CN110932571A - 一种新型逆变功率单元及其功率电路 - Google Patents

Abstract

一种新型逆变功率单元，包括第一逆变散热模块、第二逆变散热模块、风道组件以及驱动组件；第一逆变散热模块和第二逆变散热模块背靠背垂直对称设置在风道组件的两侧；第一逆变散热模块与第二逆变散热模块通过环路并行热管连接；驱动组件与风道组件连接；功率单元使用两个散热器，采用背靠背双面对称布局结构，不仅散热均匀，而且散热效率高，降低产品故障率；采用环路并行热管散热的功率单元，体积小，散热量大，可以灵活安装在变流器不同方位，减少了变流器体积和重量。

Description

一种新型逆变功率单元及其功率电路

技术领域

本发明属于逆变功率单元领域，尤其涉及一种新型逆变功率单元及其功率电路。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，功率模块的集成度越来越高，功率密度日益增加，因此，功率散热设计的好坏直接影响着系统的可靠性、安全性及使用寿命。目前用于功率模块的散热方式主要有风冷、液冷、热管。

风冷方式主要用于模块功率较小的设备，液冷方式对高热流密度散热是很好的选择，但是其液冷系统较为复杂，成本高。

现有的功率单元采用重力热管散热方式，轨道交通领域及工业领域常用重力热管，重力热管的工作具有一定的方形性，蒸发段必须置于冷凝段的下方，并且体积和重量大，拆装困难以及维修不便。

现有功率单元散热设计中，全部功率器件安装在一块散热器上，结构不合理、空间利用率低，散热器长度过长，散热效率低，导致功率单元体积过大，拆装困难，维修不便。

另外，现有功率单元散热设计中，散热器安装在风道一侧，导致散热器热阻大，功率器件散热分布不均。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，设计一种新型逆变功率单元及其功率电路，提高散热效率，降低功率单元体积和故障率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种新型逆变功率单元，所述功率单元包括第一逆变散热模块、第二逆变散热模块、风道组件以及驱动组件；

所述第一逆变散热模块和第二逆变散热模块背靠背垂直对称设置在风道组件的两侧，通过母排连接，母排采用镜像对称结构，使IGBT散热均匀，功率回路及结构一致；

所述第一逆变散热模块与第二逆变散热模块通过环路并行热管连接、复合母排以及风道组件连接；

所述驱动组件与风道组件连接；

所述第一逆变散热模块和第二逆变散热模块均采用高效环路热管散热器，可以0-90℃任意安装，使得该新型逆变功率单元可以灵活地安装在机车内；

进一步：所述功率单元还包括框架组件，所述框架组件包括左盖板、左框架连接件、右盖板、右框架连接件、吊环、风扇框架、侧盖板以及固定管；

所述左盖板通过左框架连接件与风道组件的左侧连接；

所述右盖板通过右框架连接件与风道组件的右侧连接；

所述吊环与风道组件的顶部连接；

所述侧盖板与风道组件的前侧面连接；

所述固定管位于风道组件的前侧面连接，所述固定管位于侧盖板的下方。

进一步：所述第一逆变散热模块包括第一支撑电容母排、C1、C2、C5、C6、第一IGBT母排、第一逆变散热器；

所述C1和C2与风道组件的顶部连接；

所述第一支撑电容母排位于C2的侧壁上；

所述第一逆变散热器位于风道组件的左侧；

所述第一逆变散热器的外壁与第一IGBT连接；

所述第一IGBT的侧壁与第一IGBT母排连接；

所述第一IGBT母排与C5和C6连接，所述C5和C6对称分布在第一IGBT母排的侧壁上；

所述第二逆变散热模块包括第二支撑电容母排、C3、C4、第二IGBT母排以及第二逆变散热器；

所述第二支撑电容母排位于C1的侧壁上；

所述第二逆变散热器位于风道组件的右侧；

所述第二逆变散热器的外壁与第二IGBT母排连接；

所述第二IGBT的侧壁与第二IGBT连接；

所述第二IGBT母排与C3和C4连接，所述C3与C4对称分布在第二IGBT母排的侧壁上。

进一步：所述第一逆变散热器和第二逆变散热器垂直对称设置在风道组件两侧，所述第一逆变散热器与第二逆变散热器通过环路并行热管连接。

进一步：所述C1和C2对称放置在风道组件正上方；

所述C1和C2通过前侧板组件和后侧板组件进行固定；

所述C1和C2通过第一支撑电容母排和第二支撑电容母排连接。

进一步：所述第一逆变散热器的侧壁上均匀设置有VH、VB、UH、UB；

所述第一IGBT母排将VH、VB、UH、UB连接；

所述第一IGBT上还连接有ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB；

所述第二逆变散热器的侧壁上均匀设置有QH、QB、WH、WB；

所述第二IGBT母排将QH、QB、WH、WB连接；

所述第二IGBT上还连接有ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH。

进一步：所述驱动组件安装在前侧板组件上，所述驱动组件包括绝缘板、绝缘柱、驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ；

所述驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ分别通过绝缘柱安装在绝缘板上；

所述驱动板DRU和驱动板DRV为一组，所述驱动板DRW和驱动板DRQ为另一组，使驱动板到IGBT连接路径长度一致，保证驱动回路一致。

进一步：所述功率单元整体结构为左右对称形。

进一步：所述风道组件为工字形。

进一步：一种新型逆变功率电路，其特征在于，所述电路包括主电路部分和控制部分；

所述主电路部分：

UH、UB、VH、VB、WH、WB、QH、QB为高压IGBT，其中UH、UB、VH、VB、WH、WB组成三相逆变电路，QH和QB组成斩波电路；

C1电容和C2为支撑电容，滤除输入直流电压中的纹波，使直流电压保持稳定；

C3、C4、C5、C6为IGBT吸收电容，抑制IGBT的C-E间的电压值；

所述控制部分：

ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB、ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH为配置板，对IGBT进行过流和过压保护；DRU、DRV，DRW，DRQ为驱动板，驱动板驱动一个桥臂IGBT，采用光纤信号传递反馈信号和驱动信号。

与现有技术相比，本申请所具有的有益效果是：

功率单元使用两个散热器，采用背靠背双面对称布局结构，不仅散热均匀，而且散热效率高，降低产品故障率；

采用环路并行热管散热的功率单元，体积小，散热量大，可以灵活安装在变流器不同方位，减少了变流器体积和重量。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明图1背面的示意图；

图3为本发明图1中去掉左盖板、右盖板以及侧盖板的立体结构示意图；

图4为本发明图2中去掉左盖板、右盖板以及侧盖板的立体结构示意图；

图5为本发明第一逆变散热器、第二逆变散热器以及风道组件的爆炸图；

图6为本发明第一逆变器侧面的分布示意图；

图7为本发明第二逆变器侧面的分布示意图；

图8为本发明驱动组件的立体结构示意图；

图9为本发明的电路示意图。

其中：1、第一逆变散热模块；11、第一支撑电容母排；12、第一IGBT母排；13、第一逆变散热器；2、第二逆变散热模块；21、第二支撑电容母排；22、第二IGBT母排；23、第二逆变散热器；3、风道组件；4、驱动组件；41、绝缘板；42、绝缘柱；5、框架组件；51、左盖板；52、左框架连接件；53、右盖板；54、右框架连接件；55、吊环；56、风扇框架；57、侧盖板；58、固定管；59、前侧板组件；60、后侧板组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

如图1和图2所示，一种新型逆变功率单元，功率单元包括第一逆变散热模块1、第二逆变散热模块2、风道组件3以及驱动组件4(参照图3)。

第一逆变散热模块1和第二逆变散热模块2均采用高效环路热管散热器，可以0-90℃任意安装，使得该新型逆变功率单元可以灵活地安装在机车内。

第一逆变散热模块1和第二逆变散热模块2背靠背垂直对称设置在风道组件3的两侧，通过母排连接，母排采用镜像对称结构，使IGBT散热均匀，功率回路及结构一致。

功率单元整体结构为左右对称形，风道组件3为工字形。

功率单元还包括框架组件5，框架组件5包括左盖板51、左框架连接件52、右盖板53、右框架连接件54、吊环55、风扇框架56、侧盖板57以及固定管58。

左盖板51通过左框架连接件52与风道组件3的左侧连接。

右盖板53通过右框架连接件54与风道组件3的右侧连接。

吊环55与风道组件3的顶部连接。

侧盖板57与风道组件3的前侧面连接。

固定管58位于风道组件3的前侧面连接，所述固定管58位于侧盖板57的下方。

参照图3，第一逆变散热模块1包括第一支撑电容母排11、C1、C2、C5、C6、第一IGBT母排12、第一逆变散热器13。

C1和C2与风道组件3的顶部连接。

第一支撑电容母排11位于C2的侧壁上。

第一逆变散热器13位于风道组件3的左侧。

第一逆变散热器13的外壁与第一IGBT连接。

第一IGBT的侧壁与第一IGBT母排12连接。

第一IGBT母排12与C5和C6连接，C5和C6对称分布在第一IGBT母排12的侧壁上。

参照图4，第二逆变散热模块2包括第二支撑电容母排21、C3、C4、第二IGBT母排22以及第二逆变散热器23。

第二支撑电容母排21位于C1的侧壁上。

第二逆变散热器23位于风道组件3的右侧。

第二逆变散热器23的外壁与第二IGBT连接。

第二IGBT的侧壁与第二IGBT母排22连接。

第二IGBT母排22与C3和C4连接，C3与C4对称分布在第二IGBT母排22的侧壁上。

C1和C2对称放置在风道组件3正上方。

C1和C2通过前侧板组件59和后侧板组件60进行固定。

C1和C2通过第一支撑电容母排11和第二支撑电容母排21连接。

第一支撑电容母排11和第二支撑电容母排21采用镜向对称结构。

参照图5，第一逆变散热器13和第二逆变散热器23垂直对称设置在风道组件3两侧，第一逆变散热器13与第二逆变散热器23通过环路并行热管连接，逆变散热器的热管方向可以垂直于风道，保证流到每个散热器风量一致。

两侧第一逆变散热器13和第二逆变散热器23边上安装左框架连接件52和右框架连接件54，左框架连接件52和右框架连接件54和前侧板组件59和后侧板组件60相连接，不仅使模块框架更加稳固，还对散热器上的安装器件进行防护。

两种母排结构为镜向对称结构，保证功率回路一致。吸收电容C3、C4、C5、C6直接安装在IGBT母排1和2上，节省空间。

参照图6，第一逆变散热器13的侧壁上均匀设置有VH、VB、UH、UB。

第一IGBT母排将VH、VB、UH、UB连接。

第一IGBT上还连接有ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB。

第二逆变散热器23的侧壁上均匀设置有QH、QB、WH、WB。

参照图7，第二IGBT上还连接有ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH。

参照图8，驱动组件4安装在前侧板组件59上，驱动组件4包括绝缘板41、绝缘柱42、驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ。

驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ分别通过绝缘柱42安装在绝缘板41上。

驱动板DRU和驱动板DRV为一组，所述驱动板DRW和驱动板DRQ为另一组，使驱动板到IGBT连接路径长度一致，每个驱动板驱动一个桥臂IGBT。

通过上述实施例由于采用环路并行热管进行散热，体积小，重量轻，所以使用两个热管散热器，背靠背对称布局在风道两侧，散热均匀，减小风阻，提高散热效率。整体模块以风道为主体框架，两组热管散热器对称安装在风道上，IGBT、复合母排、外侧盖板57等部件对称层叠式安装在热管散热器上，方便拆装；支撑电容安装在功率单元正上方，整体结构左右对称，重心居中，结构稳固。

该功率单元散热采用环路并行热管，该热管是由两个或以两个上直管段和U形弯头连接起来的一种热管形式。由于环路的存在，热管的布置灵活，可以有多个蒸发段和冷凝段，可以在00～900任意角度之间转动使用，克服单根重力热管在00角附近使用时传热恶化的现象。环路热管比重力热管传热能力强，在同等散热功率下，其体积比重力热管小25％以上，因此功率单元比传统使用重力热管功率单元，体积小，散热量大，可以安放在变流器不同方向。

实施例2

参照图9，一种新型逆变功率电路，其特征在于，所述电路包括主电路部分和控制部分；

所述主电路部分：

UH、UB、VH、VB、WH、WB、QH、QB为高压IGBT，其中UH、UB、VH、VB、WH、WB组成三相逆变电路，QH和QB组成斩波电路；

C1电容和C2为支撑电容，滤除输入直流电压中的纹波，使直流电压保持稳定；

C3、C4、C5、C6为IGBT吸收电容，抑制IGBT的C-E间的电压值；

所述控制部分：

ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB、ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH为配置板，对IGBT进行过流和过压保护；DRU、DRV，DRW，DRQ为驱动板，驱动板驱动一个桥臂IGBT，采用光纤信号传递反馈信号和驱动信号。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述功率单元包括第一逆变散热模块(1)、第二逆变散热模块(2)、风道组件(3)以及驱动组件(4)；

所述第一逆变散热模块(1)和第二逆变散热模块(2)背靠背垂直对称设置在风道组件(3)的两侧，通过母排连接，母排采用镜像对称结构，使IGBT散热均匀，功率回路及结构一致；

所述第一逆变散热模块(1)与第二逆变散热模块(2)通过环路并行热管连接、复合母排以及风道组件(3)连接；

所述驱动组件(4)与风道组件(3)连接；

所述第一逆变散热模块(1)和第二逆变散热模块(2)均采用高效环路热管散热器，可以0-90℃任意安装，使得该新型逆变功率单元可以灵活地安装在机车内。

2.根据权利要求1所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述功率单元还包括框架组件(5)，所述框架组件(5)包括左盖板(51)、左框架连接件(52)、右盖板(53)、右框架连接件(54)、吊环(55)、风扇框架(56)、侧盖板(57)以及固定管(58)；

所述左盖板(51)通过左框架连接件(52)与风道组件(3)的左侧连接；

所述右盖板(53)通过右框架连接件(54)与风道组件(3)的右侧连接；

所述吊环(55)与风道组件(3)的顶部连接；

所述侧盖板(57)与风道组件(3)的前侧面连接；

所述固定管(58)位于风道组件(3)的前侧面连接，所述固定管(58)位于侧盖板(57)的下方。

3.根据权利要求1所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述第一逆变散热模块(1)包括第一支撑电容母排(11)、C1、C2、C5、C6、第一IGBT母排(12)、第一逆变散热器(13)；

所述C1和C2与风道组件(3)的顶部连接；

所述第一支撑电容母排(11)位于C2的侧壁上；

所述第一逆变散热器(13)位于风道组件(3)的左侧；

所述第一逆变散热器(13)的外壁与第一IGBT连接；

所述第一IGBT的侧壁与第一IGBT母排(12)连接；

所述第一IGBT母排(12)与C5和C6连接，所述C5和C6对称分布在第一IGBT母排(12)的侧壁上；

所述第二逆变散热模块(2)包括第二支撑电容母排(21)、C3、C4、第二IGBT母排(22)以及第二逆变散热器(23)；

所述第二支撑电容母排(21)位于C1的侧壁上；

所述第二逆变散热器(23)位于风道组件(3)的右侧；

所述第二逆变散热器(23)的外壁与第二IGBT母排(22)连接；

所述第二IGBT的侧壁与第二IGBT母排(22)连接；

所述第二IGBT母排(22)与C3和C4连接，所述C3与C4对称分布在第二IGBT母排(22)的侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述第一逆变散热器(13)和第二逆变散热器(23)垂直对称设置在风道组件(3)两侧，所述第一逆变散热器(13)与第二逆变散热器(23)通过环路并行热管连接。

5.根据权利要求3所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述C1和C2对称放置在风道组件(3)正上方；

所述C1和C2通过前侧板组件(59)和后侧板组件(60)进行固定；

所述C1和C2通过第一支撑电容母排(11)和第二支撑电容母排(21)连接。

6.根据权利要求3所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述第一逆变散热器(13)的侧壁上均匀设置有VH、VB、UH、UB；

所述第一IGBT母排(12)将VH、VB、UH、UB连接；

所述第一IGBT上还连接有ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB；

所述第二逆变散热器(23)的侧壁上均匀设置有QH、QB、WH、WB；

所述第二IGBT母排(22)将QH、QB、WH、WB连接；

所述第二IGBT上还连接有ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH。

7.根据权利要求5所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述驱动组件(4)安装在前侧板组件(59)上，所述驱动组件(4)包括绝缘板(41)、绝缘柱(42)、驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ；

所述驱动板DRU、驱动板DRV、驱动板DRW以及驱动板DRQ分别通过绝缘柱(42)安装在绝缘板(41)上；

所述驱动板DRU和驱动板DRV为一组，所述驱动板DRW和驱动板DRQ为另一组，使驱动板到IGBT连接路径长度一致，保证驱动回路一致。

8.根据权利要求1所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述功率单元整体结构为左右对称形。

9.根据权利要求1所述的一种新型逆变功率单元，其特征在于，所述风道组件(3)为工字形。

10.一种新型逆变功率电路，其特征在于，所述电路包括主电路部分和控制部分；

所述主电路部分：

UH、UB、VH、VB、WH、WB、QH、QB为高压IGBT，其中UH、UB、VH、VB、WH、WB组成三相逆变电路，QH和QB组成斩波电路；

C1电容和C2为支撑电容，滤除输入直流电压中的纹波，使直流电压保持稳定；

C3、C4、C5、C6为IGBT吸收电容，抑制IGBT的C-E间的电压值；

所述控制部分：

ADP-UH、ADP-UB、ADP-VH、ADP-VB、ADP-WH、ADP-WB、ADP-QH为配置板，对IGBT进行过流和过压保护；DRU、DRV，DRW，DRQ为驱动板，驱动板驱动一个桥臂IGBT，采用光纤信号传递反馈信号和驱动信号。

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