CN112865555B - 一种一体化逆变器模块 - Google Patents

一种一体化逆变器模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体化逆变器模块，包括：散热组件层、IGBT组件层、低感母排组件层、支撑电容组件层、逆变器驱动组件层、传动控制组件层和电源组件层。所述散热组件层、所述IGBT组件层、所述低感母排组件层、所述支撑电容组件层、所述逆变器驱动组件层和所述电源组件层依次叠层设置。所述传动控制组件层和所述逆变器驱动组件层并列设置在所述支撑电容组件层之上。本发明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、集成性能高和更加紧凑，以使变流器实现小型化、轻量化和集成化。同时，这种结构可以使强电传输方向和控制信号的传输方向不同，这种分开传输的设置方式减弱了强电对控制信号的干扰，使信号更加准确。

Description

一种一体化逆变器模块
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆领域，特别是指一种一体化逆变器模块。
背景技术
城市轨道交通车辆几乎都采用了电力牵引，随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通车辆在现在大城市中的重要性尤显突出。
城市轨道交通车辆中应用的变流器相对于机车中应用的变流器具有更高的要求，比如对变流器的功率密度、寿命、可靠性、体积和成本等都提出了更高的要求。而在变流器中占用大部分空间的便是逆变器模块，所以使逆变器模块在结构和功能上更紧凑有利于使变流器模块在结构和功能上更紧凑，进而提高变流器的集成度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种一体化逆变器模块，用于解决逆变器模块在结构和功能上不紧凑、集成度低的问题。
一种一体化逆变器模块，包括：
散热组件层、IGBT组件层、低感母排组件层、支撑电容组件层、逆变器驱动组件层、传动控制组件层和电源组件层；
所述散热组件层、所述IGBT组件层、所述低感母排组件层、所述支撑电容组件层、所述逆变器驱动组件层和所述电源组件层依次叠层设置；
所述传动控制组件层和所述逆变器驱动组件层并列设置在所述支撑电容组件层之上。
在其它一些实施方式中，所述IGBT组件层包括：
逆变功能单元和斩波功能单元。
在其它一些实施方式中，，所述IGBT组件层包括：
8个IGBT件；
8个所述IGBT件均分成两组且设置成矩形阵列。
在其它一些实施方式中，，位于所述矩形阵列一端的两个所述IGBT件被配置为斩波功能单元。
在其它一些实施方式中，还包括：放电电阻；
所述放电电阻设置在所述散热组件层，所述放电电阻被配置为配合所述支撑电容组件层中的支撑电容放电。
在其它一些实施方式中，所述放电电阻设置在靠近所述矩形阵列的一端。
在其它一些实施方式中，还包括：直流铜排、交流铜排和传感器；
所述直流铜排、所述交流铜排和所述传感器均设置在所述低感母排组件层；
所述直流铜排被配置为向所述低感母排组件层输入直流电；
所述交流铜排被配置为从所述低感母排组件层输出交流电；
所述传感器被配置为从所述低感母排组件层采集输入与输出的电流信号。
在其它一些实施方式中，所述直流铜排设置在靠近所述矩形阵列的一端。
在其它一些实施方式中，所述交流铜排设置在靠近所述矩形阵列的另一端。
在其它一些实施方式中，所述传感器组件设置在靠近所述矩形阵列的一端。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种一体化逆变器模块，包括：散热组件层、IGBT组件层、低感母排组件层、支撑电容组件层、逆变器驱动组件层、传动控制组件层和电源组件层。所述散热组件层、所述IGBT组件层、所述低感母排组件层、所述支撑电容组件层、所述逆变器驱动组件层和所述电源组件层依次叠层设置。所述传动控制组件层和所述逆变器驱动组件层并列设置在所述支撑电容组件层之上。本发明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、集成性能高和更加紧凑，以使变流器实现小型化、轻量化和集成化。同时，这种结构可以使强电传输方向和控制信号的传输方向不同，这种分开传输的设置方式减弱了强电对控制信号的干扰，使信号更加准确。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种一体化逆变模块正视图；
图2为本发明实施例提供的一种一体化逆变模块另一视角视图；
图3为本发明实施例提供的一种一体化逆变模块右视图；
图4为本发明实施例提供的一种一体化逆变模块爆炸图；
图5为本发明实施例提供的一种一体化逆变模块电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
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，本发明实施例提供一种一体化逆变器模块，该逆变器模块具有更高的集成度。为了更加清楚的阐述本发明提供的逆变器模块的结构以及优点，以下结合附图来对该逆变器模块作进一步地说明。
如图1至图3所示，本实施例提供的一种一体化逆变器模块，包括：
散热组件层1、IGBT组件层2、低感母排组件层3、支撑电容组件层4、逆变器驱动组件层501、传动控制组件层502和电源组件层6。
IGBT组件层2主要包括IGBT功能器件，IGBT功能器件用于在特定信号下完成逆变器模块将直流电逆变成交流电的逆变功能。IGBT功能器件是大功率半导体器件，开关频率较高及流经IGBT功能器件的电流较大导致其在工作时产生大量的热，IGBT功能器件在过高的温度下工作容易损坏。
散热组件层1用于将IGBT功能器件产生的热量散掉以使IGBT功能器件正常工作。支撑电容组件层4主要包括支撑电容，支撑电容用于对输入的电压进行平滑滤波。低感母排组件层3主要用于将支撑电容和IGBT功能器件形成电连接。逆变器驱动组件层501主要包括逆变驱动器，逆变驱动器主要用于控制IGBT功能器件的开关。传动控制组件层502主要包括传动控制器，传动控制器用于控制个部件的协调工作。电源组件层6主要包括电源，电源的输入电压是110V，输出电压是15V和24V，电源用于给传动控制单元和逆变驱动器供电。
其中，所述散热组件层1、所述IGBT组件层2、所述低感母排组件层3、所述支撑电容组件层4、所述逆变器驱动组件层501和所述电源组件层6依次叠放设置。所述传动控制组件层502和所述逆变器驱动组件层501并列设置在所述支撑电容组件层之上。也即如图所示，为了描述方便，将散热组件层1看做是位于最下方，传动控制组件层502相对于逆变器驱动组件层501是左侧。则IGBT组件层2叠放在散热组件层1的正上方，低感母排组件层3叠放在IGBT组件层2的正上方，支撑电容组件层4叠放在低感母排组件层3的正上方，传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501位于同一层，共同叠放在支撑电容组件层4的正上方，电源组件层6叠放在逆变器驱动组件层501的上方。这种各组件层叠的设置方式增加逆变器模块的集成度，以实现逆变器模块的小型化和轻量化；同时使逆变器模块具备便于组装和维护等优点。
有上述结构我们可知，控制的电信号主要是从传动控制层沿着叠层方向向下传递，也即从上层传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501向下传递，传感器的信号是从下向上传递。强电的传输方向主要是沿着低感母排组件层3所在的层中左右传输和IGBT组件层2、支撑电容组件层4间传输。也即强电传输方向和控制信号的传输方向不同，这种分开传输的设置方式减弱了强电对控制信号的干扰，使信号更加准确。
同时传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501并列设置在同一层，控制信号在传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501间的传输距离较短，信号传输路径短，对信号的干扰比较小。电源组件层6叠放在逆变器驱动组件层501的上方，便于线路布置。
在其它一些实施方式中，该逆变器模块还包括柜体和隔板，隔板将柜体内腔分为第一腔体和第二腔体，所述散热组件层1、所述IGBT组件层2、所述低感母排组件层3和所述支撑电容组件层4依次叠放在第一腔体内。传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501并列设置在第二腔体内，电源组件层6叠放在逆变器驱动组件层501的上方。用腔体对这些组件层进行物理阻隔，通过物理阻隔的方式进一步减弱强电对控制信号的干扰，保证信号准确性。
综上，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、集成性能高和更加紧凑，以使变流器实现小型化、轻量化和集成化。同时，这种结构可以使强电传输方向和控制信号的传输方向不同，这种分开传输的设置方式减弱了强电对控制信号的干扰，使信号更加准确。
作为一个更加具体的实施例，参考图4和图5，所述IGBT组件层2包括逆变功能单元2022和斩波功能单元2021，增加斩波功能单元2021增加逆变器模块的功能，使逆变器模块输出的电流多样化，满足不同需求。
所述IGBT组件层2包括：8个IGBT件202；8个所述IGBT件202均分成两组且设置成矩形阵列。位于所述矩形阵列一端的两个所述IGBT件202被配置为斩波功能单元2021，其余的IGBT件202被配置为逆变功能单元2022。参考图5，输入电流先流经斩波功能单元2021，将位于所述矩形阵列一端的两个所述IGBT件202配置为斩波功能单元2021有助于布线的布置，使布线简单，减少干扰。
该逆变器模块还包括：直流铜排301；交流铜排303和传感器302，所述直流铜301、所述交流铜排303和所述传感器302均设置在所述低感母排组件层。其中，所述直流铜排301被配置为向所述低感母排组件层3输入直流电；所述交流铜排303被配置为从所述低感母排组件层3输出交流电；所述传感器302被配置为从所述低感母排组件3层采集输入与输出的电流信号。将所述交流铜排303和所述传感器302均设置在所述低感母排组件层便于布线设置。
在其它一些实施方式中，所述直流铜排301设置在靠近所述矩形阵列的一端，所述交流铜排303设置在靠近所述矩形阵列的另一端，所述传感器组件302设置在靠近所述矩形阵列的一端。如图5所示，电流从直流铜排301输入斩波功能单元2021，输入逆变功能单元2022，从交流铜排303输出，直流铜排301；交流铜排303和传感器302的设置方式有助于使布线简单，减少干扰。
在其它一些实施方式中，可将传感器组件302沿层叠方向设置在直流铜排301的上方。传感器302主要用于采集输入输出电流的信息并传输给上层的传动控制组件层502和逆变器驱动组件层501，传感器302设置在上方可减少信号传输距离，减少信号被干扰，同时由于强电主要在支撑电容组件层4以下的下层活动，将传感器302设置在直流铜排301的上方，可减少强电对信号的影响。
综上，将直流铜排301、传感器302设置在靠近所述矩形阵列的一端。将交流铜排303设置靠近所述矩形阵列的另一端，便于布线的设置，使布线简单化，便于维护，便于安装，也进一步增加逆变器模块的集成化；同时减少对信号的干扰。
在其它一些实施方式中，低感母排组件层3还设置有侧壁304，该侧壁304便于与支撑电容组件层4电连接。在该实施方式中，将直流铜排301、交流铜排303和传感器组件302设置在该侧壁，便于直流铜排301、传感器组件302和交流铜排303的拆卸和维护。
在其它一些实施方式中，该逆变器模块还包括：放电电阻201，所述放电电阻201设置在所述散热组件层，所述放电电阻201被配置为配合所述支撑电容组件层4中的支撑电容放电。其中，所述放电电阻201设置在靠近所述矩形阵列的一端。
该设置方式便于放电电阻的拆卸和维护，增加逆变器模块的集成度，同时便于布线的设置，优化布线的设置。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化逆变器模块，其特征在于，包括：
散热组件层、IGBT组件层、低感母排组件层、支撑电容组件层、逆变器驱动组件层、传动控制组件层和电源组件层；
所述散热组件层、所述IGBT组件层、所述低感母排组件层、所述支撑电容组件层、所述逆变器驱动组件层和所述电源组件层依次叠层设置；
所述传动控制组件层和所述逆变器驱动组件层并列设置在所述支撑电容组件层之上；
还包括：直流铜排、交流铜排和传感器；
所述直流铜排、所述交流铜排和所述传感器均设置在所述低感母排组件层；
所述直流铜排被配置为向所述低感母排组件层输入直流电；
所述交流铜排被配置为从所述低感母排组件层输出交流电；
所述传感器被配置为从所述低感母排组件层采集输入与输出的电流信号。
2.根据权利要求1所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述IGBT组件层包括：
逆变功能单元和斩波功能单元。
3.根据权利要求2所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述IGBT组件层包括：
8个IGBT件；
8个所述IGBT件均分成两组且设置成矩形阵列。
4.根据权利要求3所述的一体化逆变器模块，其特征在于，位于所述矩形阵列一端的两个所述IGBT件被配置为斩波功能单元。
5.根据权利要求4所述的一体化逆变器模块，其特征在于，还包括：放电电阻；
所述放电电阻设置在所述散热组件层，所述放电电阻被配置为配合所述支撑电容组件层中的支撑电容放电。
6.根据权利要求5所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述放电电阻设置在靠近所述矩形阵列的一端。
7.根据权利要求3所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述直流铜排设置在靠近所述矩形阵列的一端。
8.根据权利要求3所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述交流铜排设置在靠近所述矩形阵列的另一端。
9.根据权利要求3所述的一体化逆变器模块，其特征在于，所述传感器设置在靠近所述矩形阵列的一端。
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