CN110265367A - 一种中功率逆变器单管散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中功率逆变器单管散热结构，包含散热器、导热矽胶布、绝缘阻燃片、铜片、IGBT单管组、绝缘压块和PCB板，IGBT单管组管脚焊接在PCB板上，IGBT单管组水平设置在PCB板一侧，绝缘压块设置在IGBT单管组和PCB板之间，铜片一侧设置在IGBT单管组外侧侧面上，绝缘阻燃片上开有与铜片匹配的槽孔，铜片嵌设在绝缘阻燃片的槽孔内并且铜片另一侧设置在导热矽胶布一侧，导热矽胶布另一侧与散热器连接。本发明增大了散热面积，进一步分散热源，降低IGBT单管温升，同时，消除因IGBT短路失效引起散热器表面损伤的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热机构，特别是一种中功率逆变器单管散热结构。
背景技术
光伏平价上网时代给分布式电站投资带来挑战，提高组串逆变器的单机功率，可以进一步降低系统单位成本；目前，中功率逆变器的升压与逆变单元多采用IGBT功率模块方案，与IGBT单管方案相比，其外围设计相对简单，但价格昂贵；且发热集中，不利于散热；同时，发生故障损坏时，需更换整个IGBT功率模块，维修成本较高；由于市场上IGBT分立器件电流规格的限制，中功率逆变器采用IGBT单管搭建方案时，通常采用单管并联的方式来满足功率的要求，单管并联有助于灵活扩展，并将热源分散，有利于散热，提高器件寿命和整机转换效率。
现有技术中，IGBT单管背面裸露铜片，并带有电气属性，不能直接安装在散热器表面，需做绝缘处理；专利201520264265.2涉及逆变器领域，提出一种中功率逆变器品字型单管散热结构，将IGBT单管组与绝缘导热垫贴合，安装在散热器上，能够散热并绝缘，但是未考虑到，一旦IGBT单管故障失效（例如短路），瞬间的能量会击穿绝缘导热垫，并传递到底部铝型材散热器，导致散热器表面损伤，需更换整个散热器，故障维修时间和成本大大增加。
专利201520648486.6涉及工业控制设备制造技术领域，提出一种IGBT单管，在生产时，直接采用机器粘贴的方式，将陶瓷导热片固定在背面裸露铜片上，形成一体化产品，避免了由于人工装配原因带来的绝缘击穿问题，但是陶瓷导热片材质硬度高，易碎，且相比于市场上的IGBT分立器件，提高了成本，通用性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种中功率逆变器单管散热结构，改善IGBT单管单点温度过高的问题，同时还能消除因IGBT失效炸管引起散热器表面损坏的风险。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：包含散热器、导热矽胶布、绝缘阻燃片、铜片、IGBT单管组、绝缘压块和PCB板，IGBT单管组管脚焊接在PCB板上，IGBT单管组水平设置在PCB板一侧，绝缘压块设置在IGBT单管组和PCB板之间，铜片一侧设置在IGBT单管组外侧侧面上，绝缘阻燃片上开有与铜片匹配的槽孔，铜片嵌设在绝缘阻燃片的槽孔内并且铜片另一侧设置在导热矽胶布一侧，导热矽胶布另一侧与散热器连接。
进一步地，所述PCB板上开有圆孔并且圆孔直径大于锁紧螺钉上端端部的直径，绝缘压块、铜片和导热矽胶布上开有供锁紧螺钉穿过的通孔，散热器上开有与锁紧螺钉匹配的螺纹孔，锁紧螺钉端部依次穿过绝缘压块、铜片和导热矽胶布的通孔后旋紧在散热器的螺纹孔内将绝缘压块、IGBT单管组、铜片、导热矽胶布锁紧固定在散热器上。
进一步地，所述绝缘阻燃片、导热矽胶布和散热器上开有若干个相互对应的螺孔，绝缘阻燃片、导热矽胶布通过绝缘锁紧螺钉固定在散热器上。
进一步地，所述散热器为6063铝型散热器。
进一步地，所述绝缘阻燃片采用FR700材料。
进一步地，所述IGBT单管组由两个具有相同电气属性的IGBT单管并联组成。
进一步地，所述PCB板为FR4线路板。
进一步地，所述绝缘锁紧螺钉为塑料螺钉。
进一步地，所述锁紧螺钉为电镀锌螺丝。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明通过一个绝缘压块就可以固定两个并联的IGBT单管进行散热，PCB上只需开一个圆孔，可以减小PCB板的面积；
2、本发明的散热结构相比于陶瓷片强度高、易碎的特性，采用绝缘耐压高、导热性能好的导热矽胶布，提高了散热可靠性；
3、铜片的使用，增大了散热面积，进一步分散热源，降低IGBT单管温升，同时，消除因IGBT短路失效引起散热器表面损伤的风险。
附图说明
图1是本发明的一种中功率逆变器单管散热结构的示意图。
图2是本发明的一种中功率逆变器单管散热结构的分解示意图。
图3是本发明的一种中功率逆变器单管散热结构的IGBT单管组固定示意图。
图4是本发明的一种中功率逆变器单管散热结构的绝缘阻燃片固定示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1和2所示，本发明的一种中功率逆变器单管散热结构，包含散热器1、导热矽胶布2、绝缘阻燃片3、铜片4、IGBT单管组5、绝缘压块6和PCB板7。
三组IGBT单管组5沿一条直线方向排列在PCB板7上，每组IGBT单管组由两个具有相同电气属性的IGBT单管并联组成。每个IGBT单管的管脚弯折90度并且焊接在PCB板上，这样 IGBT单管组与PCB板7平行并且设置在PCB板的一侧，管脚弯折位置与绝缘压块6的厚度匹配，这样绝缘压块6刚好插入设置在IGBT单管和PCB板之间。中功率逆变器升压与逆变单元通常采用IGBT单管并联的方式，一方面可以灵活扩展功率，另一方面将热源分散，有利于散热；所述IGBT单管组5由两个IGBT单管并联组成，具有相同的电气属性；为了增强散热性能，可以在IGBT单管组5本体背面裸露铜片上涂抹硅脂。
本发明实施例中，IGBT单管组为两个IGBT单管并联，易于安装和散热，当然这里不是将IGBT单管组限制为两个IGBT单管并联，可以是多个IGBT单管并联。考虑到装配与成本，导热矽胶布和绝缘阻燃片满足三个IGBT单管组安装，这里需要说明的是，导热矽胶布和绝缘阻燃片可以通过定制加工，满足多个IGBT单管组的安装。
铜片4一侧设置在IGBT单管组外侧侧面上，绝缘阻燃片3上开有与铜片匹配的槽孔8，槽孔8为矩形槽孔并且槽孔8的长度和铜片4的长度相等或者略大于铜片4的长度，槽孔8的宽度大于铜片4的宽度，并且在槽孔8的长边内侧设置有向内侧凸起的凸块9，凸块9的凸起宽度为槽孔宽度与铜片4宽度之差，槽孔8用于固定铜片4，防止铜片4发生位移。铜片4嵌设在绝缘阻燃片3的槽孔内并且铜片另一侧设置在导热矽胶布2一侧，导热矽胶布2另一侧与散热器1连接。将IGBT单管组5背面放置于铜片4顶层上，铜片4的整体散热面积大于IGBT单管组5的背面散热面积，贴合面积更大，可以进一步将热源分散，改善IGBT单管组5单点温度过高的问题；同时，若IGBT发生短路失效，瞬间非常高的能量通过空间释放，通过铜片4的隔断，可以防止瞬间能量击穿绝缘矽胶布2，引起散热器1表面损伤，只需更换铜片4和IGBT单管组5，降低了维修时间与成本。
如图3所示，PCB板7上开有圆孔并且圆孔直径大于锁紧螺钉10上端端部的直径，绝缘压块6、铜片4和导热矽胶布2上开有供锁紧螺钉穿过的通孔，散热器1上开有与锁紧螺钉10匹配的螺纹孔，锁紧螺钉10端部依次穿过绝缘压块6、铜片4和导热矽胶布2的通孔后旋紧在散热器1的螺纹孔内将绝缘压块、IGBT单管组、铜片、导热矽胶布锁紧固定在散热器上。锁紧螺钉10为电镀锌螺丝，机械性能等级高。
如图4所示，绝缘阻燃片3、导热矽胶布2和散热器1上开有若干个相互对应的螺孔，绝缘阻燃片3、导热矽胶布2通过绝缘锁紧螺钉11固定在散热器1上。绝缘锁紧螺钉11为塑料螺钉，耐热绝缘。
装配时，电镀锌螺钉依次通过PCB板通孔、绝缘压块通孔、铜片通孔、绝缘矽胶布通孔及散热器螺丝孔，将散热器1、绝缘矽胶布2、铜片4及IGBT单管组5紧贴在一起，将IGBT单管组5的热量，以更小的热阻，传递到散热器1上，通过风扇强制风冷的方式排出，延长了元器件的可靠性和寿命。
其中，散热器1为6063铝型散热器，价格便宜。导热矽胶布2为导热绝缘片，耐高压，导热效果好，不需要辅以其他散热材料，例如硅脂。绝缘阻燃片3为FR700材料，阻燃绝缘性能好。绝缘压块6为环氧树脂压块，强度高，质量轻；PCB板7为FR4线路板，价格便宜。
本发明的优越性在于：在逆变器等领域，通常采用IGBT单管并联的方式来满足中功率等级的要求，本申请提供的散热结构，通过一个绝缘压块就可以固定两个并联的IGBT单管进行散热，PCB上只需开一个圆孔，可以减小PCB板的面积；相比于陶瓷片强度高，易碎的特性，采用绝缘耐压高、导热性能好的导热矽胶布，提高了散热可靠性；铜片的使用，增大了散热面积，进一步分散热源，降低IGBT单管温升，同时，消除因IGBT短路失效引起散热器表面损伤的风险。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：包含散热器、导热矽胶布、绝缘阻燃片、铜片、IGBT单管组、绝缘压块和PCB板，IGBT单管组管脚焊接在PCB板上，IGBT单管组水平设置在PCB板一侧，绝缘压块设置在IGBT单管组和PCB板之间，铜片一侧设置在IGBT单管组外侧侧面上，绝缘阻燃片上开有与铜片匹配的槽孔，铜片嵌设在绝缘阻燃片的槽孔内并且铜片另一侧设置在导热矽胶布一侧，导热矽胶布另一侧与散热器连接。
2.按照权利要求所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述PCB板上开有圆孔并且圆孔直径大于锁紧螺钉上端端部的直径，绝缘压块、铜片和导热矽胶布上开有供锁紧螺钉穿过的通孔，散热器上开有与锁紧螺钉匹配的螺纹孔，锁紧螺钉端部依次穿过绝缘压块、铜片和导热矽胶布的通孔后旋紧在散热器的螺纹孔内将绝缘压块、IGBT单管组、铜片、导热矽胶布锁紧固定在散热器上。
3.按照权利要求1所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述绝缘阻燃片、导热矽胶布和散热器上开有若干个相互对应的螺孔，绝缘阻燃片、导热矽胶布通过绝缘锁紧螺钉固定在散热器上。
4.按照权利要求1所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述散热器为6063铝型散热器。
5.按照权利要求1所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述绝缘阻燃片采用FR700材料。
6.按照权利要求1所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述IGBT单管组由两个具有相同电气属性的IGBT单管并联组成。
7.按照权利要求1所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述PCB板为FR4线路板。
8.按照权利要求3所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述绝缘锁紧螺钉为塑料螺钉。
9.按照权利要求2所述的一种中功率逆变器单管散热结构，其特征在于：所述锁紧螺钉为电镀锌螺丝。
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