CN108988654B - 一种逆变器模块 - Google Patents

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Abstract

一种逆变器模块，其包括：第一电路结构层，其包括散热层和IGBT组件层，其中，IGBT组件层设置在散热层上；第二电路结构层，其设置在第一电路结构层上方并与第一电路结构层形成叠层结构，第二电路结构层包括支撑电容层和控制电路层，控制电路层设置在支撑电容层上方，支撑电容层通过低感母排与IGBT组件层连接。本逆变器模块采用了叠层结构，其能够自下而上依次安装。相较于现有的逆变器模块，该逆变器模块的结构更加简单，提高了安装和维护的便捷性。

Description

一种逆变器模块
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种逆变器模块。
背景技术
目前城市轨道交通车辆几乎都已经采用了电力牵引方式进行机车牵引，同时，随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代大城市中的作用尤显突出。
相对于机车变流器，城市轨道交通车辆的变流器在功率密度、寿命、可靠性、批量制造能力以及成本等方面都面临着更高的要求。而在变流器中占用大部分空间的便是逆变器模块，所以城市轨道交通车辆的逆变器模块相比其它机车逆变器模块，其小型化、轻量化和高集成度的要求也就更高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种逆变器模块，所述逆变器模块包括：
第一电路结构层，其包括散热层和IGBT组件层，其中，所述IGBT组件层设置在所述散热层上；
第二电路结构层，其设置在所述第一电路结构层上方并与所述第一电路结构层形成叠层结构，所述第二电路结构层包括支撑电容层和控制电路层，所述控制电路层设置在所述支撑电容层上方，所述支撑电容层通过低感母排与所述IGBT组件层连接。
根据本发明的一个实施例，所述第一电路结构层还包括直流接线座和交流接线座，其中，所述直流接线座与所述低感母排搭接，所述交流接线座与所述IGBT组件层连接。
根据本发明的一个实施例，所述IGBT组件层包括：
若干IGBT器件单元，其安装在所述散热层上，其中，所述IGBT器件单元与散热层之间涂覆有导热材料；
若干门极驱动单元，其对应安装在所述IGBT器件单元上，用于控制所述IGBT器件单元中各个IGBT器件的运行状态。
根据本发明的一个实施例，所述IGBT组件层包括四个逆变功能单元和两个三并联斩波功能单元。
根据本发明的一个实施例，所述IGBT器件单元与对应的门极驱动单元的端口直接通过焊接进行电连接。
根据本发明的一个实施例，所述IGBT组件层还包括：
防护板，其紧固安装在所述散热层上并架设在所述门极驱动单元上方，用于对所述门极驱动单元进行防护。
根据本发明的一个实施例，所述第一电路结构层还包括：
温度继电器，其安装在所述散热层上并与所述控制电路层连接，用于在所述散热层的温度超过预设温度时向所述控制电路层发送相应的超温信号。
根据本发明的一个实施例，所述支撑电容层通过电容器支座安装在立柱上，所述立柱紧固在所述散热层上。
根据本发明的一个实施例，所述控制电路层包括控制盒以及脉冲分配电路，所述控制盒紧固安装在所述立柱上，所述脉冲分配电路安装在所述控制盒中。
根据本发明的一个实施例，所述脉冲分配电路包括多个脉冲分配模块，各个脉冲分配模块与一个或多个门极驱动单元连接，用于通过门极驱动单元控制所述IGBT器件单元的运行状态。
本发明所提供的逆变器模块能够直接输出4组U、V、W三相逆变电路以及2组三并联斩波电路，其能够同时满足4个牵引电机的供电需求。相较于现有的逆变器模块，本发明所提供的逆变器模块的集成度更高，这样也就有助于减小整个逆变器模块的体积。
同时，本发明所提供的逆变器模块采用了叠层结构，其能够自下而上依次安装。相较于现有的逆变器模块，该逆变器模块的结构更加简单，这样也就提高了安装和维护的便捷性。
此外，本发明所提供的逆变器模块采用了控制电路和强电电路部分分离的结构形式，这样有助于减少强电部分对控制电路的干扰，从而提高了逆变器模块运行的稳定性。本逆变器模块的直流电路部分地采用了低感母排来进行电连接，这样有助于降低电路的杂散电感，从而提高了模块的整体电气性能，保证了IGBT器件单元在高频开关状态下的稳定运行。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明一个实施例的逆变器模块的正视图；
图2是根据本发明一个实施例的逆变器模块的俯视图；
图3是根据本发明一个实施例的逆变器模块的左视图；
图4是根据本发明一个实施例的逆变器模块的立体图；
图5是根据本发明一个实施例的逆变器模块的第一电路结构层的组装图；
图6和图7是根据本发明一个实施例的逆变器模块的IGBT组件层的结构示意图；
图8是根据本发明一个实施例的逆变器模块的第二电路结构层的组装图；
图9是根据本发明一个实施例的逆变器模块的控制盒及其内部零部件组装图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
在城市轨道交通牵引变流传动领域，用户往往希望变流器体积小、结构紧凑，同时还需要变流器具备良好的可维护性。这样也就使得对于作为变流器的核心部件的逆变器模块的要求越来越高，例如，要求逆变器模块需要具有小型化和轻量化的特点。然而，现有的逆变器模块存在模块集成度不高的问题，这样也就导致现有逆变器模块的体积庞大、笨重，可维护性差。
针对现有逆变器模块所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新的逆变器模块，该逆变器模块具有更高的集成度。为了更加清楚地阐述本发明所提供的逆变器模块的结构以及优点，以下结合图1至图4来对该逆变器模块作进一步地说明。其中，图1示出了本实施例所提供的逆变器模块的正视图，图2示出了该逆变器模块的俯视图，图3示出了该逆变器模块的左视图，图4示出了该逆变器模块的立体图。
如图1至图4所示，本实施例所提供的逆变器模块包括：第一电路结构层1000和第二电路结构层2000。其中，第一电路结构层1000包括散热层1010和IGBT组件层1020，IGBT组件层1020设置在散热层1010上。第二电路结构层2000设置在第一电路结构层1000上方，这样第二电路结构层2000便与第一电路结构层1000形成了叠层的结构。在逆变器模块组装过程中，这种叠层结构能够使得第一电路结构层1000和第二电路结构层2000自下而上依次安装，相较于现有的逆变器模块，本实施例所提供的逆变器模块的这种结构使得其组装过程更加方便，同时也使得逆变器模块更加便于维护。
图5示出了本实施例所提供的逆变器模块的第一电路结构层1000的组装图。
如图5所示，本实施例中，第一电路结构层1000中的散热层1010优选地由散热基板和散热翅片焊接而成。当然，在本发明的其它实施例中，散热层1010还可以采用其它合理的结构形式来实现，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，散热层1010还可以采用型材加工而成。
IGBT组件层1020优选地通过螺钉紧固在散热层1010上，其中，IGBT组件层1020与散热层1010之间涂覆有导热材料(例如导热硅脂等)。当然，在本发明的其它实施例中，IGBT组件层1020还以采用其它合理的方式来可靠地固接在散热层1010上。
如图6所示，本实施例中，IGBT组件层1020优选地包括若干IGBT器件单元1021和若干门极驱动单元1022。其中，IGBT器件单元1021安装在散热层1010上，各个IGBT器件单元1021与散热层1010之间涂覆有导热材料。门极驱动单元1022的形状与IGBT器件单元1021的形状相匹配，各个门极驱动单元1022优选地嵌入贴合安装在对应的IGBT器件单元1021上，各个门极驱动单元1022能够控制对应的IGBT器件单元1021的开通和关断。
本实施例中，IGBT器件单元1021与设置在其上的门极驱动单元1022优选地通过螺钉紧固，并直接通过焊接的方式进行电连接。IGBT器件单元1021与门极驱动单元1022的这种连接方式既能够保证二者之间连接的可靠性，又节省了空间。
在城市轨道交通车辆中，通常采用直流电网供电，网压一般为直流750V。牵引变流器模块通常只需要将网侧输入的直流电逆变为三相交流电来为牵引电机供电。目前，所有在城市轨道交通车辆的牵引变流器通常都是以逆变器形式工作。
在现有的牵引变流器中，每个逆变器模块只输出一组三相逆变电路(部分模块还包括一组斩波电路)，即每个逆变器模块只能为一个牵引电机供电。然而，对于城市轨道交通车辆来说，一个牵引变流器通常需要为4个牵引电机供电，因此牵引变流器也就需要同时配置4个逆变器模块，这样使得牵引变流器很难满足现在小型化、轻量化、高功率密度和低成本的要求。
针对上述问题，如图7所示，本实施例中，IGBT器件单元1021优选地包括四个逆变功能单元和两个三并联斩波功能单元。其中，利用这四个逆变功能单元和两个斩波功能单元，该逆变器模块能够直接输出四组U、V、W三相逆变电路以及两组三并联斩波电路，从而同时满足四个牵引电机的供电需求，这样也有助于逆变器模块实现小型化、轻量化，并且还能够满足逆变器模块高功率密度和低成本的要求。
此外，为了满足逆变器模块的轻量化和小型化的要求，本实施例中，IGBT器件单元中的各个IGBT器件的额定参考电压优选地配置为1700V，同时各个IGBT器件优选的为450A或500A的器件，其封装类型为EconoPACKTM。当然，在本发明的其它实施例中，各个IGBT器件的封装和/或具体参数还可以为其它合理参数，本发明不限于此。
再次如图5所示，本实施例中，第一电路结构层1000优选地还包括直流接线座1050、交流接线座1030以及低感母排1060。其中，直流接线座1050通过螺钉紧固在散热层1010上。在电气连接方面，本实施例中，低感母排1060的一端与第二电路结构层连接(具体地通过螺钉固定在支撑电容器2010上)，另一端通过螺钉紧固在IGBT组件1020上并且末端搭接在直流接线座1050上。
交流接线座1030同样通过螺钉紧固在散热层1010上，交流铜排1040的一端通过螺钉紧固在IGBT组件1020上，另一端搭接在交流接线座1030上。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，交流接线座1030和/或直流接线座1050与散热层1010之间的连接方式，以及低感母排1060与直流接线座1050之间的连接方式，抑或是交流铜排1040与IGBT组件1020和交流接线座1030之间的连接方式，均可以根据实际需要采用其它合理的连接方式，本发明不限于此。
本实施例中，IGBT组件层1020优选地还包括防护板1080。其中，防护板1080通过支撑螺柱1070紧固安装在散热层1010上并架设在门极驱动单元1022上方，以用于对门极驱动单元1022进行防护。同时，为了便于逆变器模块内部走线，本实施例中，防护板1080上还设置有绑线孔。
此外，本实施例中，IGBT组件层1020优选地还包括有若干温度继电器1090。温度继电器1090通过螺钉紧固在散热层1010上并与第二电路结构层中的控制电路层连接，同时，为了保证温度继电器1090能够准确测量散热层1010上的温度数据，温度继电器1090与散热层1010的接触部位涂覆有导热材料(例如导热硅脂等)。如图5所示，本实施例中，IGBT组件层1020优选地包括2个温度继电器1090，这2个温度继电器串联使用。当散热层1010的散热台面的温度超过预设温度时，温度继电器1090将会动作(例如由常闭状态转换为断开状态)，并向上述控制电路层发送相应的超温信号，控制电路层在接收到上述超温信号后便会进行逆变器模块的超温保护。
图8示出了本实施例所提供的逆变器模块的第二电路结构层2000的组装示意图。
如图8所示，本实施例中，第二电路结构层2000优选地包括支撑电容层2010和控制电路层。其中，支撑电容层2010优选地通过支撑电容支座2020安装在立柱2030上，而立柱2030则紧固在散热层1010上。本实施例中，支撑电容层2010与支撑电容支座2020以及支撑电容支座2020与立柱2030之间优选地通过螺钉紧固。当然，在本发明的其它实施例中，上述器件之间的连接方式还可以采用其它合理方式(例如焊接等)，本发明不限于此。
控制电路层包括控制电路盒2040以及脉冲分配电路，其中，脉冲分配电路优选的通过支撑住2060安装在控制电路盒2040中，而控制电路盒2040则通过螺钉紧固在立柱2030上并处于支撑电容层2010上方。
本实施例中，第二电路结构层2000还包括有拉手2050，拉手2050优选地通过螺钉紧固安装在立柱2030上，这样用户便可以通过拉手2050来方便地对逆变器模块进行搬运。
图9示出了本实施例中逆变器模块的控制盒及其内部零部件组装图。如图9所示，本实施例中，逆变器模块的控制盒由盒体2041和盒盖2042构成，二者优选地通过螺钉紧固。同时，控制盒还通过螺钉紧固在立柱2030上并处于支撑电容层2010上方。
本实施例中，脉冲分配电路包括3个脉冲分配模块2070，各个脉冲分配模块2070能够接收外部(例如变流器传动控制单元)所传输来的控制信号，并通过对这些信号进行内部处理后传输给相应的门极驱动单元1022，以由门极驱动单元1022进行进一步处理后来控制IGBT器件单元的开通和关断。具体地，本实施例中，每个脉冲分配模块2070优选地与2个门极驱动单元连接并通过门极驱动单元来控制对应的IGBT器件单元的运行状态，即每个脉冲分配模块控制2个IGBT器件单元的运行状态。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，脉冲分配电路所包含的脉冲分配模块2070的数量还可以为其它合理数量，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，脉冲分配电路还可以包含6个脉冲分配模块2070，其中，每个脉冲分配模块2070用于控制一个IGBT器件单元的运行状态。
此外，本实施例中，控制盒2040上还设置有矩形插座2080，矩形插座2080可以通过信号线与第一电路结构层1000中所配置的温度继电器1090连接，以接收温度继电器1090所传输来的相关信号。
从上述描述中可以看出，本实施例所提供的逆变器模块能够直接输出4组U、V、W三相逆变电路以及2组三并联斩波电路，其能够同时满足4个牵引电机的供电需求。相较于现有的逆变器模块，本实施例所提供的逆变器模块的集成度更高，这样也就有助于减小整个逆变器模块的体积。
同时，本实施例所提供的逆变器模块采用了叠层结构，其能够自下而上依次安装。相较于现有的逆变器模块，本实施例所提供的逆变器模块的结构更加简单，这样也就提高了安装和维护的便捷性。
此外，本实施例所提供的逆变器模块采用了控制电路和强电电路部分分离的结构形式，这样有助于减少强电部分对控制电路的干扰，从而提高了逆变器模块运行的稳定性。本逆变器模块的直流电路部分采用低感母排来进行电连接，这样有助于降低电路的杂散电感，从而提高了模块的整体电气性能，保证了IGBT器件单元在高频开关状态下的稳定运行。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (7)

1.一种逆变器模块，其特征在于，所述逆变器模块包括：
第一电路结构层，其包括散热层和IGBT组件层，其中，所述IGBT组件层设置在所述散热层上；
第二电路结构层，其设置在所述第一电路结构层上方并与所述第一电路结构层形成叠层结构，所述第二电路结构层包括支撑电容层和控制电路层，所述控制电路层设置在所述支撑电容层上方，所述支撑电容层通过低感母排与所述IGBT组件层连接；
所述IGBT组件层包括：
若干IGBT器件单元，其安装在所述散热层上，其中，所述IGBT器件单元与散热层之间涂覆有导热材料；
若干门极驱动单元，其对应安装在所述IGBT器件单元上，用于控制所述IGBT器件单元中各个IGBT器件的运行状态，其中，所述门极驱动单元与所述IGBT器件单元的形状相匹配并嵌入贴合安装在对应的IGBT器件单元上；
所述第一电路结构层还包括直流接线座和交流接线座，其中，所述直流接线座与所述低感母排搭接，所述交流接线座与所述IGBT组件层连接；
所述IGBT组件层包括四个逆变功能单元和两个三并联斩波功能单元。
2.如权利要求1所述的逆变器模块，其特征在于，所述IGBT器件单元与对应的门极驱动单元的端口直接通过焊接进行电连接。
3.如权利要求1～2中任一项所述的逆变器模块，其特征在于，所述IGBT组件层还包括：
防护板，其紧固安装在所述散热层上并架设在所述门极驱动单元上方，用于对所述门极驱动单元进行防护。
4.如权利要求1～2中任一项所述的逆变器模块，其特征在于，所述第一电路结构层还包括：
温度继电器，其安装在所述散热层上并与所述控制电路层连接，用于在所述散热层的温度超过预设温度时向所述控制电路层发送相应的超温信号。
5.如权利要求1～2中任一项所述的逆变器模块，其特征在于，所述支撑电容层通过电容器支座安装在立柱上，所述立柱紧固在所述散热层上。
6.如权利要求5所述的逆变器模块，其特征在于，所述控制电路层包括控制盒以及脉冲分配电路，所述控制盒紧固安装在所述立柱上，所述脉冲分配电路安装在所述控制盒中。
7.如权利要求6所述的逆变器模块，其特征在于，所述脉冲分配电路包括多个脉冲分配模块，各个脉冲分配模块与一个或多个门极驱动单元连接，用于通过门极驱动单元控制所述IGBT器件单元的运行状态。
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