CN108322017A - 防电磁干扰的柔性直流输电功率模块 - Google Patents

防电磁干扰的柔性直流输电功率模块 Download PDF

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杨晓平
马志荣
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Abstract

本发明提供一种防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，包括主功率器件单元、控制驱动单元、取能电源单元、辅助回路单元和框架单元；主功率器件单元、控制驱动单元、取能电源单元和辅助回路单元固定安装在框架单元中，主功率器件单元和控制驱动单元分别安装在功率模块的两侧；本发明用于柔性直流输电的子模块，主功率器件连接合理功率模块电磁场环境稳定，控制驱动单元中的控制板卡和驱动板卡空间独立，功率模块布局合理紧凑，有效的屏蔽了主功率器件回路中产生的磁场和功率模块外部对单元控制板卡和两个驱动板卡的干扰，功率模块整体布局合理紧凑防电磁干扰能力强。

Description

防电磁干扰的柔性直流输电功率模块
技术领域
本发明属于柔性直流输电大功率电力电子整流和逆变装置，涉及一种防电磁干扰的柔性直流输电功率模块。
背景技术
随着柔性直流输电技术在电力系统的快速发展，尤其是基于模块化多电平换流器的广泛应用，其核心最小单元---功率模块的可靠性成为多电平换流器的在电力系统稳定运行的关键因素之一。
柔性直流输电装置普遍具有高电压、强电流、大容量的特点，阀厅内电磁场容易对功率模块内部的电器件产生电磁干扰，影响功率模块的正常运行。
由于目前技术局限，IGBT的电压和电流等级均较低，柔性直流输电所需要功率模块数量较多，每一个功率模块的工作稳定性关系到整个柔性直流输电系统的稳定工作。
现有的功率模块，主功率器件中的两个IGBT分别安装在两个水冷板上，在模块中两个IGBT面对面放置。电容到两个IGBT的连接需要两个母排，两个母排分别从IGBT引脚引出经过折弯后合并在一起，最后在经过折弯和电容的接线端子连接，每根母排需要3次以上的折弯。IGBT到功率模块的输入输出也需要两个以上的母排。功率模块工作时，母排有大电流流过，由于功率模块的结构布局杂散，母排折弯次数较多，容易在功率模块中产生横向纵向等复杂的电磁场环境，控制板卡和驱动板卡没有与主功率器件隔离及其容易受到电磁干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，以解决现有功率模块结构布置抗电磁能力差的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，包括主功率器件单元、控制驱动单元、取能电源单元、辅助回路单元和框架单元；主功率器件单元、控制驱动单元、取能电源单元和辅助回路单元固定安装在框架单元中，主功率器件单元和控制驱动单元相对设置。
进一步，所述框架单元包括上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、前盖板和4根立柱，4根立柱与上、下盖板连接，将上下盖板支撑起来，左、右、前三个盖板分别安装在对应的立柱上，上、下、左、右和前盖板在主功率器件单元周围形成一个屏蔽盒。
进一步，所述主功率器件单元包括电容、水冷散热器、两个IGBT模块，两个IGBT模块紧贴在水冷散热器上，复合母排将电容和两个IGBT模块连接。
进一步，所述控制驱动单元包括控制器板卡和驱动板卡，控制器板卡安装在控制外壳上，驱动板卡安装在驱动板卡外壳上，控制驱动单元还设有与水冷散热器连接的安装孔，控制驱动单元与水冷散热器紧贴在一起。
进一步，所述取能电源单元包括取能电源和取能电源外壳，取能电源安装在取能电源外壳上，取能电源外壳两侧设有与框架单元连接的孔，取能电源外壳顶部设置有与控制驱动单元连接的孔。
进一步，所述取能电源单元安装在框架单元的底部与下盖板连接，主功率器件单元的电容安装在框架单元的尾部，主功率器件单元其他器件安装在取能电源单元上侧，分布在功率单元的一侧；控制驱动单元安装在取能电源单元上侧，分布在功率单元的另一侧。
本发明的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，包括主功率器件单元，控制驱动单元、电源单元、辅助回路单元和框架单元，主功率器件单元和控制驱动单元分别安装在功率模块的两侧，有效的屏蔽了主功率器件回路中产生的磁场和功率模块外部对单元控制板卡和两个驱动板卡的干扰，功率模块整体布局合理紧凑防电磁干扰能力强。
进一步，框架单元中的上、下、左、右和前盖板将功率单元形成一个屏蔽盒，屏蔽外部电磁场对功率单元的电磁干扰，功率模块整体布局合理紧凑防电磁干扰能力强。
进一步，本发明用于柔性直流输电的子模块，主功率器件单元的两个IGBT和电容布局合理母排连接简单，功率模块电磁场环境稳定。
进一步，控制驱动单元中的控制板卡和驱动板卡设有独立安装空间，有效的保护对各单元的电器件受到其外界的电磁干扰。
总之，本发明的主功率器件单元的复合母排结构设计简单，为整体设计的一个导体，功率模块在工作时磁场来源于主功率器件的复合母排上，磁场以导体为轴分布在复合母排周边。控制驱动单元中的单元控制板和驱动板是功率模块中最容易受到磁场干扰的器件，在功率模块中将控制驱动单元和主功率器件单元的左右两侧相互远离，同时功率器件单元，控制驱动单元在功率模块中各自形成独立的密封空间，有效的保护对各单元的电器件受到其外界的电磁干扰。功率模块中框架可将外围的电磁干扰进行有效的屏蔽，同时可以屏蔽整个柔直输电系统中每个功率模块之间的电磁屏蔽。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的主功率器件单元示意图
图3是本发明控制驱动单元示意图
图4是本发明取能电源单元示意图
图5是本发明框架单元示意图
图6是本发明安装示意图
图中：主功率器件单元100；电容101；IGBT模块102；复合母排103；水冷散热器104；控制驱动单元200；控制器板卡201；控制外壳202；驱动板卡211；驱动板卡外壳212；取能电源单元300；取能电源301；取能电源外壳302；辅助回路单元400；框架单元500；上盖板501；下盖板502；前盖板503；右盖板504；左盖板505；立柱506。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步说明。
本发明的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块包括主功率器件单元100，控制驱动单元200、取能电源单元300、辅助回路单元400和框架单元500。主功率器件单元100、控制驱动单元200、取能电源单元300和辅助回路单元400固定安装在框架单元500中，主功率器件单元100和控制驱动单元200分别安装在功率模块的两侧。
如图1所示，为本发明整体结构图，功率模块主功率器件单元100的电容101安装在功率模块的后端，与框架单元500的上盖板501和下盖板502连接。
如图2所示为本发明主功率器件单元100结构图，由图可知，主功率器件单元包括电容101、水冷散热器104、两个IGBT模块102，两个IGBT模块紧贴在水冷散热器104上，复合母排103将电容和两个IGBT模块102连接。
如图3所示为本发明控制驱动单元200结构图，该控制驱动单元包括控制器板卡201、控制外壳202，驱动板卡211和驱动板卡外壳212。控制器板卡201安装在控制外壳202上，控制外壳一侧设有与框架连接的孔，另一侧设有与水冷散热器104安装的孔，底部设置有与取能电源单元300安装的孔；驱动板卡211安装在驱动板卡外壳212上，驱动板卡外壳211一侧设有与框架连接的孔，另一侧设有与水冷散热器104安装的孔。
如图4所示为本发明取能电源单元300结构图，由图可知，该取能电源单元包括取能电源外壳302和取能电源301，取能电源301安装取能电源外壳302上。取能电源外壳两侧设有与框架连接的孔，顶部设置有与控制驱动单元200连接的孔。
如图5所示为本发明框架单元500示意图，由图可知，该框架单元包括上盖板501、下盖板502、左盖板505、右盖板504、前盖板503和4根立柱506组成。4根立柱将上下盖板支撑，左、右、前三个盖板分别安装在对应的立柱上使框架形成一个屏蔽盒。
如图6所示为本发明整体安装示意图，由图可知，取能电源单元300安装在框架单元500的底部与下盖板502连接。主功率器件单元电容101安装在框架单元500的尾部，主功率器件单元其他器件安装在取能电源单元上侧，分布在功率单元的左侧。控制驱动单元安装在取能电源上侧同时框架单元立柱连接同时紧贴主功率器件单元水冷散热器，控制驱动单元分布在功率单元的右侧。
以上仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：包括主功率器件单元(100)、控制驱动单元(200)、取能电源单元(300)、辅助回路单元(400)和框架单元(500)；主功率器件单元(100)、控制驱动单元(200)、取能电源单元(300)和辅助回路单元(400)固定安装在框架单元(500)中，主功率器件单元(100)和控制驱动单元(200)相对设置。
2.根据权利要求1所述的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：所述框架单元(500)包括上盖板(501)、下盖板(502)、左盖板(505)、右盖板(504)、前盖板(503)和4根立柱(506)，4根立柱与上、下盖板连接，将上下盖板支撑起来，左、右、前三个盖板分别安装在对应的立柱上，上、下、左、右和前盖板在主功率器件单元(100)周围形成一个屏蔽盒。
3.根据权利要求2所述的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：所述主功率器件单元(100)包括电容(101)、水冷散热器(104)、两个IGBT模块(102)，两个IGBT模块紧贴在水冷散热器(104)上，复合母排(103)将电容(101)和两个IGBT模块(102)连接。
4.根据权利要求3所述的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：所述控制驱动单元(200)包括控制器板卡(201)和驱动板卡(211)，控制器板卡(201)安装在控制外壳(202)上，驱动板卡(211)安装在驱动板卡外壳(212)上，控制驱动单元(200)还设有与水冷散热器连接的安装孔，控制驱动单元(200)与水冷散热器(104)紧贴在一起。
5.根据权利要求3所述的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：所述取能电源单元(300)包括取能电源(301)和取能电源外壳(302)，取能电源(301)安装在取能电源外壳(302)上，取能电源外壳(302)两侧设有与框架单元(500)连接的孔，取能电源外壳(302)顶部设置有与控制驱动单元(200)连接的孔。
6.根据权利要求4或5所述的防电磁干扰的柔性直流输电功率模块，其特征在于：所述取能电源单元(300)安装在框架单元(500)的底部与下盖板(502)连接，主功率器件单元的电容(101)安装在框架单元(500)的尾部，主功率器件单元其他器件安装在取能电源单元(300)上侧，分布在功率单元的一侧；控制驱动单元(200)安装在取能电源单元(300)上侧，分布在功率单元的另一侧。
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