CN108233729A - 辅助变流功率单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辅助变流功率单元，包括：框架、水冷基板、整流组件、逆变组件、第一复合母排、第二复合母排、驱动电路板、高压连接器和低压连接器。整流组件设置在水冷基板的一侧表面上，整流组件与第一复合母排电连接；逆变组件设置在水冷基板的另一侧表面上，逆变组件与第二复合母排电连接；驱动电路板和低压连接器设置在第一侧板和/或第二侧板的外侧；低压连接器用于传输驱动电源信号、驱动控制信号和功率单元状态反馈信号；驱动电路板用于对驱动控制信号进行处理，生成控制整流组件和逆变组件工作的信号。本发明提供的辅助变流功率单元，有利于功率单元的小型化轻量化，降低了功率单元的成本，提升了功率单元的可靠性。

Description

辅助变流功率单元

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种辅助变流功率单元。

背景技术

整流-逆变集成化的辅助变流功率单元为列车辅助系统提供电源，是整车电传动系统的核心部件。其中，整流部分作为功率单元的输入部分，将输入的交流电转换为中间直流电。逆变单元作为功率单元的输出部分，将中间直流电逆变为三相交流电。

目前，辅助变流功率单元的主电路间通常采用普通铜排连接。但是，电路采用普通铜排连接，需要满足最小电气间隙及爬电距离，这将导致整个功率单元占用较大的空间，不易实现小型化。而且，由于电路杂散电感较大，需要配置相应的吸收电路，增加了功率单元的成本。

发明内容

本发明提供一种辅助变流功率单元，有利于功率单元的小型化轻量化，降低了功率单元的成本，提升了功率单元的可靠性。

本发明提供的辅助变流功率单元，包括：框架、水冷基板、整流组件、逆变组件、第一复合母排、第二复合母排、驱动电路板、高压连接器和低压连接器；

所述框架包括第一侧板和第二侧板；

所述水冷基板设置在所述第一侧板和所述第二侧板的中间；所述水冷基板靠近框架后端的侧面上设置有定位销、第一水接口和第二水接口；

所述整流组件设置在所述水冷基板的一侧表面上，所述第一复合母排设置在所述整流组件与所述第一侧板之间；所述整流组件与所述第一复合母排电连接；所述第一复合母排靠近框架前端的侧面上设置有与所述整流组件电连接的第一高压直流端子；

所述逆变组件设置在所述水冷基板的另一侧表面上，所述第二复合母排设置在所述逆变组件与所述第二侧板之间；所述逆变组件与所述第二复合母排电连接；所述第二复合母排靠近框架前端的侧面上设置有与所述逆变组件电连接的第二高压直流端子；

所述驱动电路板设置在所述第一侧板和/或所述第二侧板的外侧，所述驱动电路板分别与所述整流组件和所述逆变组件电连接；

所述低压连接器设置在所述第一侧板和/或所述第二侧板的外侧，所述低压连接器与所述驱动电路板电连接；

所述高压连接器设置在所述水冷基板的后端，所述高压连接器分别与所述第一复合母排和所述第二复合母排电连接，所述高压连接器上设置有与所述整流组件电连接的整流交流端子和与所述逆变组件电连接的逆变交流端子；所述高压连接器上设置有与所述定位销、所述第一水接口和所述第二水接口匹配的通孔；

所述低压连接器用于传输驱动电源信号、驱动控制信号和功率单元状态反馈信号；所述驱动电路板用于对所述驱动控制信号进行处理，生成控制所述整流组件和所述逆变组件工作的信号。

本发明提供一种辅助变流功率单元，辅助变流功率单元的主电路包括整流组件和逆变组件，主电路采用复合母排连接。缩小了功率单元的体积，有利于功率单元的小型化轻量化，降低了功率单元的成本，提升了功率单元的可靠性。

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辅助变流功率单元沿AA’方向的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的辅助变流功率单元沿A’A方向的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的辅助变流功率单元的分解结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的整流组件中IGBT的布局示意图；

图5为本发明实施例一提供的逆变组件中IGBT的布局示意图；

图6为本发明实施例一提供的主电路原理图。

附图标记说明：

1：框架； 2：第一侧板；

3：第二侧板； 4：水冷基板；

5：整流组件； 6：逆变组件；

7：第一复合母排； 8：第二复合母排；

9：驱动电路板； 10：高压连接器；

11：低压连接器； 12：定位销；

13：第一水接口； 14：第二水接口；

15：第一高压直流端子； 16：第二高压直流端子；

17：整流交流端子； 18：逆变交流端子；

19：通孔； 20：第一屏蔽板；

21：第二屏蔽板； 22：盖板；

23：IGBT； 24：配置保护板。

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做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辅助变流功率单元沿AA’方向的结构示意图。图2为本发明实施例一提供的辅助变流功率单元沿A’A方向的结构示意图。图3为本发明实施例一提供的辅助变流功率单元的分解结构示意图。如图1～图3所示，本实施例提供的辅助变流功率单元，可以包括：框架1、水冷基板4、整流组件5、逆变组件6、第一复合母排7、第二复合母排8、驱动电路板9、高压连接器10和低压连接器11。

框架1包括第一侧板2和第二侧板3。

水冷基板4设置在第一侧板2和第二侧板3的中间。水冷基板4靠近框架1后端的侧面上设置有定位销12、第一水接口13和第二水接口14。

整流组件5设置在水冷基板4的一侧表面上，第一复合母排7设置在整流组件5与第一侧板2之间。整流组件5与第一复合母排7电连接。第一复合母排7靠近框架1前端的侧面上设置有与整流组件5电连接的第一高压直流端子15。

逆变组件6设置在水冷基板4的另一侧表面上，第二复合母排8设置在逆变组件6与第二侧板3之间。逆变组件6与第二复合母排8电连接。第二复合母排8靠近框架1前端的侧面上设置有与逆变组件6电连接的第二高压直流端子16。

驱动电路板9设置在第一侧板2和/或第二侧板3的外侧，驱动电路板9分别与整流组件5和逆变组件6电连接。

低压连接器11设置在第一侧板2和/或第二侧板3的外侧，低压连接器11与驱动电路板9电连接。

高压连接器10设置在水冷基板4的后端，高压连接器10分别与第一复合母排7和第二复合母排8电连接，高压连接器10上设置有与整流组件5电连接的整流交流端子17和与逆变组件6电连接的逆变交流端子18。高压连接器10上设置有与定位销12、第一水接口13和第二水接口14匹配的通孔19。

低压连接器11用于传输驱动电源信号、驱动控制信号和功率单元状态反馈信号。驱动电路板9用于对驱动控制信号进行处理，生成控制整流组件5和逆变组件6工作的信号。

其中，整流组件5用于实现整流功能。逆变组件6用于实现逆变功能。

其中，驱动电源信号用于为驱动电路板9提供工作电源。驱动控制信号用于控制整流组件5和逆变组件6工作。功率单元状态反馈信号用于反馈整流组件5和逆变组件6的工作状态。

本实施例提供的辅助变流功率单元，在机械结构上，框架1沿长度方向相对的两端分别称为前端和后端，框架1的两个侧面分别为第一侧板2和第二侧板3。在框架1内部，沿第一侧板2到第二侧板3的方向上，分层结构依次为：第一侧板2、第一复合母排7、整流组件5、水冷基板4、逆变组件6、第二复合母排8、第二侧板3。其中，整流组件5和逆变组件6分别位于水冷基板4的两个侧面的外表面上。在框架1侧板的外侧，设置有低压连接器11和驱动电路板9。在框架1前端的方向，设置有位于第一复合母排7上的第一高压直流端子15、位于第二复合母排8上的第二高压直流端子16。在框架1后端的方向，设置有水冷基板4的定位销12、第一水接口13、第二水接口14、高压连接器10。其中，高压连接器10上设置有整流交流端子17、逆变交流端子18。

本实施例提供的辅助变流功率单元，在电路连接上，整流组件5和第一复合母排7电连接，逆变组件6和第二复合母排8电连接，整流组件5和逆变组件6均与驱动电路板9电连接，驱动电路板9和低压连接器11电连接。整流组件5和逆变组件6分别通过第一复合母排7和第二复合母排8与高压连接器10电连接。整流组件5与位于第一复合母排7上的第一高压直流端子15、位于高压连接器10上的整流交流端子17电连接。逆变组件6与位于第二复合母排8上的第二高压直流端子16、位于高压连接器10上的逆变交流端子18电连接。整流交流端子17、逆变交流端子18、第一高压直流端子15、第二高压直流端子16、低压连接器11均与外部装置连接。

下面以外部装置为变流器进行详细说明。

整流交流端子17为整流组件5的输入部分，第一高压直流端子15为整流组件5的输出部分。第二高压直流端子16为逆变组件6的输入部分，逆变交流端子18为逆变组件6的输出部分。低压连接器11传输变流器提供的驱动电源信号和驱动控制信号。驱动控制信号用于控制辅助变流功率单元工作。驱动电源信号为驱动电路板9提供工作电源。低压连接器11将驱动控制信号传输至驱动电路板9。驱动电路板9对驱动控制信号进行处理，生成控制整流组件5和逆变组件6工作的信号，并将该信号发送给整流组件5和逆变组件6。驱动电路板9还接收整流组件5和逆变组件6生成的功率单元状态反馈信号。驱动电路板9将功率单元状态反馈信号通过低压连接器11传输给变流器。

在本实施例中，辅助变流功率单元的主电路包括整流组件5和逆变组件6，主电路采用复合母排连接。整流组件5用于把交流电能转换为直流电能。逆变组件6用于把直流电能转换为交流电能。由于复合母排结构简洁紧凑，可以利用较小空间实现大电流、高电压元器件之间的连接，因此为辅助变流功率单元的小型化设计提供了保障。由于复合母排杂散电感小，不需要额外的吸收电路，因此降低了辅助变流功率单元的成本，增强了辅助变流功率单元的可靠性。

在本实施例中，辅助变流功率单元以水冷基板4为基础，采用双面散热模式，整流组件5和逆变组件6分别位于水冷基板4的两个侧面上。通过循环水冷基板4冷却水道中的冷却液，将整流组件5和逆变组件6工作时产生的热量带走，提升了辅助变流功率单元的冷却性能，同时缩小了体积，为实现系统的轻量化、小型化设计提供了保障。

在本实施例中，高压连接器10上设置有与定位销12、第一水接口13和第二水接口14匹配的通孔19，使得高压连接器10与水冷基板4的位置相对固定，从而使得高压连接器10在与第一复合母排7和第二复合母排8连接时位置更加准确，提升了高压连接器10与第一复合母排7和第二复合母排8的连接准确性。

需要说明的是，本实施例对于第一侧板2和第二侧板3的材质不做特别限制。

可选的，第一侧板2和第二侧板3上可以设置多个减重孔。

通过设置减重孔，可以减轻第一侧板2和第二侧板3的重量，从而降低功率单元的整体重量。

需要说明的是，本实施例对于水冷基板4的型号、水冷基板4中冷却水道的布局不做特别限定。

需要说明的是，本实施例对于整流组件5和逆变组件6的电路实现不做特别限制，只要实现整流和逆变功能即可。

需要说明的是，本实施例对于高压连接器10的形状不做特别限制。

需要说明的是，本实施例对于高压连接器10与水冷基板4的连接方式不做特别限制。例如：可以采用螺钉或者螺栓连接。

可选的，高压连接器10上还设置有与水冷基板4安装的通孔。

通过设置与水冷基板4安装的通孔，可以进一步增强高压连接器10与水冷基板4的连接稳固性。

需要说明的是，本实施例对于驱动电路板9与整流组件5、逆变组件6电连接的方式不做特别限制。例如：可以采用线束实现电连接。

需要说明的是，本实施例对于驱动电路板9和低压连接器11在第一侧板2和第二侧板3上的位置不做特别限制。

需要说明的是，本实施例对于驱动电路板9和低压连接器11的数目不做特别限制，可以为一个，也可以为多个。

可选的，若驱动电路板9和低压连接器11的数目均为一个，则该驱动电路板9和该低压连接器11位于框架1同一个侧板的外侧。

通过将驱动电路板9和低压连接器11设置在同一侧，可以简化驱动电路板9和低压连接器11之间的电路连线，使得功率单元的模块化布局和电路连线更加紧凑，有利于小型化。

可选的，若驱动电路板9为多个，则第一侧板2和第二侧板3的外侧均设置有驱动电路板9。整流组件5和与整流组件5位于同一侧的驱动电路板9电连接。逆变组件6和与逆变组件6位于同一侧的驱动电路板9电连接。

通过双侧驱动电路板9安装方式，可以简化驱动电路板9与整流组件5、逆变组件6之间的电路连线，使得功率单元的模块化布局和电路连线更加紧凑，有利于小型化。

可选的，若驱动电路板9和低压连接器11均为多个，则位于框架1同一个侧板外侧的低压连接器11和驱动电路板9电连接。

可选的，第一高压直流端子15和第二高压直流端子16对称设置。

第一高压直流端子15为整流电路的输出端，第二高压直流端子16为逆变电路的输入端，整流与逆变直流母排采用镜像对称设计，保证了整个回路的杂散电感均衡，进一步提升了功率单元的可靠性和稳定性。

可选的，作为一种具体的实现方式，整流组件5可以包括4个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)构成的单相全桥整流电路。每个桥臂的两个IGBT之间设置一个整流交流端子。每个桥臂的两端分别与一个第一高压直流端子电连接。

可选的，作为一种具体的实现方式，逆变组件6可以包括6个IGBT构成的三相全桥逆变电路。每个桥臂的两个IGBT之间设置一个逆变交流端子。每个桥臂的两端分别与一个第二高压直流端子电连接。

可选的，设置在水冷基板4同一个外表面上的任意两个IGBT，在长度方向上的间隔相同。

可选的，每个IGBT的外侧对应设置有配置保护板。配置保护板分别与驱动电路板和对应的IGBT电连接。

配置保护板，用于对IGBT进行过压钳位和短路保护的信号采集及传输。

具体的，配置电路板可以直接安装在IGBT的辅助电连接端子上。通过对每个IGBT设置一个紧邻IGBT的配置保护板，可以优化IGBT的驱动保护性能，进而提高系统的可靠性。

需要说明的是，本实施例对于驱动电路板与配置保护板电连接的方式不做特别限制。例如：可以采用线束实现电连接。

可选的，驱动电路板的驱动控制信号数目与IGBT的数目相同。

图4为本发明实施例一提供的整流组件中IGBT的布局示意图。图5为本发明实施例一提供的逆变组件中IGBT的布局示意图。如图4～图5所示，IGBT23在水冷基板4上均匀分布，IGBT23与配置保护板24一一对应。

图6为本发明实施例一提供的主电路原理图。如图6所示，H1b、H2b、B1b、B2b、H1a、H2a、H3a、B1a、B2a、B3a均为IGBT。H1b、H2b、B1b、B2b组成单相全桥整流主电路。H1a、H2a、H3a、B1a、B2a、B3a组成三相全桥逆变主电路。其中，S1(DC+)和S2(DC-)为高压直流端子，为中间直流端。S3(A)和S4(B)为整流交流端子，为功率单元的整流输入端。S5(U)、S6(V)、S7(W)为逆变交流端子，为三相逆变输出端。

可选的，第一复合母排7与第一侧板2之间还设置有第一屏蔽板20，第二复合母排8与第二侧板3之间还设置有第二屏蔽板21。

通过在高压复合母排与低压驱动电路之间安装屏蔽板，可以大大减少IGBT开关对低压电路的电磁干扰，从而对IGBT进行可靠控制及保护，提高系统的可靠性和稳定性。

需要说明的是，本实施例对于第一屏蔽板20和第二屏蔽板21的材质和形状不做特别限定。

可选的，驱动电路板9的外侧设置有盖板22。

通过设置盖板22，可以进一步保护驱动电路板9以及辅助变流功率单元的内部模块结构，为主电路部件提供隔离保护。

需要说明的是，本实施例对于盖板22的材质和结构不做特别限制。

可选的，盖板22采用透明材料。

本实施例提供了一种辅助变流功率单元，包括：框架、水冷基板、整流组件、逆变组件、第一复合母排、第二复合母排、驱动电路板、高压连接器和低压连接器。辅助变流功率单元的主电路包括整流组件和逆变组件，主电路采用复合母排连接。本实施例提供的辅助变流功率单元，主电路采用复合母排连接，功率单元采用水冷双面散热方式，缩小了体积，有利于辅助变流功率单元的小型化轻量化，降低了辅助变流功率单元的成本，提升了辅助变流功率单元的可靠性。

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 (9)

1.一种辅助变流功率单元，其特征在于，包括：框架、水冷基板、整流组件、逆变组件、第一复合母排、第二复合母排、驱动电路板、高压连接器和低压连接器；

所述框架包括第一侧板和第二侧板；

所述水冷基板设置在所述第一侧板和所述第二侧板的中间；所述水冷基板靠近框架后端的侧面上设置有定位销、第一水接口和第二水接口；

所述整流组件设置在所述水冷基板的一侧表面上，所述第一复合母排设置在所述整流组件与所述第一侧板之间；所述整流组件与所述第一复合母排电连接；所述第一复合母排靠近框架前端的侧面上设置有与所述整流组件电连接的第一高压直流端子；

所述逆变组件设置在所述水冷基板的另一侧表面上，所述第二复合母排设置在所述逆变组件与所述第二侧板之间；所述逆变组件与所述第二复合母排电连接；所述第二复合母排靠近框架前端的侧面上设置有与所述逆变组件电连接的第二高压直流端子；

所述驱动电路板设置在所述第一侧板和/或所述第二侧板的外侧，所述驱动电路板分别与所述整流组件和所述逆变组件电连接；

所述低压连接器设置在所述第一侧板和/或所述第二侧板的外侧，所述低压连接器与所述驱动电路板电连接；

所述高压连接器设置在所述水冷基板的后端，所述高压连接器分别与所述第一复合母排和所述第二复合母排电连接，所述高压连接器上设置有与所述整流组件电连接的整流交流端子和与所述逆变组件电连接的逆变交流端子；所述高压连接器上设置有与所述定位销、所述第一水接口和所述第二水接口匹配的通孔；

所述低压连接器用于传输驱动电源信号、驱动控制信号和功率单元状态反馈信号；所述驱动电路板用于对所述驱动控制信号进行处理，生成控制所述整流组件和所述逆变组件工作的信号。

2.根据权利要求1所述的辅助变流功率单元，其特征在于，所述整流组件包括4个绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的单相全桥整流电路；每个桥臂的两个IGBT之间设置一个整流交流端子；每个桥臂的两端分别与一个第一高压直流端子电连接。

3.根据权利要求1所述的辅助变流功率单元，其特征在于，所述逆变组件包括6个IGBT构成的三相全桥逆变电路；每个桥臂的两个IGBT之间设置一个逆变交流端子；每个桥臂的两端分别与一个第二高压直流端子电连接。

4.根据权利要求2或3所述的辅助变流功率单元，其特征在于，每个IGBT的外侧对应设置有配置保护板；所述配置保护板分别与所述驱动电路板和对应的IGBT电连接；

所述配置保护板，用于对IGBT进行过压钳位和短路保护的信号采集及传输。

5.根据权利要求1至3任一项所述的辅助变流功率单元，其特征在于，所述第一复合母排与所述第一侧板之间还设置有第一屏蔽板，所述第二复合母排与所述第二侧板之间还设置有第二屏蔽板。

6.根据权利要求1至3任一项所述的辅助变流功率单元，其特征在于，所述驱动电路板的外侧设置有盖板。

7.根据权利要求1至3任一项所述的辅助变流功率单元，其特征在于，所述高压连接器上还设置有与所述水冷基板安装的通孔。

8.根据权利要求1至3任一项所述的辅助变流功率单元，其特征在于，若驱动电路板为多个，则所述第一侧板和所述第二侧板的外侧均设置有驱动电路板；

所述整流组件和与所述整流组件位于同一侧的驱动电路板电连接；

所述逆变组件和与所述逆变组件位于同一侧的驱动电路板电连接。

9.根据权利要求8所述的辅助变流功率单元，其特征在于，若所述低压连接器为多个，则位于所述框架同一个侧板外侧的低压连接器和驱动电路板电连接。