CN104333236A - Igbt双管并联功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT双管并联功率模块，包括高压端子盒、复合目排、若干并联设置于高压端子盒和复合目排之间的IGBT、以及和所述IGBT相连的低压连接器，所述一个或多个IGBT与低压连接器之间设有IGBT配置保护装置，IGBT配置保护装置上设有若干IGBT门极驱动电阻。本发明在配置保护装置上配置不同厂家所匹配的门极驱动电阻，使IGBT双管并联功率模块具有更好的兼容性，避免的重复设计，节省了成本；将不同PCB板布线的差异性进行补偿处理，使得并联IGBT更好的均流，提高了IGBT使用的安全性。

Description

IGBT双管并联功率模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种IGBT双管并联功率模块。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

IGBT具有开关速度快，导通压降低，驱动功率小，工作频率高，控制灵活等特点，因此，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。目前，高电压、大电流的IGBT已经模块化，它的驱动电路现已制造出集成化的IGBT专用驱动电路，其性能更好，可靠性更高，体积更小，会在今后大、中功率的应用中占据主导地位。但在高电压、大功率变流器的许多应用领域中，要求器件的电压等级达到10kV以上，电流达到几千A，就目前而言，单个IGBT模块的电压和电流容量仍然有限，远远不能满足电力电子应用技术发展的需求。

随着机车交流技术的发展，采用高频大功率IGBT作为开关元件的变流器应用日益广泛。在6500V这个电压等级的IGBT及保护，国际国内虽然有成熟技术，但目前可靠性差。主要难点是要攻克高压大电流IGBT过压保护技术,以及相同电压等级不同厂家IGBT灵活配置，因此，设计一款配置保护装置迫在眉睫。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的IGBT双管并联功率模块。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新的IGBT双管并联功率模块，根据不同厂家的IGBT，匹配不同的门极驱动电阻，通过IGBT配置保护装置跳线的设计灵活进行匹配，同时还可以根据PCB布线的差异，对门极驱动电阻进行补偿。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种IGBT双管并联功率模块，包括高压端子盒、复合目排、若干并联设置于高压端子盒和复合目排之间的IGBT、以及和所述IGBT相连的低压连接器，所述一个或多个IGBT与低压连接器之间设有IGBT配置保护装置，所述IGBT配置保护装置用于对IGBT的集电极和发射极之间进行箝位，将集电极和发射极之间的电压箝位在预设范围内，阻止集电极和发射极之间的电压进一步升高；所述IGBT配置保护装置还用于对集电极和发射极之间的电压进行采样，配合完成短路功能的实现，所述IGBT配置保护装置包括：

门极驱动电阻；

用于接收IGBT驱动信号的连接器；

安装于IGBT辅助GE极上的电极端子。

作为本发明的进一步改进，所述模块还包括用于固定高压端子盒和IGBT的水冷基板。

作为本发明的进一步改进，所述IGBT与水冷基板相接触的一面上涂覆有导热硅脂层。

作为本发明的进一步改进，所述模块还设有一框架，所述水冷基板与框架固定安装。

作为本发明的进一步改进，所述低压连接器与框架固定安装。

作为本发明的进一步改进，所述框架上固定安装有若干门极驱动组件。

作为本发明的进一步改进，所述IGBT触发装置与门极驱动组件固定对应安装。

作为本发明的进一步改进，所述模块还包括若干与水冷基板固定安装的支撑端子。

本发明的有益效果是：

在配置保护装置上配置不同厂家所匹配的门极驱动电阻，使IGBT双管并联功率模块具有更好的兼容性，避免的重复设计，节省了成本；

将不同PCB板布线的差异性进行补偿处理，使得并联IGBT更好的均流，提高了IGBT使用的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式中IGBT双管并联功率模块的装配结构图；

图2为本发明一实施方式中IGBT双管并联功率模块的另一视角装配结构图；

图3为本发明一实施方式中IGBT配置保护装置的结构示意图；

图4为本发明一实施方式中IGBT双管并联功率模块的主电路原理图。

其中：1、高压端子盒 2、水冷基板 3、特制螺栓 4、支撑端子5、框架 6、IGBT 7、IGBT配置保护装置 8、复合母排 9、低压连接器 10、IGBT触发装置 11、门极驱动板组件 71、门极驱动电阻72、连接器 73、电极端子。

具体实施方式

本发明公开了一种IGBT双管并联功率模块，包括高压端子盒、复合目排、若干并联设置于高压端子盒和复合目排之间的IGBT、以及和IGBT相连的低压连接器，一个或多个IGBT与低压连接器之间设有IGBT配置保护装置，IGBT配置保护装置用于对IGBT的集电极和发射极之间进行箝位，将集电极和发射极之间的电压箝位在预设范围内，阻止集电极和发射极之间的电压进一步升高；IGBT配置保护装置还用于对集电极和发射极之间的电压进行采样，配合完成短路功能的实现，IGBT配置保护装置包括：

门极驱动电阻；

用于接收IGBT驱动信号的连接器；

安装于IGBT辅助GE极上的电极端子。

优选地，模块还包括用于固定高压端子盒和IGBT的水冷基板。

优选地，IGBT与水冷基板相接触的一面上涂覆有导热硅脂层。

优选地，模块还设有一框架，水冷基板与框架固定安装。

优选地，低压连接器与框架固定安装。

优选地，框架上固定安装有若干门极驱动组件。

优选地，IGBT触发装置与门极驱动组件固定对应安装。

优选地，模块还包括若干与水冷基板固定安装的支撑端子。

本发明根据不同厂家的IGBT，匹配不同的门极驱动电阻，通过IGBT配置保护装置跳线的设计灵活进行匹配，同时还可以根据PCB布线的差异，对门极驱动电阻进行补偿。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1、图2所示为本发明一具体实施方式中IGBT双管并联功率模块的结构示意图。本实施方式中的IGBT双管并联功率模块包括高压端子盒1、复合目排8、若干并联设置于高压端子盒1和复合目排8之间的IGBT6、以及和IGBT6相连的低压连接器9，一个或多个IGBT6与低压连接器9之间设有IGBT配置保护装置7，IGBT配置保护装置7的结构示意图参图3所示，IGBT配置保护装置7用于对IGBT的集电极C和发射极E之间进行箝位，当集电极和发射极(CE)之间的电压高于某个阈值，将CE之间的电压箝位在特定的值或范围内，阻止CE之间的电压进一步升高，进而保护IGBT，避免过压损坏；IGBT配置保护装置7还用于对集电极和发射极之间的电压进行采样，提供给IGBT驱动板，配合完成短路功能的实现。

参图3所示，IGBT配置保护装置7上设有：

若干IGBT门极驱动电阻71，根据不同厂家的IGBT，匹配不同的门极驱动电阻，通过IGBT配置保护装置7跳线的设计，可以灵活进行匹配。同时，根据PCB布线的差异，对门极驱动电阻进行补偿，通过门极驱动电阻的调整，使得使用更加灵活、便利；

连接器72，优选地，连接器72为6芯连接器，用于接收IGBT触发装置发送的控制IGBT的驱动信号；

电极端子73，通过M4×20的螺栓安装到IGBT的辅助GE极，这种直接连接方式电阻最低，减少对门极驱动电阻的影响。

优选地，本实施方式中IGBT双管并联功率模块还包括水冷基板2、特制螺栓3、支撑端子4、框架5、IGBT配置保护装置7、和门极驱动板组件11。参图1、图2所示，各IGBT双管并联功率模块的装配关系如下：

高压端子盒1和水冷基板2通过M6×25螺栓进行机械连接，本实施方式中螺栓数量为8个；

支撑端子4和水冷基板2通过M6×50螺栓进行机械连接，本实施方式中螺栓数量为3个；

框架5与水冷基板2通过M6×20螺栓进行机械连接，本实施方式中螺栓数量为5个；

IGBT6上通过涂覆导热硅脂，粘贴在水冷基板2上，再通过每个IGBT的固定孔用M6×20螺栓进行机械固定；

IGBT配置保护装置7与IGBT6通过辅助C、G、E电极用M3×8螺栓进行电气连接，本实施方式中螺栓数量为3个；

复合母排8与4个IGBT6通过M8×30螺栓进行电气连接，本实施方式中螺栓数量为12个；

低压连接器9与框架通过M6×50螺栓进行机械连接，本实施方式中螺栓数量为2个；

IGBT触发装置10与门极驱动组件1通过M4×20螺栓进行机械连接，本实施方式中螺栓数量为7个；

门极驱动组件11与框架5通过M5×25螺栓进行机械连接，，本实施方式中螺栓数量为6个；

特制螺栓3通过框架5与变流柜进行连接，保证整体功率单元与变流柜的紧固。

参图4所示为本发明IGBT双管并联功率模块的主电路原理图。

机车变流柜将PWM驱动信号和低压电源信号通过低压连接器9接入IGBT触发装置10，将PWM驱动信号进行处理，再通过IGBT配置保护装置7控制IGBT6的开通关断，将高压端子盒1输入的高压单相的交流电变换成直流电，通过复合母排8输出。

由以上实施方式可以看出，本发明IGBT双管并联功率模块具有以下有益效果：

在配置保护装置上配置不同厂家所匹配的门极驱动电阻，使IGBT双管并联功率模块具有更好的兼容性，避免的重复设计，节省了成本；

将不同PCB板布线的差异性进行补偿处理，使得并联IGBT更好的均流，提高了IGBT使用的安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种IGBT双管并联功率模块，包括高压端子盒、复合目排、若干并联设置于高压端子盒和复合目排之间的IGBT、以及和所述IGBT相连的低压连接器，其特征在于，所述一个或多个IGBT与低压连接器之间设有IGBT配置保护装置，所述IGBT配置保护装置用于对IGBT的集电极和发射极之间进行箝位，将集电极和发射极之间的电压箝位在预设范围内，阻止集电极和发射极之间的电压进一步升高；所述IGBT配置保护装置还用于对集电极和发射极之间的电压进行采样，配合完成短路功能的实现，所述IGBT配置保护装置包括：

门极驱动电阻；

用于接收IGBT驱动信号的连接器；

安装于IGBT辅助GE极上的电极端子。

2.根据权利要求1所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述模块还包括用于固定高压端子盒和IGBT的水冷基板。

3.根据权利要求2所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述IGBT与水冷基板相接触的一面上涂覆有导热硅脂层。

4.根据权利要求2所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述模块还设有一框架，所述水冷基板与框架固定安装。

5.根据权利要求4所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述低压连接器与框架固定安装。

6.根据权利要求4所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述框架上固定安装有若干门极驱动组件。

7.根据权利要求6所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述IGBT触发装置与门极驱动组件固定对应安装。

8.根据权利要求2所述的IGBT双管并联功率模块，其特征在于，所述模块还包括若干与水冷基板固定安装的支撑端子。