CN108075619A - 一种单相功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相功率模块，包括：散热器(1)和设置在所述散热器(1)上的功率器件模块(2)；所述功率器件模块(2)沿长度延伸方向与所述散热器(1)的通风方向不平行。由于功率器件模块沿长度延伸方向与散热器的通风方向不平行，在实际设计过程中减小了散热器的长度，这样，既减少风阻，又减少了热积累，因此，提高了单相功率模块的散热性能。

Description

一种单相功率模块

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域，尤其涉及一种单相功率模块。

背景技术

动态扰动保护系统是一种复杂的电力电子设备，其技术涉及电力电子技术、控制技术、结构设计、电气设计等，功率模块是动态扰动保护系统的核心部件，功率模块的性能影响设备的整体性能，功率模块内部涉及到IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)、散热器、电容、散热风机等主要器件，这些器件的摆放位置，对功率模块的性能至关重要，一款高性能的功率模块可以降低整个设备的故障率，提高设备的可靠性。

IGBT是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体型场效应管)与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点，又具有双极晶体管饱和电压低、电流容量大、耐压高等优点，能正常工作于几十KHz(千赫兹)频率范围内，故IGBT在较高频率的大、中功率设备(如变频器、高频焊机等)应用中占据了主导地位。

本发明的发明人在对现有技术进行研究时，发现存在以下问题：

现有技术中的功率模块的散热性较差，经常会出现由于功率模块的散热性较差而导致的功率模块烧毁；或，现有技术中的功率模块的杂散电感较大，会导致尖峰电压过高而损毁功率模块。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的旨在提供一种单相功率模块，用以解决现有技术功率模块的散热性较差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种单相功率模块，包括：散热器和设置在所述散热器上的功率器件模块；

所述功率器件模块沿长度延伸方向与所述散热器的通风方向不平行。

优选地，所述功率器件模块沿长度延伸方向与所述散热器的通风方向垂直。

优选地，所述散热器的通风方向为与水平地面垂直的方向。

优选地，单相功率模块还包括若干电容，至少一个所述电容从正极指向负极的方向与所述功率器件模块从正极指向负极的方向一致。

优选地，由若干所述电容组成的电容组位于所述功率器件模块的左侧或右侧，且不位于所述散热器的通风方向上。

优选地，所述电容组以所述功率器件模块为对称轴而对称设置。

优选地，单相功率模块还包括母排，用于连接所述电容和所述功率器件。

优选地，所述母排为复合母排。

优选地，单相功率模块还包括位于所述散热器上方的第一散热风机；和/或，位于所述散热器下方的第二散热风机。

优选地，所述第一散热风机和所述第二散热风机以所述功率器件模块为对称轴而对称设置。

相比于现有技术，本发明的方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供的单相功率模块，包括：散热器和设置在散热器上的功率器件模块；功率器件模块沿长度延伸方向与、散热器的通风方向不平行。由于功率器件模块的形状为长方形，而本发明实施例中功率器件模块沿长度延伸方向与散热器的通风方向不平行，在实际设计过程中减小了散热器的长度，这样，既减少风阻，又减少了热积累，因此，提高了单相功率模块的散热性能。

并且，本发明实施例功率器件模块沿长度延伸方向与散热器的通风方向垂直；这种设计方式能够进一步减小散热器的长度，进一步减少风阻，进一步减少热积累，极大的提高了单相功率模块的散热性能。

此外，由于本发明实施例提供的散热器的通风方向为与水平地面垂直的方向，这种设计方式能够产生烟囱效应，更有利于散热器的散热。

此外，本发明实施例提供的单相功率模块还包括若干电容，至少一个电容从正极指向负极的方向与功率器件模块从正极指向负极的方向一致；当电容从正极指向负极的方向与功率器件模块从正极指向负极的方向一致时，环路包围面积最小，这时能够降低杂散电感，从而降低了单相功率模块的尖峰电压，有效的保证了功率器件模块不因为电压过高而损毁。

此外，本发明实施例提供的单相功率模块由若干电容组成的电容组以功率器件模块为对称轴而对称设置；这样，每个电容的电流比较一致，即每个电容的使用率一致，从而能够提高电容的使用寿命。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明提供的一种单相功率模块的部分结构示意图；

图2是本发明提供的另一单相功率模块的部分结构示意图；

图3是本发明提供的一种单相功率模块的侧视图；

图4是本发明提供的一种单相功率模块的立体结构示意图。

下面说明本发明各附图标记表示的含义：

1-散热器；2-功率器件模块或IGBT模块；3-电容；4-母排；5-第二散热风机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图详细介绍本发明实施例的技术方案。

本发明的发明人，鉴于现有技术存在的不足，提供一种单相功率模块。

如图1所示，图1为本发明提供的一种单相功率模块的部分结构示意图，该单相功率模块包括：散热器1和设置在散热器1上的功率器件模块2；功率器件模块2沿长度(即图1中功率器件模块2的长边方向)延伸方向与散热器1的通风方向不平行，例如，散热器1的通风方向如图中的箭头方向。

由于功率器件模块2的形状为长方形，而本发明中功率器件模块2沿长度延伸方向与散热器1的通风方向不平行，在实际设计过程中减小了散热器1的长度，这样，既减少风阻，又减少了热积累，因此，提高了单相功率模块的散热性能。

优选地，如图2所示，图2为本发明提供的另一单相功率模块的部分结构示意图，功率器件模块2沿长度延伸方向与散热器1的通风方向垂直；这种设计方式能够进一步减小散热器1的长度，进一步减少风阻，进一步减少热积累，极大的提高了单相功率模块的散热性能。

较佳地，如图1和图2所示，散热器1的通风方向为与水平地面垂直的方向，当散热器1的通风方向为与水平地面垂直的方向，能够产生烟囱效应，更有利于散热器1的散热。

下面简单介绍一下烟囱效应，烟囱效应是指指定空间(例如室内、或本发明实施例的散热器)内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。空气(包括烟气)靠密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出该指定空间(例如建筑物、或本发明的散热器)的现象，即为烟囱效应。

功率器件模块2以IGBT模块2为例进行说明。

如图3所示，图3为本发明提供的一种单相功率模块的侧视图，散热器1通风方向为上、下垂直方向，IGBT模块2横向放置在散热器1上；IGBT模块2的形状为长方形，IGBT模块2沿长度延伸方向与散热器1的通风方向垂直；这种设计方式能够最大限度的减小散热器1的长度，进一步减少了风阻和热积累，极大的提高了单相功率模块的散热性能。

较佳地，如图3所示，单相功率模块还包括若干电容3，至少一个电容3从正极指向负极的方向与IGBT模块2从正极指向负极的方向一致；当电容3从正极指向负极的方向与IGBT模块2从正极指向负极的方向一致时，这些电容3涉及的环路包围面积最小，这时能够降低杂散电感，从而降低了单相功率模块的尖峰电压，有效的保证了IGBT模块2不因为电压过高而损毁。

具体地，本发明也可以为：至少一个电容3从负极指向正极的方向与IGBT模块2从负极指向正极的方向一致；本发明并不对指向的具体方向做限定，这里描述的方向一致是指在一条直线上而非垂直。

实际设计时，优选设计为所有电容3从正极指向负极的方向，均与IGBT模块2从正极指向负极的方向一致，图3中所有电容3正、负极水平放置；这样能够进一步地降低杂散电感，进一步降低单相功率模块的尖峰电压，进一步保证了IGBT模块2不因为电压过高而损毁。

较佳地，如图3所示，由若干电容3组成的电容组位于IGBT模块2的左侧或右侧(图3中仅示出了电容3组成的电容组位于IGBT模块2的右侧)，且不位于散热器1的通风方向上；这种设计方式简单、易行，且不会影响散热器1的散热。

较佳地，如图3所示，由若干电容3组成的电容组以IGBT模块2为对称轴而对称设置；在这种设置方式下，每个电容3的电流比较一致，即每个电容3的使用率一致，从而能够提高电容3的使用寿命。

如图4所示，图4为本发明提供的一种单相功率模块的立体结构示意图，本发明提供的单相功率模块还包括母排4，用于连接电容3和IGBT模块2，采用母排4连接电容3和IGBT模块2，在实际设计中更加简单、易行。

较佳地，如图4所示，母排4为复合母排，复合母排又称复合母线、低感母排、叠层母排等，复合母排采用导电材料和绝缘材料的复合结构，将单层或多层导体用高绝缘强度材料封装形成低电感复合结构；采用复合母排能够减小布线空间，降低生产成本。

较佳地，如图4所示，本发明提供的单相功率模块还包括位于散热器1上方的第一散热风机；和/或，位于散热器1下方的第二散热风机5；图4中仅示出了位于散热器1正下方的第二散热风机5，本发明中第一散热风机和/或第二散热风机5的设置，能够提高散热器1的散热性能或效率。当然，在实际设计时，还可以采用其它设计形式的散热风机，这里不再一一列举。

优选地，第一散热风机和第二散热风机5以IGBT模块2为对称轴而对称设置，这种设置方式能够进一步提高散热器1的散热性能或效率。

具体实施时，第一散热风机设置在散热器1上方时，第一散热风机采用吸风方式进行散热。

另外，在实际设计时，图4中单相功率模块包括的整体部件的前后位置，以及左右位置均可以互换设置。

综上所述，本发明提供的一种单相功率模块，具有如下有益效果：

第一、由于功率器件模块的形状为长方形，而本发明实施例中功率器件模块沿长度延伸方向与散热器的通风方向不平行，在实际设计过程中减小了散热器的长度，这样，既减少风阻，又减少了热积累，因此，提高了单相功率模块的散热性能。

第二、由于本发明实施例功率器件模块沿长度延伸方向与散热器的通风方向垂直；这种设计方式能够进一步减小散热器的长度，进一步减少风阻，进一步减少热积累，极大的提高了单相功率模块的散热性能。

第三、由于本发明实施例提供的散热器的通风方向为与水平地面垂直的方向，这种设计方式能够产生烟囱效应，更有利于散热器的散热。

第四、由于本发明实施例提供的单相功率模块还包括若干电容，至少一个电容从正极指向负极的方向与功率器件模块从正极指向负极的方向一致；当电容从正极指向负极的方向与功率器件模块从正极指向负极的方向一致时，环路包围面积较小，这时能够降低杂散电感，从而降低了单相功率模块的尖峰电压，有效的保证了功率器件模块不因为电压过高而损毁。

第五、由于本发明实施例提供的单相功率模块由若干电容组成的电容组以功率器件模块为对称轴而对称设置；这样，每个电容的电流比较一致，即每个电容的使用率一致，从而能够提高电容的使用寿命。

第六、由于本发明实施例提供的单相功率模块的散热性能得到了较大的提高，且有效的降低了杂散电感，而降低了单相功率模块的尖峰电压，因此，本发明实施例很好的保证了单相功率模块的可靠性。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单相功率模块，其特征在于，包括：散热器(1)和设置在所述散热器(1)上的功率器件模块(2)；

所述功率器件模块(2)沿长度延伸方向与所述散热器(1)的通风方向不平行。

2.根据权利要求1所述的单相功率模块，其特征在于，所述功率器件模块(2)沿长度延伸方向与所述散热器(1)的通风方向垂直。

3.根据权利要求2所述的单相功率模块，其特征在于，所述散热器(1)的通风方向为与水平地面垂直的方向。

4.根据权利要求3所述的单相功率模块，其特征在于，还包括若干电容(3)，至少一个所述电容(3)从正极指向负极的方向与所述功率器件模块(2)从正极指向负极的方向一致。

5.根据权利要求4所述的单相功率模块，其特征在于，由若干所述电容(3)组成的电容组位于所述功率器件模块(2)的左侧或右侧，且不位于所述散热器(1)的通风方向上。

6.根据权利要求5所述的单相功率模块，其特征在于，所述电容组以所述功率器件模块(2)为对称轴而对称设置。

7.根据权利要求6所述的单相功率模块，其特征在于，还包括母排(4)，用于连接所述电容(3)和所述功率器件(2)。

8.根据权利要求7所述的单相功率模块，其特征在于，所述母排(4)为复合母排。

9.根据权利要求1-8任一项所述的单相功率模块，其特征在于，还包括位于所述散热器(1)上方的第一散热风机；和/或，位于所述散热器(1)下方的第二散热风机。

10.根据权利要求9所述的单相功率模块，其特征在于，所述第一散热风机和所述第二散热风机以所述功率器件模块(2)为对称轴而对称设置。