CN104734467A - 吊装式层叠结构功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气技术领域，具体是一种吊装式层叠结构功率模块，包括散热器、支撑电容、驱动板、若干IGBT管、其他电路器件以及复合母排，还包括绝缘屏蔽支撑板，固定于散热器底板下方的功率模块框架。本发明所述的吊装式层叠结构功率模块相比于现有其他结构，具有如下有益效果：（1）支撑电容安装于下方，有效地缩短了主电路与支撑电容之间的距离，提高了支撑电容对直流母线的滤波效果；（2）支撑电容与功率模块可拆分的结构，降低了功率模块的总重量，方便安装维护；（3）复合母排的结构有效地减少了不同电压之间的电磁干扰，满足了低感要求，还使得支撑电容与其他电路器件的连接更方便快捷。

Description

吊装式层叠结构功率模块
技术领域
    本发明涉及电气技术领域，具体是一种吊装式层叠结构功率模块。
背景技术
随着电力机车交流传动技术的发展，采用大功率IGBT为开关元件的变流器应用日益广泛，为了合理利用变流器内空间及便于维护，将多个IGBT器件和驱动电路系统集成安装，形成功率模块单元。在实际应用中，功率模块的体积受变流柜内安装空间的限制，需要采用不同的结构来达到体积需求。
目前的功率模块安装方式多采用抽屉式、插拔式，但是动车变流柜内空间有限，易使风冷散热器受损。
发明内容
    本发明为了满足有限空间变流柜内安装功率模块，提供了一种吊装式层叠结构功率模块。
本发明是通过以下技术方案实现的：吊装式层叠结构功率模块，包括包括散热器、支撑电容、驱动板、若干IGBT管、其他电路器件以及复合母排，还包括绝缘屏蔽支撑板，固定于散热器底板下方的功率模块框架；
所述复合母排包括三层L型母排同向叠放组成的上分体复合母排，两层扁平状母排叠放组成的下分体复合母排，相邻母排之间填充有绝缘材料，所述上分体复合母排上设有用于连接电路器件的接口，上分体复合母排的其中一层L型母排上引出交流输出端子，下分体复合母排的其中一层扁平状母排上引出用于输入正向直流电压的正向端子，下分体复合母排的另一层扁平状母排上引出用于输出负向直流电压的负向端子，下分体复合母排的两层扁平状母排通过搭接端子分别连接于上分体复合母排的其他两层L型母排上；
绝缘屏蔽支撑板包括其内可容纳支撑电容的凹形板，由凹形板两端分别向外一体延伸出的连接板，凹形板两侧的连接板上均开有若干安装孔，所述凹形板和连接板均是由聚碳酸酯材料制成的；
复合母排吊装于功率模块框架内部，且IGBT管紧贴散热器底板下方相对应的安装于上分体复合母排上部，其他电路器件安装于上分体复合母排和下分体复合母排之间，凹形板开口朝下通过安装孔螺栓安装于功率模块框架下方，功率模块框架下方左右两侧均安装有两连接柱，支撑电容通过连接柱上的安装孔固定于功率模块框架下的凹形板内；驱动板固定支撑于功率模块框架左右两侧的驱动板支撑板上，两侧驱动板支撑板上分别固定有一电源连接器。
本发明所述的吊装式层叠结构功率模块相比于现有其他结构，具有如下有益效果：
（1）支撑电容安装于下方，有效地缩短了主电路与支撑电容之间的距离，提高了支撑电容对直流母线的滤波效果；
（2）支撑电容与功率模块可拆分的结构，降低了功率模块的总重量，方便安装维护；
（3）复合母排的结构有效地减少了不同电压之间的电磁干扰，满足了低感要求，还使得支撑电容与其他电路器件的连接更方便快捷；
（4）支撑电容独立地安装于功率模块框架下方，进一步简化了装置结构，缩小体积；
（5）驱动板支撑于功率模块框架左右两侧的驱动板支撑板上，其与IGBT管的安装面相垂直，有效地减少其他电路器件对驱动板的干扰；受变流柜内空间的限制，本发明所述的层叠式功率模块在性能达到要求的同时，体积做到最小。
附图说明
图1为本发明所述吊装式层叠结构功率模块的立体结构示意图。
图2为本发明所述吊装式层叠结构功率模块的另一立体结构示意图。
图3为复合母排的结构示意图。
图4为绝缘屏蔽支撑板的结构示意图。
图5为实施例所述功率模块的电路原理图。
图中：1-支撑电容，2-凹形板，3-连接板，4-安装孔，5-散热器，6-驱动板，7-功率模块框架，8-上分体复合母排，9-下分体复合母排，10-接口，11-交流输出端子，12-正向端子，13-负向端子，14-连接柱，15-驱动板支撑板，16-连接部，17-电源连接器。
具体实施方式
    为了更好地让本发明被理解，将本发明所述功率模块应用于图5所示的功率模块单元中，吊装式层叠结构功率模块，包括包括散热器5、支撑电容1（FC）、驱动板6、若干IGBT管（B1至B3，H1至H3）、其他电路器件（图5所示的吸收电容C1至C2、放电电阻R1）以及复合母排，还包括绝缘屏蔽支撑板，固定于散热器5底板下方的功率模块框架7；
所述复合母排（参见图3）包括三层L型母排同向叠放组成的上分体复合母排8，两层扁平状母排叠放组成的下分体复合母排9，相邻母排之间填充有绝缘材料，所述上分体复合母排8上设有用于连接电路器件的接口10，上分体复合母排8的其中一层L型母排上引出交流输出端子11，下分体复合母排9的其中一层扁平状母排上引出用于输入正向直流电压的正向端子12，下分体复合母排9的另一层扁平状母排上引出用于输出负向直流电压的负向端子13，下分体复合母排9的两层扁平状母排通过搭接端子分别连接于上分体复合母排8的其他两层L型母排上；
绝缘屏蔽支撑板（参见图4）包括其内可容纳支撑电容1的凹形板2，由凹形板2两端分别向外一体延伸出的连接板3，凹形板2两侧的连接板3上均开有若干安装孔4，所述凹形板2和连接板3均是由聚碳酸酯材料制成的；
复合母排吊装于功率模块框架7内部，且IGBT管紧贴散热器5底板下方相对应的安装于上分体复合母排8上部，其他电路器件安装于上分体复合母排8和下分体复合母排9之间，凹形板2开口朝下通过安装孔4螺栓安装于功率模块框架7下方，功率模块框架7下方左右两侧均安装有两连接柱14，支撑电容1通过连接柱14上的安装孔固定于功率模块框架7下的凹形板2内；驱动板6固定支撑于功率模块框架7左右两侧的驱动板支撑板15上，两侧驱动板支撑板15上分别固定有一电源连接器17。
参见图3，所述搭接端子为两个呈L型的连接部16，两个连接部16的一边分别连接于上分体复合母排8和下分体复合母排9上，两个连接部16的另一边之间相连接。上述结构的搭接方式可将电感控制在50nH以内。所述每层母排上外封有聚酯薄膜，然后层与层之间以绝缘材料间隔，压制封装而成。选用的绝缘材料最好采用可使复合母排工作在-40℃～+75℃，存储在-40℃～+85℃的环境中。
   具体实施时，对于高电压、高功耗IGBT的散热，传统散热器不能达到如此高要求的散热量，采用带小翅的异性翅片散热器，可有效地提高散热器5的散热性能。
    参见图2以及图5，对于高压电路部分，IGBT配置板装配于IGBT管旁边，复合母排完成IGBT的三相逆变主电路、吸收电路、支撑电容1的连接。复合母排的4个电连接端子为DC+（正向端子12）、DC-（负向端子13）为整个功率模块的直流输入端，U、V、W为功率模块的三相交流输出端（交流输出端子11）。
    对于低压电路部分，驱动信号和反馈信号通过光纤传输；功率模块与变流柜之间的低压15V电源、中压110V电源和电源屏蔽线接口采用双绞屏蔽线，屏蔽层接地；散热器5上装有热敏开关，中压110V电源为热敏开关电源，有效地做到功率模块的过热保护。

Claims (1)

1.吊装式层叠结构功率模块，包括包括散热器（5）、支撑电容（1）、驱动板（6）、若干IGBT管、其他电路器件以及复合母排，其特征在于，还包括绝缘屏蔽支撑板，固定于散热器（5）底板下方的功率模块框架（7）；
所述复合母排包括三层L型母排同向叠放组成的上分体复合母排（8），两层扁平状母排叠放组成的下分体复合母排（9），相邻母排之间填充有绝缘材料，所述上分体复合母排（8）上设有用于连接电路器件的接口（10），上分体复合母排（8）的其中一层L型母排上引出交流输出端子（11），下分体复合母排（9）的其中一层扁平状母排上引出用于输入正向直流电压的正向端子（12），下分体复合母排（9）的另一层扁平状母排上引出用于输出负向直流电压的负向端子（13），下分体复合母排（9）的两层扁平状母排通过搭接端子分别连接于上分体复合母排（8）的其他两层L型母排上；
绝缘屏蔽支撑板包括其内可容纳支撑电容（1）的凹形板（2），由凹形板（2）两端分别向外一体延伸出的连接板（3），凹形板（2）两侧的连接板（3）上均开有若干安装孔（4），所述凹形板（2）和连接板（3）均是由聚碳酸酯材料制成的；
复合母排吊装于功率模块框架（7）内部，且IGBT管紧贴散热器（5）底板下方相对应的安装于上分体复合母排（8）上部，其他电路器件安装于上分体复合母排（8）和下分体复合母排（9）之间，凹形板（2）开口朝下通过安装孔（4）螺栓安装于功率模块框架（7）下方，功率模块框架（7）下方左右两侧均安装有两连接柱（14），支撑电容（1）通过连接柱（14）上的安装孔固定于功率模块框架（7）下的凹形板（2）内；驱动板（6）固定支撑于功率模块框架（7）左右两侧的驱动板支撑板（15）上，两侧驱动板支撑板（15）上分别固定有一电源连接器（17）。
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