CN106329952A - 功率模块模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了功率模块模组，包括IGBT模块组、IGBT驱动板、IGBT模块组的散热器、连接IGBT模块的直流母排、IGBT模块并联的交流铜排、电容组、正、负母线铜排和中间绝缘层，IGBT模块、IGBT驱动板、直流母排和交流铜排对称布置在散热器的两侧，直流母排与正、负母线铜排和中间绝缘层共同通过电容组的输出端子连接成一体。本发明涉及的功率模块模组可以降低IGBT模块的杂散电感，降低IGBT模块的关断过电压；IGBT模块可以布置在散热器两边，结构更加紧凑，提高了功率密度；交流铜排路径相同，IGBT均流更优，可靠性更高。

Description

功率模块模组

技术领域

本发明属于电子设备领域，具体涉及功率模块模组。

背景技术

近年来功率半导体发展迅速，功率半导体的密度不断提高，新器件更新速度加快，大功率电力电子逆变器，尤其是风电变流器、光伏逆变器、通用变频器、储能变流器等十分受限于IGBT模块的发展，随着新型IGBT模块的发展，未来IGBT模块的综合损耗更低、效率更高、体积更小，大功率电力电子逆变器也向开关频率更高、体积更小、成本更低的方向发展。但是，相比于IGBT模块，无源器件(电容、电阻)和散热系统等发展缓慢，制约了逆变器的功率密度提升，要提高逆变器的功率密度，必须设计合理的IGBT功率模块，目前常见的IGBT功率模块存在多种结构形式，但是存在以下缺陷：1、体积大，维护困难：通常功率模块配置一定数量的母线电容，功率模块的体积增加、重量增加，维护困难，更换功率模块过程复杂、维护困难；2、功率密度低：为了提高功率密度，功率模块通常采用液冷方式散热，但是配置一定数量的母线电容后，需要为电容设置专门的风道，由于模块数量增加，需要配置等量的风道，而风冷散热效果相对较低，制约了功率密度的提升。而传统解决电容散热的方式为把电容放置在功率模块的液冷散热器上，以提高散热能力，但是需要增加液冷散热器的体积，功率模块的功率密度还是受到制约；3、可靠性低：传统的IGBT功率模块和直流侧电容分开，功率模块虽然体积小，但是IGBT模块杂散电感增加，IGBT器件可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是设计出一种通过设置镜像连接在散热器上的IGBT功率模块组、折弯的直流母排、一块驱动板和交流铜排解决在增加功率密度的同时降低杂散电感的问题。

为解决上述问题，本发明提出功率模块模组。

本发明所采用的技术方案是：

功率模块模组，包括：

IGBT功率模块组，所述IGBT功率模块组由IGBT功率模块结构并排组成，IGBT功率模块结构包括IGBT模块组、IGBT驱动板、直流母排、交流铜排和散热器；IGBT模块组，所述IGBT模块组由IGBT模块并联组成；IGBT驱动板，所述IGBT驱动板连接IGBT模块组，位于IGBT模块组外侧；直流母排，所述直流母排一端连接IGBT模块组，另一端与电容模组连接，位于IGBT模块组外侧；交流铜排，所述交流铜排一端连接IGBT模块组，位于IGBT驱动板外侧；散热器，所述散热器连接IGBT模块组；

电容模组，所述电容模组包括电容组、正母线铜排、中间绝缘层和负母线铜排，正母线铜排、中间绝缘层、负母线铜排和直流母排均利用电容组的输出端子作为连接点，正母线铜排、中间绝缘层和负母线铜排位于电容组和直流母排之间。

优选的，所述散热器两侧各连接一个IGBT模块组，IGBT模块组及与之相连接的IGBT驱动板、直流母排和交流铜排以散热器为对称面镜像对称，一块散热器连接两个IGBT模块组，增加功率密度，降低成本，器件对称分布，则降低随着器件的增加带来的IGBT模块的不均流。

优选的，所述直流母排采用正负母排叠层方式，并折弯90度，与每个IGBT模块的直流端子连接，采用正负母排叠层的方式与直流侧母线铜排连接，并且以折弯90度的方式连接至直流侧母线铜排，可以降低IGBT模块直流母排换流回路的杂散电感，降低IGBT模块的关断过电压，提高IGBT器件的安全性和可靠性。

优选的，所述交流铜排与每个IGBT模块的交流端子连接，另一端与IGBT模块组中的每个IGBT模块交流端子的距离相同，交流铜排一端连接至多个IGBT模块的交流端子，另一端连接输出铜排，是为了提高多个IGBT模块的均流度。

优选的，所述IGBT驱动板由并联的IGBT模块驱动板合并成一块驱动板，并与每个IGBT模块连接，连线位置位于IGBT模块组的中间位置，为了减少驱动线缆和提供连接可靠性，可以将并联的多个IGBT模块驱动板合并成一块驱动板，连线位置处于中间可以提高驱动信号的一致性。

本发明具有以下优点及效果：

1、本发明的IGBT功率模块和直流侧电容分开，功率模块体积小，维护简单，更换IGBT模块成本低。

2、本发明由至少两个IGBT功率模块并联成IGBT功率模块组，并对称分布在散热器两侧，在同样的面积内，增加功率密度，降低功率模块的制造成本，同时对称的设置可以避免IGBT模块不均流。

3、本发明的IGBT模块直流母排采用正负母排叠层的方式与直流侧母线铜排连接，并且以折弯90度的方式连接至直流侧母线铜排，可以降低IGBT模块直流母排换流回路的杂散电感，同时未使用IGBT吸收电容，避免吸收电容由于发热量较大容易失效，并进一步降低成本。

4、本发明的IGBT模块交流铜排一端连接多个IGBT模块的交流端子，另一端连接输出铜排，交流铜排的另一端需要与多个IGBT模块交流端子的距离等长，提高多个IGBT模块的均流度。

5、本发明的正母线铜排、中间绝缘层、负母线铜排和直流母排均利用电容组的输出端子作为连接点，减少正、负母线铜排的开孔数量，减小换流回路的杂散电感，降低IGBT模块的关断过电压，提高可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明功率模组的爆炸图；

图2为本发明功率模组的第一实施例结构示意图；

图3为本发明功率模块结构的爆炸图标号说明；

图4为本发明功率模组的第二实施例结构示意图。

IGBT模块1；IGBT驱动板2；散热器3；直流母排4；交流铜排5；

负母线铜排6；中间绝缘层7；正母线铜排8；电容组9。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：如图1至3所示，本发明所涉及的功率模块模组，包括IGBT功率模块和电容模组，IGBT功率模块由三个IGBT功率模块结构并排组成，电容模组包括电容组9、正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6。

IGBT功率模块结构，包括IGBT模块组、IGBT驱动板2、IGBT模块的散热器3、连接IGBT模块的直流母排4以及用于并联IGBT模块的交流铜排5。IGBT模块组由两个IGBT模块1并联组成，安装在液冷散热器3上，其IGBT模块1可以是目前常用的1000A功率模块(例如德国英飞凌第四代的FF1000R17IE4，也可以是后续相同封装尺寸的第五代FF1800R17IP5)，还可以是碳化硅半导体(SiC)和氮化镓半导体(GaN)新器件；驱动板2安装在两个IGBT模块上，两个IGBT模块驱动板合并成一块驱动板2，其连线位置位于两个IGBT模块1的中间；散热器3的冷却液入口位于冷却液出口的下方；IGBT模块直流母排4包括正母排、负母排和用于正负母排绝缘的绝缘膜，正母排和负母排一端连接IGBT模块1的直流端子，其另一端连接至直流侧母线铜排，正负母排以叠层的方式与直流侧母线铜排连接，并且以折弯90度的方式连接至直流侧母线铜排，直流母排4可以是普通的铜排，也可以是BUSBAR方式的叠层母排；交流铜排5一端连接至两个IGBT模块的交流端子，另一端连接输出铜排，交流铜排5的另一端需要保持与两个IGBT模块交流端子的距离等长；IGBT模块1、驱动板2、、直流母排4、交流铜排5分别布置在散热器3的两侧，并呈镜像对称分布。

电容组9为36个电容并排组成的电容池，正母线铜排8和负母线铜排6可以选择普通的铜排方式，也可以为与中间绝缘层7压结成BUSBAR方式的叠层母排，正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6共用电容组9的输出端子作为连接点，电容模组以电容组9、正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6的顺序连接，然后通过电容组9的输出端子将IGBT功率模块的直流母排4连接到负母线铜排6上，连接成一体。

实施例2：如图4所示,本发明所涉及的功率模块模组，包括IGBT功率模块和电容模组，IGBT功率模块由三个IGBT功率模块结构并排组成，电容模组包括电容组9、正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6。

IGBT功率模块结构，包括IGBT模块组、IGBT驱动板2、IGBT模块的散热器3、连接IGBT模块的直流母排4以及用于并联IGBT模块的交流铜排5。IGBT模块组由两个IGBT模块1并联组成，安装在液冷散热器3上，其IGBT模块1可以是目前常用的1000A功率模块(例如德国英飞凌第四代的FF1000R17IE4，也可以是后续相同封装尺寸的第五代FF1800R17IP5)，还可以是碳化硅半导体(SiC)和氮化镓半导体(GaN)新器件；驱动板2安装在两个IGBT模块上，两个IGBT模块驱动板合并成一块驱动板2，其连线位置位于两个IGBT模块1的中间；散热器3的冷却液入口位于冷却液出口的下方；IGBT模块直流母排4包括正母排、负母排和用于正负母排绝缘的绝缘膜，正母排和负母排一端连接IGBT模块1的直流端子，其另一端连接至直流侧母线铜排，正负母排以叠层的方式与直流侧母线铜排连接，并且以折弯90度的方式连接至直流侧母线铜排，直流母排4可以是普通的铜排，也可以是BUSBAR方式的叠层母排；交流铜排5一端连接至两个IGBT模块的交流端子，另一端连接输出铜排，交流铜排5的另一端需要保持与两个IGBT模块交流端子的距离等长；IGBT模块1、驱动板2、、直流母排4、交流铜排5分别布置在散热器3的两侧，并呈镜像对称分布。

电容组9为36个电容并排组成的电容池，正母线铜排8和负母线铜排6可以选择普通的铜排方式，也可以为与中间绝缘层7压结成BUSBAR方式的叠层母排，正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6共用电容组9的输出端子作为连接点，电容模组以电容组9、正母线铜排8、中间绝缘层7和负母线铜排6的顺序连接，然后通过电容组9的输出端子将IGBT功率模块的直流母排4连接到负母线铜排6上，连接成一体。

然后两个功率模块模组通过上端功率模块模组的正母线铜排8上的开口和下端功率模块模组的负母线铜排6上的开口固定连接成一体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.功率模块模组，其特征在于，包括：

IGBT功率模块组，所述IGBT功率模块组由IGBT功率模块结构并排组成，IGBT功率模块结构包括IGBT模块组、IGBT驱动板、直流母排、交流铜排和散热器；IGBT模块组，所述IGBT模块组由IGBT模块并联组成；IGBT驱动板，所述IGBT驱动板连接IGBT模块组，位于IGBT模块组外侧；直流母排，所述直流母排一端连接IGBT模块组，另一端与电容模组连接，位于IGBT模块组外侧；交流铜排，所述交流铜排一端连接IGBT模块组，位于IGBT驱动板外侧；散热器，所述散热器连接IGBT模块组；

电容模组，所述电容模组包括电容组、正母线铜排、中间绝缘层和负母线铜排，正母线铜排、中间绝缘层、负母线铜排和直流母排均利用电容组的输出端子作为连接点，正母线铜排、中间绝缘层和负母线铜排位于电容组和直流母排之间。

2.根据权利要求1所述的功率模块模组，其特征在于，所述散热器两侧各连接一个IGBT模块组，IGBT模块组及与之相连接的IGBT驱动板、直流母排和交流铜排以散热器为对称面镜像对称。

3.根据权利要求1所述的功率模块模组，其特征在于，所述直流母排采用正负母排叠层方式，并折弯90度，与每个IGBT模块的直流端子连接。

4.根据权利要求1所述的功率模块模组，其特征在于，所述交流铜排与每个IGBT模块的交流端子连接，另一端与IGBT模块组中的每个IGBT模块交流端子的距离相同。

5.根据权利要求1所述的功率模块模组，其特征在于，所述IGBT驱动板由并联的IGBT模块驱动板合并成一块驱动板，并与每个IGBT模块连接，连线位置位于IGBT模块组的中间位置。