子，设置在驱动板和光电转换板上下层之间，用于支撑驱动板和光电转换板并保持绝缘；

绝缘板和隔离底板，设置在光电转换板和驱动板的下方。