CN107809166A - 一种变流器igbt功率模块 - Google Patents

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丁云
陈明翊
李彦涌
魏海山
邹杰
彭银中
廖军
王雄
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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Abstract

本发明提供一种变流器IGBT功率模块，包括散热组件及两组功率开关组件，两组所述功率开关组件对称布置于所述散热组件的左右两侧，所述功率开关组件包括依次叠加布置的IGBT器件、直流母排、交流母排，所述IGBT器件安装于所述散热组件上。本发明具有集成度高、体积小，重量轻的优点。

Description

一种变流器IGBT功率模块
技术领域
本发明涉及变流领域，尤其涉及一种变流器IGBT功率模块。
背景技术
IGBT变流器功率模块作为牵引变流器的核心部件，在轨道交通领域应用十分广泛。现有的IGBT变流器功率模块通常采用集成式设计，将散热器、IGBT、支撑电容、低感母排、门极驱动板、脉冲分配板、温度继电器等零部件集成在一起，构成一个独立的功能单元结构，可以完成整流、逆变或斩波等变流功能，并可以作为一个独立的部件从变流器中安装和拆卸。但现有的IGBT变流器功率模块存在以下问题：
1)功率模块安装维护不便。功率模块与变流器主电路之间的连接使用螺栓紧固，由于变流器中功率模块的安装空间有限，螺栓的紧固、拆卸操作及其不便，且耗时较长。
2)功率模块种类繁多。现有功率模块功能单一，仅能实现整流、逆变或者斩波其中一种功能，而在完整的牵引变流器中通常包括多种变流器模块，造成功率模块设计、维护和管理不便。
3)模块结构复杂，组装过程繁琐。
4)小型化和轻量化不够。现有功率模块中，功率开关器件(如IGBT元件)均布置在散热器一侧，造成功率模块体积大，功率密度小，需占用安装空间大；且现有功率模块含有支撑电容，其重量重，造成模块的安装、拆卸及后期维护不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种集成度高、体积小，重量轻的变流器IGBT功率模块。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种变流器IGBT功率模块，包括散热组件及两组功率开关组件，两组所述功率开关组件对称布置于所述散热组件的左右两侧，所述功率开关组件包括依次叠加布置的IGBT器件、直流母排、交流母排，所述IGBT器件安装于所述散热组件上。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述功率开关组件还包括支撑框架，所述支撑框架设于所述交流母排与直流母排相对的一侧；所述支撑框架上设有IGBT功率模块控制电路的输入接口。
所述功率开关组件还包括安装在支撑框架上的控制板，所述控制板上设有用于控制IGBT功率模块电路的脉冲分配板及门极驱动板。
所述功率开关组件还包括外盖，所述外盖通过紧固件安装于所述支撑框架上，所述外盖上设有散热孔。
所述散热组件的后侧设有连接IGBT功率模块和变流器的交流电路的交流连接件，所述交流母排与所述交流连接件连接。
所述散热组件的前侧设有连接IGBT功率模块和变流器的直流电路的直流接线座，所述直流母排与所述直流接线座连接。
所述散热组件的后侧设有快装接头。
所述散热组件与变流器之间设有对接组件，所述对接组件包括导销及与导销配合的导向孔，所述导销设于所述散热组件与变流器的其中一个上，另一个上设有导向孔。
所述散热组件的上侧设有用于将IGBT功率模块固定于变流器的固定螺杆。
所述IGBT器件上用于IGBT器件驱动信号输入及检测的检测件，所述检测件通过紧固件安装于IGBT器件上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用对称式IGBT功率模块，降低了设计及管理难度，且集成度高、功率密度大；对称式IGBT功率模块包括两个IGBT并联桥臂，无支撑电容器和吸收回路，其功率模块体积小、重量轻。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明的分解结构示意图
图2是本发明的主视图
图3是本发明的左视图
图4是本发明的右视图
图5是本发明的俯视图
图6是本发明IGBT功率模块的电路原理框图
图7是本发明IGBT功率模块导销与变流器导向孔对位示意图
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
图中各标号表示：
1、散热组件；2、IGBT器件；3、检测件；4、固定螺杆；5、交流连接件；6、直流接线座；7、直流母排；8、交流母排；9、支撑框架；10、控制插座；11、控制板；12、脉冲分配板；13、门极驱动板；14、外盖；15、快装接头；16、导销；17、导向孔。
具体实施方式
下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1至5所示，本实施例的变流器IGBT功率模块，包括散热组件1及两组功率开关组件，两组功率开关组件对称布置于散热组件1的左右两侧，功率开关组件包括依次叠加布置的IGBT器件2、直流母排7、交流母排8，IGBT器件2安装于散热组件1上。本发明采用对称式IGBT功率模块，降低了设计及管理难度，且集成度高、功率密度大；对称式IGBT功率模块包括两个IGBT并联桥臂，无支撑电容器和吸收回路，其功率模块体积小、重量轻，且功率模块两侧零部件完全一致，又可互换通用，如图6，功率模块采用对称式设计，也使得两侧电路一致，且相互独立、互不干扰。
本实施例中，散热组件1为水冷散热器，散热器的左右两侧为散热面，同时，散热器的两侧面设有IGBT器件2，本实施例中，散热器的两侧面各装四个IGBT器件2，总共八个IGBT器件2，IGBT器件2的数量可根据实际需要进行调整。
本实施例中，散热组件1的后侧设有快装接头15，快装接头的设置实现了以插拔的方式快速连接和断开变流器的水冷系统；同时，快装接头具有泄压功能，可防止因水冷散热器内部压力过大而损坏水冷散热器。
如图7所示，本实施例中，散热组件1与变流器之间设有对接组件，对接组件包括导销16及与导销16配合的导向孔17，本实施例中，导销16设于水冷散热器上，导向孔17设于变流器上，通过导销16与导向孔17的配合，有效实现了功率模块在变流器上精准对位，在其他实施例中，导销16可设于变流器上，导向孔17设于水冷散热器上。
本实施例中，导销16的数量为两个，即采用二级对位设计，第一级大致对位，主要作用是调整功率模块和变流器的大致位置匹配，第二级精确对位，可保证功率模块和变流器对位精度，在第二级精确对位后再开始进行功率模块的水冷回路、交流端与变流器的快速插拔连接，以确保快装接头和快插式交流连接件5不会因为对位不准造成损坏，在其他实施例中，导销16的数量可根据实际情况调整。
本实施例中，散热组件1的上侧设有固定螺杆4，固定螺杆4安装于散热组件1上，固定螺杆4用于将IGBT功率模块固定于变流器的柜体上。本发明通过快装接头15连接变流器的水冷系统、通过对接组件实现与变流器的精准对位、通过固定螺杆4实现功率模块与变流器的有效固定，其组合的方式实现了功率模块的快捷拆装，方便了模块的安装维护。
本实施例中，直流母排7、交流母排8均采用低感母排，有效降低了杂散电感、提升了模块的电气性能，确保IGBT功率模块在高频开关状态下的稳定运行。本实施例中，直流母排7、交流母排8均通过紧固件安装在IGBT器件2上，同时，直流母排7、交流母排8上均安装有接线铜排。
本实施例中，散热组件1的后侧设有交流连接件5，交流连接件5连接IGBT功率模块和变流器的交流主电路，同时，交流母排8与交流连接件5连接，便于IGBT功率模块与变流器进行交流电路连接。本实施例中，散热组件1的前侧设有直流接线座6，直流接线座6用于连接IGBT功率模块和变流器的直流主电路，同时，直流母排7与直流接线座6连接，便于IGBT功率模块与变流器进行直流电路连接。
本实施例中，IGBT器件2上设有检测件3，检测件3通过紧固件安装于IGBT器件2上，用于IGBT器件2驱动信号输入及检测。
本实施例中，功率开关组件还包括支撑框架9，支撑框架9设于交流母排8与直流母排7相对的一侧，支撑框架9用于支撑整体IGBT功率模块；本实施例中，支撑框架9上设有控制插座10，控制插座10为IGBT功率模块控制电路的输入接口，同时，支撑框架9上设有拉手，用于功率模块的安装与搬运。
本实施例中，功率开关组件还包括控制板11，控制板11安装在支撑框架9的外侧，控制板11上安装有一块脉冲分配板12及两块门极驱动板13，脉冲分配板12及门极驱动板13用于进行IGBT功率模块的电路控制。
本实施例中，功率开关组件还包括外盖14，外盖14通过紧固件安装于支撑框架9上，外盖14为铝制外盖，其有效屏蔽了外部干扰信号；同时，外盖14上设有散热孔，散热孔能够将门极驱动板13工作时产生的热量及时散发。
本实施例中，通过输入信号，可选择实施对应的程序，实现整流、斩波和逆变功能，整个变流器中只需要一种功率模块即可实现整流、斩波及逆变功能，避免了变流器中包含多种变流器模块导致的维护管理困难的问题。本实施例中，功率模块可单独实现单相整流功能，或者功率模块组合共同实现斩波、三相逆变功能，使得功率模块功能多样，满足了变流器的应用需求。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种变流器IGBT功率模块，其特征在于，包括散热组件及两组功率开关组件，两组所述功率开关组件对称布置于所述散热组件的左右两侧，所述功率开关组件包括依次叠加布置的IGBT器件、直流母排、交流母排，所述IGBT器件安装于所述散热组件上。
2.根据权利要求1所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述功率开关组件还包括支撑框架，所述支撑框架设于所述交流母排与直流母排相对的一侧；所述支撑框架上设有IGBT功率模块控制电路的输入接口。
3.根据权利要求2所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述功率开关组件还包括安装在支撑框架上的控制板，所述控制板上设有用于控制IGBT功率模块电路的脉冲分配板及门极驱动板。
4.根据权利要求3所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述功率开关组件还包括外盖，所述外盖通过紧固件安装于所述支撑框架上，所述外盖上设有散热孔。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述散热组件的后侧设有连接IGBT功率模块和变流器的交流电路的交流连接件，所述交流母排与所述交流连接件连接。
6.根据权利要求5所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述散热组件的前侧设有连接IGBT功率模块和变流器的直流电路的直流接线座，所述直流母排与所述直流接线座连接。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述散热组件的后侧设有快装接头。
8.根据权利要求7所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述散热组件与变流器之间设有对接组件，所述对接组件包括导销及与导销配合的导向孔，所述导销设于所述散热组件与变流器的其中一个上，另一个上设有导向孔。
9.根据权利要求8所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述散热组件的上侧设有用于将IGBT功率模块固定于变流器的固定螺杆。
10.根据权利要求1至4任意一项所述的变流器IGBT功率模块，其特征在于，所述IGBT器件上用于IGBT器件驱动信号输入及检测的检测件，所述检测件通过紧固件安装于IGBT器件上。
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