CN107370343A - 辅助功率模块及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辅助功率模块及电路，包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT、突波电容、复合母排及支撑电容；所述复合母排包括输入接口和输出接口；所述支撑电容通过所述复合母排与所述IGBT和所述突波电容连接。本发明通过将直流输入接口和逆变输出接口集成到一个复合母排中，同时将支撑电容集成到辅助功率模块中，实现了辅助功率模块的集成化，降低了模块的杂散电感，增加了辅助功率模块的性能和可靠性。

Description

辅助功率模块及电路

技术领域

本发明涉及电源结构技术，尤其涉及一种辅助功率模块及电路。

背景技术

近些年来，随着轨道运输中动力集中式牵引变流系统飞速发展，将牵引控制系统、辅助电源系统、充电机电源系统集成到一个系统之中，形成了一柜体一系统的产品模式。辅助电源系统的功率模块，即变流器的辅助功率模块，作为动力集中式牵引变流系统中辅助电源系统的重要组成部分，它的集成度直接影响到整个动力集中式牵引变流系统中的辅助电源系统的可靠性。

目前，辅助功率模块的主要组成包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)、散热器、突变电容、复合母排、支撑电容以及慢放电电阻。

现有技术中，辅助功率模块采用半模块化设计，即只将IGBT、散热器、突变电阻及复合母排集成到一起，并且辅助功率模块的输入直流复合母排与输出逆变复合母排是两个单独的铜排。这种结构化设计导致辅助功率模块集成度低，并且会增加逆变回路的杂散电感，影响整个辅助电源系统的性能和可靠性。

发明内容

本发明提供一种辅助功率模块及电路，以实现辅助功率模块的集成化，增加了辅助功率模块的性能和可靠性。

本发明提供一种辅助功率模块，包括：

绝缘栅双极型晶体管IGBT、突波电容、复合母排及支撑电容；

复合母排包括输入接口和输出接口；

支撑电容通过复合母排与IGBT和突波电容连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

驱动模块、支撑电容前端安装板和支撑电容后端安装板；

支撑电容通过支撑电容前端安装板与复合母排连接，支撑电容通过支撑电容后端安装板与驱动模块连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

对外接线端子，对外接线端子与复合母排连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

驱动模块还包括：IGBT驱动板、驱动模块安装板、驱动板托盘、滑板；

驱动模块通过驱动模块安装板与支撑电容后端安装板连接；

驱动模块安装板上安装有驱动板托盘，驱动板托盘上设置有滑板，IGBT驱动板通过滑板安装在驱动板托盘上，驱动板托盘与驱动模块安装板连接，驱动模块安装板与支撑电容后端安装板连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

散热器和散热器基板，散热器与散热器基板连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

放电电阻，放电电阻与复合母排的输入接口连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

电压传感器，电压传感器与复合母排连接。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

模块上盖板、功率模块前支撑板和功率模块后支撑板；

模块上盖板与功率模块前支撑板和功率模块后支撑板相连接；

功率模块前支撑板和功率模块后支撑板均采用倒T形，功率模块前支撑板和功率模块后支撑板各开有方形孔；

功率模块前支撑板和功率模块后支撑板安装在所述散热器基板上；

所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板上各设置有模块安装点，所述模块安装点用于辅助所述辅助功率模块安装在柜体中。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

控制线接插件，控制线插接件与电压传感器连接，控制线接插件安装在模块上盖板上。

可选地，上述辅助功率模块，可以包括：

温度传感器和温度开关，温度传感器和温度开关安装在散热器基板上。

本发明提供一种电路，包括：

绝缘栅双极型晶体管IGBT、放电电阻、支撑电容、电压传感器、突波电容；

IGBT、放电电阻、支撑电容、电压传感器与突波电容相互间并联。

本发明提供一种辅助功率模块及电路，通过在将支撑电容集成在辅助功率模块中，并且将输入接口和输出接口集成在一个复合母排中，实现了辅助功率模块的集成化，解决了由于辅助功率模块半模块化导致的杂散电感大的问题，增加了辅助功率模块的性能和可靠性。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种辅助功率模块的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种辅助功率模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种电路的结构示意图。

附图标记说明：

1、散热器； 2、密封胶条；

3、IGBT(VT31、VT32、VT33)； 4、复合母排；

5、放电电阻(R31)； 6、支撑电容(C31A、C31B)；

7、支撑电容前端安装板； 8、功率模块前支撑板；

9、模块上盖板； 10、驱动模块安装板；

11、控制线接插件； 12、IGBT驱动板；

13、驱动板托盘； 14、电压传感器托盘；

15、电压传感器(SV31)； 16、模块接地柱；

17、功率模块后支撑板； 18、突波电容(C32、C33、C34)；

19、温度开关； 20、温度传感器；

21、对外接线端子； 22、支撑电容后端安装板；

23、模块安装点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的一种辅助功率模块的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种辅助功率模块，可以包括：

绝缘栅双极型晶体管IGBT3、突波电容18、复合母排4及支撑电容6；

复合母排4包括输入接口和输出接口；

支撑电容6通过复合母排4与IGBT3和突波电容18连接。

其中，复合母排4的输入接口为直流输入接口，输出接口为逆变输出接口。复合母排4将直流输入回路与逆变输出回路集成为一体排，并在自身引出输入接口和输出接口。

其中，复合母排4通过其直流输入接口将变流系统前端回路的直流网压接入到复合母排4的直流输入端，使得复合母排4可以为车辆中的其他功率器件或电器件提供直流电。复合母排4与支撑电容6连接，使得支撑电容6得以充电，支撑电容6可以稳定直流网压、对辅助功率模块进行无功补偿以及补偿IGBT3开通的瞬时电压。复合母排4与IGBT3连接，IGBT3可将复合母排4输入的直流电转化为交流电，实现三相交流输出。复合母排4与突波电容18连接，突波电容18与IGBT3连接，突波电容18吸收IGBT3关断时产生的尖端电压，对IGBT3进行保护。

需要说明的是，支撑电容6可采用圆通电容，但本发明不限于此。

在本发明实施例中，通过在将支撑电容6集成在辅助功率模块中，并且将输入接口和输出接口集成在一个复合母排4中，实现了辅助功率模块的集成化，解决了由于辅助功率模块的半模块化导致的杂散电感大的问题，增加了辅助功率模块的性能和可靠性。

图2为本发明实施例二提供的一种辅助功率模块的结构示意图，如图2所示，本实施例是在图1所示结构的基础上示出，结合图1，

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：驱动模块，支撑电容前端安装板7和支撑电容后端安装板22；支撑电容6通过支撑电容前端安装板7与复合母排4连接，支撑电容6通过支撑电容后端安装板22与驱动模块连接。

其中，支撑电容6在安装到辅助功率模块时，需要安装板对支撑电容6进行固定，支撑电容前端安装板7与支撑电容后端安装板22用来固定支撑电容6，使得支撑电容6可以与复合母排4和驱动模块进行连接。支撑电容前端安装板7通过螺钉连接在复合母排4上，支撑电容后端安装板22通过螺钉连接在驱动模块上。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：对外接线端子21，对外接线端子21与复合母排4连接。

其中，IGBT3将直流电转化为交流电后，复合母排4的输出接口将交流电输出至对外接线端子21上，对外接线端子21通过线缆将交流电输出到车辆的负载设备上，例如：车辆空调、电热采暖、冷却风机、照明、车门、空气压缩机等。

需要说明的是，对外接线端子21的数量可以是5个，但本发明不限于此，可根据实际应用设置对外接线端子21的数量。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：驱动模块，驱动模块包括：IGBT驱动板12、驱动模块安装板10、驱动板托盘13、滑板；驱动模块通过驱动模块安装板10与支撑电容后端安装板22连接；驱动模块安装板10上安装有驱动板托盘13，驱动板托盘13上设置有滑板，IGBT驱动板12通过滑板安装在驱动板托盘13上，驱动板托盘13与驱动模块安装板10连接，驱动模块安装板10与支撑电容后端安装板22连接。

其中，IGBT3可通过驱动模块中的IGBT驱动板12对IGBT3的门极进行逻辑控制，将直流电转化为交流电。驱动模块中的IGBT驱动板12通过滑板安装在驱动板托盘13上，若IGBT驱动板12出现损坏或需要维修时，在更换IGBT驱动板12时，只需将驱动板托盘13上的滑板从驱动板托盘13上的滑道内取出，便可拆卸IGBT驱动板12。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：散热器1和散热器基板，散热器1与散热器基板连接。

在车辆行驶的过程中，需要对辅助功率模块的部件进行散热，需在辅助功率模块中设置有散热器1。可选地，为了保证辅助功率模块的密封性，在散热器基板的底面上可贴上密封胶条2。

需要说明的是，散热器1可采用铝制型材散热器，也可采用热管散热器，但本发明不以此为限。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：放电电阻5，放电电阻5与复合母排4的所述输入接口连接。

其中，放电电阻5在辅助功率模块停止工作时，对支撑电容6进行放电，使整个辅助功率模块在不工作的状态下处于无电压的安全状态。可选地，本实施例中的放电电阻5可采用薄膜陶瓷电阻，但本实施例不限于此。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：电压传感器15，电压传感器15与复合母排4连接。

其中，电压传感器15的正接口和复合母排4的正接口连接，电压传感器15的负接口和复合母排4的负接口连接，电压传感器15通过与复合母排4的连接可以检测复合母排4输入接口的直流电压，监控辅助功率模块的工作情况。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：模块上盖板9、功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17；模块上盖板9与功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17相连接；功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17均采用倒T形，功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17各开有方形孔；功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17安装在散热器基板上，功率模块前支撑板和功率模块后支撑板上各设置有模块安装点23，模块安装点23用于辅助所述辅助功率模块安装在柜体中。

其中，支撑电容前端安装板7和支撑电容后端安装板22通过螺钉分别与功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17相连，功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17通过螺钉固定在散热器基板上，模块上盖板9通过螺钉与功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17相连接，上述连接构成了整个辅助功率模块的主要框架。在功率模块后支撑板17上通过电压传感器托盘14将电压传感器15安装在辅助功率模块中。

功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17均采用倒T形，可增加功率模块前支撑板8和功率模块后支撑板17的支撑力，增强了整个辅助功率模块的结构强度。同时，在功率模块前支撑板8上开有方形孔，便于给支撑电容6散热，并达到减重的目的，在功率模块后支撑板17上也开有方形孔，便于辅助功率模块中控制线走线，并使模块走线更加美观，同时具有减重的效果。

在功率模块前支撑板和功率模块后支撑板上各设置有模块安装点23，在功率模块前支撑板上设置的模块安装点23与在功率模块后支撑板上设置的模块安装点23为斜对角设置，模块安装点23的内部设置有螺纹，在模块安装点23上可安装圆形吊耳或其他辅助安装部件，在辅助功率模块需要安装在柜体中时，可以利用模块安装点23，并结合辅助安装部件，将辅助功率模块安装在柜体中。例如，可在模块安装点上安装圆形吊耳，将线缆穿管圆形吊耳，可利用机械结合线缆，将辅助功率模块安装在柜体里，大大地减少了安装时人工的繁琐性。

可选地，在功率模块后支撑板17上可安装有模块接地柱16，模块接地柱16可使辅助功率模块接地，减少外界干扰电流对辅助功率模块的影响。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：控制线接插件11，控制线插接件11与电压传感器15连接，控制线接插件11安装在模块上盖板9上。

其中，车辆的变流辅助柜内所有与辅助功率模块相连接的控制线，均可通过控制线接插件11与辅助功率模块进行连接，并且所有与辅助功率模块相连接的控制线均可通过控制线接插件11实现直接插拔拆卸，便于辅助功率模块的装配与维护。

进一步地，一种辅助功率模块还可以包括：温度传感器20和温度开关19，温度传感器20和温度开关19安装在散热器基板上。

其中，温度传感器20安装在散热器基板上，可以通过温度传感器20检测IGBT3等大功率元器件的温度，同时，在散热器基板上安装有温度开关19，当温度传感器20检测到IGBT3等大功率元器件的温度大于程序预设的温度时，温度开关19则切断辅助功率模块的直流输入电流。通过在辅助功率模块上安装温度传感器20和温度开关19，可以保证辅助功率模块运行的安全性。

需要说明的是，上述各实施例中辅助功率模块在放置时，既可以采用水平放置，也可以采用竖直放置，也可以采用吊挂放置。由于支撑电容6通过螺钉分别安装在支撑电容前端安装板7和支撑电容后端安装板22上，螺钉的预紧力可以抵消支撑电容6自身的重力，可使得支撑电容6无论是在水平放置、竖直放置还是在吊挂放置时，都可以很好的固定在辅助功率模块中，从而使得整个辅助功率模块也可以采用水平放置、竖直放置或吊挂放置。

在本发明实施例中，通过将驱动模块、对外接线端子21、散热器1、放电电阻5、电压传感器15、控制线接插件11、温度传感器20和温度开关19集成在辅助功率模块中，同时支撑电容前端安装板7、支撑电容后端安装板22、功率模块前支撑板8、功率模块后支撑板17、模块上盖板9，散热器基板构成辅助功率模块的主要框架，使得辅助功率模块的集成度更高，实现了辅助功率模块由半模块化到集成式的一个转变，解决了由于辅助功率模块的杂散电感大而导致的模块可靠性低的问题。

图3为本发明实施例一提供的一种电路的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的一种电路，可以包括：

绝缘栅双极型晶体管IGBT3、放电电阻5、支撑电容6、电压传感器15、突波电容18；IGBT3、放电电阻5、支撑电容6、电压传感器15与突波电容18相互间并联。

本实施例所提供的电路，可以用于执行图1所示装置实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

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 (11)

1.一种辅助功率模块，其特征在于，包括：

绝缘栅双极型晶体管IGBT、突波电容、复合母排及支撑电容；

所述复合母排包括输入接口和输出接口；

所述支撑电容通过所述复合母排与所述IGBT和所述突波电容连接。

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，还包括：驱动模块、支撑电容前端安装板和支撑电容后端安装板；

所述支撑电容通过所述支撑电容前端安装板与所述复合母排连接，所述支撑电容通过所述支撑电容后端安装板与所述驱动模块连接。

3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，还包括：对外接线端子，所述对外接线端子与所述复合母排连接。

4.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述驱动模块还包括：IGBT驱动板、驱动模块安装板、驱动板托盘、滑板；

所述驱动模块通过所述驱动模块安装板与所述支撑电容后端安装板连接；

所述驱动模块安装板上安装有所述驱动板托盘，所述驱动板托盘上设置有所述滑板，所述IGBT驱动板通过所述滑板安装在所述驱动板托盘上，所述驱动板托盘与所述驱动模块安装板连接，所述驱动模块安装板与所述支撑电容后端安装板连接。

5.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，还包括：散热器和散热器基板，所述散热器与所述散热器基板连接。

6.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，还包括：放电电阻，所述放电电阻与所述复合母排的所述输入接口连接。

7.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，还包括：电压传感器，所述电压传感器与所述复合母排连接。

8.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，还包括：模块上盖板、功率模块前支撑板和功率模块后支撑板；

所述模块上盖板与所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板相连接；

所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板均采用倒T形，所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板各开有方形孔；

所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板安装在所述散热器基板上；

所述功率模块前支撑板和所述功率模块后支撑板上各设置有模块安装点，所述模块安装点用于辅助所述辅助功率模块安装在柜体中。

9.根据权利要求8所述的模块，其特征在于，还包括：控制线接插件，所述控制线插接件与电压传感器连接，所述控制线接插件安装在所述模块上盖板上。

10.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，还包括：温度传感器和温度开关，所述温度传感器和所述温度开关安装在所述散热器基板上。

11.一种电路，其特征在于，包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT、放电电阻、支撑电容、电压传感器和突波电容；

所述IGBT、所述放电电阻、所述支撑电容、所述电压传感器与所述突波电容相互间并联。