CN108429437B - 一种微感型igbt串并联结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微感型IGBT串并联结构，包括平行且自上到下依次交错分布的驱动板及开关主板；各开关主板的中部均开设有环形焊盘，各开关主板上辐射对称布置有若干第一接线孔组，各第一接线孔组均包括发射极焊孔、集电极焊孔以及栅极通孔，各驱动板上辐射对称布置有若干第二接线孔组及若干驱动元件，各第二接线孔组均包括发射极焊接孔及栅极焊接孔，该结构采用低电感设计，寄生参数较低，并且能够实现可靠触发。

Description

一种微感型IGBT串并联结构
技术领域
本发明属于电力电子应用技术领域，涉及一种微感型IGBT串并联结构。
背景技术
相比于气体开关，固态绝缘栅双极性晶体管(IGBT)具有全可控、高重频等优点，近年来在脉冲功率技术中得到了广泛应用。为了提高脉冲电源的功率容量和电压等级，通常采用IGBT串、并联方案，以提高其耐压和通流能力，同时，采用一定的触发控制方案以保证各IGBT功率元件的开关速度和触发一致性，为此，串、并联结构内部的寄生参数的控制问题以及可靠触发技术变得越来越重要，功率模块的低感设计也成为研究的热点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微感型IGBT串并联结构，该结构采用低电感设计，寄生参数较低，并且能够实现可靠触发。
为达到上述目的，本发明所述的微感型IGBT串并联结构包括平行且自上到下依次交错分布的驱动板及开关主板；
各开关主板的中部均开设有环形焊盘，各开关主板上辐射对称布置有若干第一接线孔组，各第一接线孔组均包括发射极焊孔、集电极焊孔以及栅极通孔，各驱动板上辐射对称布置有若干第二接线孔组及若干驱动元件，各第二接线孔组均包括发射极焊接孔及栅极焊接孔；
一块驱动板对应一块开关主板，在对应的驱动板及开关主板中，一个第一接线孔组对应一个第二接线孔组、一个驱动元件及一个IGBT元件，IGBT元件的发射极E引脚穿过对应第一接线孔组中的发射极焊孔与对应第二接线孔组中的发射极焊接孔相连接，IGBT元件的栅极G引脚穿过对应第一接线孔组中的栅极通孔与对应第二接线孔组中的栅极焊接孔相连接，第二接线孔组中的发射极焊接孔及栅极焊接孔与对应的驱动元件相连接，IGBT元件的集电极C引脚与对应第一接线孔组中的集电极焊孔相连接，各第一接线孔组中的集电极焊孔及发射极焊孔分别通过引线与环形焊盘相连接，与同一第一接线孔组中集电极焊孔及发射极焊孔相连接的两条引线的垂直投影相互重叠；
空心外螺纹绝缘螺杆依次穿过各驱动板及开关主板的中心位置，相邻开关主板与驱动板之间、最上层驱动板的上部及最下层开关主板的底部均设置有导电紧固螺母，各导电紧固螺母套接于空心外螺纹绝缘螺杆上，位于驱动板上下两侧的两个导电紧固螺母电连接，位于开关主板底部的导电紧固螺母与开关主板的底部相接触，位于开关主板上侧的导电紧固螺母与该开关主板上的环形焊盘电连接，空心外螺纹绝缘螺杆内穿过有内导杆，内导杆的下端与最下方的导电紧固螺母电连接。
环形焊盘的表面经过镀锡处理。
相邻两条引线之间设置有动态及静态均压元件。
空心外螺纹绝缘螺杆的下端设置有内外层导电压接螺母，其中，内导杆与内外层导电压接螺母电连接，内外层导电压接螺母与最下方的导电紧固螺母相接触。
空心外螺纹绝缘螺杆与环形焊盘之间有间隙。
驱动板的中心为双面焊盘结构且开设有过孔，空心外螺纹绝缘螺杆穿过所述过孔，过孔的内壁及焊盘均镀锡，驱动板上侧的导电紧固螺母与驱动板上表面的焊盘相接触，驱动板下侧的导电紧固螺母与驱动板下表面上的焊盘相接触。
过孔的内径与开关主板中心圆孔的内径相同。
各开关主板上第一接线孔组的数目相同，且各开关主板上的第一接线孔组一一对应，各对应第一接线孔组的垂直投影相互重叠。
IGBT元件的发射极E引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组中的发射极焊孔与对应第二接线孔组中的发射极焊接孔相连接；
IGBT元件的栅极G引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组中的栅极通孔与对应第二接线孔组中的栅极焊接孔相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的微感型IGBT串并联结构在具体操作时，基于空心外螺纹绝缘螺杆、导电紧固螺母及内导杆实现IGBT元件的串并联，另外，与同一第一接线孔组中集电极焊孔及发射极焊孔相连接的两条引线的垂直投影相互重叠，根据电流方向可知，该结构可以使引线的附加电感相互抵消，从而使串并联结构的总电感值降低至最低，对于脉冲功率应用而言，可最大限度的保证触发后的脉冲前沿速度，降低由于寄生电感所引发的电压抖动及结构内部损耗，提高固态开关矩阵的工作可靠性。另外，各开关主板上辐射对称布置有若干第一接线孔组；各驱动板上辐射对称布置有若干第二接线孔组及若干驱动元件，确保驱动管脚的引线最短，从而最大限度的降低驱动电路的寄生参数，同时当涉及触发信号线的传输问题时，引线采用等长及阻抗匹配设计，以保证各IGBT元件触发延时的一致性及信号的完整性，实现各IGBT元件的可靠触发。最后需要说明的是，本发明作为一种小型化、紧凑型设计方案，可在较小的体积空间内进行应用，有序集成大量的IGBT元件及其触发控制系统，可有效的提高开关矩阵的功率密度，为脉冲功率设备及其他相关电源设备的小型化、紧凑型设计提供良好的器件基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的分解图；
图3为本发明中相邻开关主板2与驱动板1的结构示意图；
图4为本发明中开关主板2的俯视图；
图5为本发明中环形焊盘13的结构示意图。
其中，1为驱动板、2为开关主板、3为空心外螺纹绝缘螺杆、4为内导杆、5为内外层导电压接螺母、6为驱动元件、7为IGBT元件、8为导电紧固螺母、9为动态及静态均压元件、10为第一接线孔组、11为第二接线孔组、12为引线、13为环形焊盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2、图3、图4及图5，本发明所述的微感型IGBT串并联结构包括平行且自上到下依次交错分布的驱动板1及开关主板2；各开关主板2的中部均开设有环形焊盘13，各开关主板2上辐射对称布置有若干第一接线孔组10，各第一接线孔组10均包括发射极焊孔、集电极焊孔以及栅极通孔，各驱动板1上辐射对称布置有若干第二接线孔组11及若干驱动元件6，各第二接线孔组11均包括发射极焊接孔及栅极焊接孔；一块驱动板1对应一块开关主板2，在对应的驱动板1及开关主板2中，一个第一接线孔组10对应一个第二接线孔组11、一个驱动元件6及一个IGBT元件7，IGBT元件7的发射极E引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组10中的发射极焊孔与对应第二接线孔组11中的发射极焊接孔相连接；IGBT元件7的栅极G引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组10中的栅极通孔与对应第二接线孔组11中的栅极焊接孔相连接，第二接线孔组11中的发射极焊接孔及栅极焊接孔与对应的驱动元件6相连接，IGBT元件7的集电极C引脚与对应第一接线孔组10中的集电极焊孔相连接，各第一接线孔组10中的集电极焊孔及发射极焊孔分别通过引线12与环形焊盘13相连接，与同一第一接线孔组10中集电极焊孔及发射极焊孔相连接的两条引线12的垂直投影相互重叠；空心外螺纹绝缘螺杆3依次穿过各驱动板1及开关主板2的中心位置，相邻开关主板2与驱动板1之间、最上层驱动板1的上部及最下层开关主板2的底部均设置有导电紧固螺母8，各导电紧固螺母8套接于空心外螺纹绝缘螺杆3上，位于驱动板1上下两侧的两个导电紧固螺母8电连接，位于开关主板2底部的导电紧固螺母8与开关主板2的底部相接触，位于开关主板2上侧的导电紧固螺母8与该开关主板2上的环形焊盘13电连接，空心外螺纹绝缘螺杆3内穿过有内导杆4，内导杆4的下端与最下方的导电紧固螺母8电连接。另外，相邻两条引线12之间设置有动态及静态均压元件9；空心外螺纹绝缘螺杆3与环形焊盘13之间有间隙；环形焊盘13的表面经过镀锡处理。
具体的，空心外螺纹绝缘螺杆3的下端设置有内外层导电压接螺母5，其中，内导杆4与内外层导电压接螺母5电连接，内外层导电压接螺母5与最下方的导电紧固螺母8相接触。
驱动板1的中心为双面焊盘结构且开设有过孔，空心外螺纹绝缘螺杆3穿过所述过孔，过孔的内壁及焊盘均镀锡，驱动板1上侧的导电紧固螺母8与驱动板1上表面的焊盘相接触，驱动板1下侧的导电紧固螺母8与驱动板1下表面上的焊盘相接触，其中，过孔的内径与开关主板2中心圆孔的内径相同。
各开关主板2上第一接线孔组10的数目相同，且各开关主板2上的第一接线孔组10一一对应，各对应第一接线孔组10的垂直投影相互重叠。
开关主板2及驱动板1均为圆形结构，与同一第一接线孔组10中集电极焊孔及发射极焊孔相连接的两条引线12的垂直投影相互重叠，根据电流的方向可知，该结构可以导致引线12的附加电感相互抵消，从而使开关主板2上引线12的总电感值达到最小。
各开关主板2上辐射对称布置有若干第一接线孔组10；各驱动板1上辐射对称布置有若干第二接线孔组11及若干驱动元件6，从而保证引线12最短，从而最大限度的降低驱动电路的寄生参数；同时可以保证各引线12的长度相同，以保证IGBT元件7触发延时的一致性及触发动作的同步性。
本发明中相邻两块驱动板1之间相互隔离，以确保驱动板1与主载流线路单点共地，避免主回路在导通大电流时，通过共模阻抗对驱动元件6产生干扰。
各开关主板2及串联布线方式均遵循并行导流原则，因此，其大电流载流导线的磁场被限制在导线所包围的面积内，磁场泄漏及内部结构的附加电感得到有效控制，对于微弱的泄漏磁场，其作用方向与敏感元件及临近结构平行，避免磁场耦合匝联到临近驱动元件6，进一步限制了载流导体磁场对其临近单元的干扰，提高结构的电磁兼容性能。

Claims (9)

1.一种微感型IGBT串并联结构，其特征在于，包括平行且自上到下依次交错分布的驱动板(1)及开关主板(2)；
各开关主板(2)的中部均开设有环形焊盘(13)，各开关主板(2)上辐射对称布置有若干第一接线孔组(10)，各第一接线孔组(10)均包括发射极焊孔、集电极焊孔以及栅极通孔，各驱动板(1)上辐射对称布置有若干第二接线孔组(11)及若干驱动元件(6)，各第二接线孔组(11)均包括发射极焊接孔及栅极焊接孔；
一块驱动板(1)对应一块开关主板(2)，在对应的驱动板(1)及开关主板(2)中，一个第一接线孔组(10)对应一个第二接线孔组(11)、一个驱动元件(6)及一个IGBT元件(7)，IGBT元件(7)的发射极E引脚穿过对应第一接线孔组(10)中的发射极焊孔与对应第二接线孔组(11)中的发射极焊接孔相连接，IGBT元件(7)的栅极G引脚穿过对应第一接线孔组(10)中的栅极通孔与对应第二接线孔组(11)中的栅极焊接孔相连接，第二接线孔组(11)中的发射极焊接孔及栅极焊接孔与对应的驱动元件(6)相连接，IGBT元件(7)的集电极C引脚与对应第一接线孔组(10)中的集电极焊孔相连接，各第一接线孔组(10)中的集电极焊孔及发射极焊孔分别通过引线(12)与环形焊盘(13)相连接，与同一第一接线孔组(10)中集电极焊孔及发射极焊孔相连接的两条引线(12)的垂直投影相互重叠；
空心外螺纹绝缘螺杆(3)依次穿过各驱动板(1)及开关主板(2)的中心位置，相邻开关主板(2)与驱动板(1)之间、最上层驱动板(1)的上部及最下层开关主板(2)的底部均设置有导电紧固螺母(8)，各导电紧固螺母(8)套接于空心外螺纹绝缘螺杆(3)上，位于驱动板(1)上下两侧的两个导电紧固螺母(8)电连接，位于开关主板(2)底部的导电紧固螺母(8)与开关主板(2)的底部相接触，位于开关主板(2)上侧的导电紧固螺母(8)与该开关主板(2)上的环形焊盘(13)电连接，空心外螺纹绝缘螺杆(3)内穿过有内导杆(4)，内导杆(4)的下端与最下方的导电紧固螺母(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，环形焊盘(13)的表面经过镀锡处理。
3.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，相邻两条引线(12)之间设置有动态及静态均压元件(9)。
4.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，空心外螺纹绝缘螺杆(3)的下端设置有内外层导电压接螺母(5)，其中，内导杆(4)与内外层导电压接螺母(5)电连接，内外层导电压接螺母(5)与最下方的导电紧固螺母(8)相接触。
5.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，空心外螺纹绝缘螺杆(3)与环形焊盘(13)之间有间隙。
6.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，驱动板(1)的中心为双面焊盘结构且开设有过孔，空心外螺纹绝缘螺杆(3)穿过所述过孔，过孔的内壁及焊盘均镀锡，驱动板(1)上侧的导电紧固螺母(8)与驱动板(1)上表面的焊盘相接触，驱动板(1)下侧的导电紧固螺母(8)与驱动板(1)下表面上的焊盘相接触。
7.根据权利要求6所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，过孔的内径与开关主板(2)中心圆孔的内径相同。
8.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，各开关主板(2)上第一接线孔组(10)的数目相同，且各开关主板(2)上的第一接线孔组(10)一一对应，各对应第一接线孔组(10)的垂直投影相互重叠。
9.根据权利要求1所述的微感型IGBT串并联结构，其特征在于，IGBT元件(7)的发射极E引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组(10)中的发射极焊孔与对应第二接线孔组(11)中的发射极焊接孔相连接；
IGBT元件(7)的栅极G引脚弯折90°后穿过对应第一接线孔组(10)中的栅极通孔与对应第二接线孔组(11)中的栅极焊接孔相连接。
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