CN113659807A - Dc/dc模块及具有其的高频辅助变流设备 - Google Patents

Dc/dc模块及具有其的高频辅助变流设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DC/DC模块及具有其的高频辅助变流设备，DC/DC模块用于高频辅助变流设备，DC/DC模块包括：散热基板组件、二个框架、顶板、电容组件及前板组件，二个框架相对设置且分别装设于散热基板组件的两侧，顶板装设于二个框架的上部，电容组件装设于二个框架的下部，前板组件装设于二个框架的前端，本发明具有模块化程度高，布局合理、通用性好，体积小，重量轻，以及便于维护的特点。

Description

DC/DC模块及具有其的高频辅助变流设备
技术领域
本发明属于城市轨道交通设备技术领域，具体地说，尤其涉及一种用于城市轨道交通车辆的DC/DC模块及具有其的高频辅助变流设备。
背景技术
随着近年来轨道交通的迅猛发展，轨道车辆的高频辅助变流设备包括DC/DC模块的相关性能就成了一个非常重要的研究领域。
随着高频变压器在辅助变流设备中的应用越来越多，位于辅助变流设备高压进线与高频变压器之间的DC/DC模块的作用越来越重要，DC/DC模块结构的合理设计能够使辅助变流系统的电气性能有极大的提升，也能够使辅助变流设备的整体重量减轻。
例如，专利CN103916005B提供一种降压斩波功率单元及列车辅助变流器，该功率模块包括由底至顶层叠设置的绝缘栅双极型晶体管，配置板、复合母排及驱动电路板组件，其中，所述配置板与所述绝缘栅双极型晶体管连接；所述复合母排的两连接段分别与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极连接；所述驱动电路板组件通过支架设置在所述复合母排的上方，所述驱动电路板组件与所述绝缘栅双极型晶体管连接。该降压斩波功率单元采用层叠式结构，方便检修和维护。该专利重点在于解决降压斩波功率单元各部件之间的连接关系，对于如何方便DCDC模块与辅助变流器中其他结构的连接的合理性并未解决。
因此随着高频变压器的应用，需要设计一种模块化程度高，布局合理，通用性好，体积小，重量轻，便于维护的DC/DC模块。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供了一种DC/DC模块，其中，用于高频辅助变流设备，所述DC/DC模块包括：
散热基板组件；
二个框架，相对设置且分别装设于所述散热基板组件的两侧；
顶板，装设于二个所述框架的上部；
电容组件，装设于二个所述框架的下部；
前板组件，装设于二个所述框架的前端。
上述的DC/DC模块，其中，所述散热基板组件包括：
散热基板，具有相对设置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面连接于二个所述框架；
散热翅片，装设于所述第二侧面上；
电器元件组，装设于所述第一侧面上。
上述的DC/DC模块，其中，所述散热基板组件还包括：BUCK绝缘陶瓷片及LLC绝缘陶瓷片，分别装设所述第一侧面上；所述电器元件组包括：BUCK-IGBT元件、LLC-IGBT元件、放电电阻、BUCK适配板及LLC适配板，所述BUCK-IGBT元件装设于所述BUCK绝缘陶瓷片，所述LLC-IGBT元件装设于所述LLC绝缘陶瓷片，所述放电电阻装设于所述第一侧面上，所述BUCK适配板的后端通过绝缘隔离柱支撑连接于所述第一侧面，所述BUCK适配板的前端电性连接于所述BUCK-IGBT元件，所述LLC适配板的后端通过绝缘隔离柱支撑连接于所述第一侧面，所述LLC适配板的前端电性连接于所述LLC-IGBT元件。
上述的DC/DC模块，其中，还包括：
BUCK复合母排，装设于所述BUCK-IGBT元件上且电性连接于所述电容组件，所述BUCK复合母排具有二个接线点以及通过第一铜排引出接线点；
LLC复合母排，装设于所述LLC-IGBT元件上且电性连接于所述电容组件，所述LLC复合母排通过第二铜排和第三铜排分别引出正接线点和负接线点，所述第三铜排还电性连接于所述BUCK-IGBT元件；
涂层铜排，装设于上LLC复合母排上且连接于所述LLC复合母排的接入点，所述涂层铜排对称的左右两端分别设置用于连接高频变压器的高频变压器接入点。
上述的DC/DC模块，其中，所述电容组件包括：
电容安装板，装设于二个所述框架的下部；
多个电容，装设于所述电容安装板的顶面，多个所述电容电性连接于所述BUCK复合母排及所述LLC复合母排。
上述的DC/DC模块，其中，还包括：
多个扎带座，分别装设于所述电容安装板的底面和顶板上；
多个驱动板，通过支撑柱分别装设于所述电容安装板的底面和顶板上。
上述的DC/DC模块，其中，将所述BUCK-IGBT元件布置在所述第一侧面的上端，将所述LLC-IGBT元件布置在所述第一侧面的下端。
上述的DC/DC模块，其中，所述散热基板上且位于同一水平线的二个顶角分别开设安装槽，所述散热基板组件还包括二个螺栓轴承组件，二个所述螺栓轴承组件对应地装设于二个所述安装槽中。
上述的DC/DC模块，其中，所述前板组件包括：
前板，装设于二个所述框架的前端；
多个电压传感器，装设于所述前板上且位于所述DC/DC模块的外侧；
连接器组件，装设于所述前板上且位于所述DC/DC模块的外侧。
本发明还提供一种高频辅助变流设备，其中，包括上述中任一项所述的DC/DC模块。
本发明的有益效果在于：
基于本发明的布局合理，且简化了母排结构设计，充分利用了散热片空间，在达到较好的散热效果的同时，还兼具模块化程度高，通用性强的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1是本发明的DC/DC模块的爆炸图；
图2是本发明的DC/DC模块底面的结构示意图；
图3是散热基板上元件的布局示意图；
图4是母排连接的结构示意图；
图5是电容组件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在详细阐述本发明各个实施例之前，对本发明的核心发明思想予以概述，并通过下述若干实施例予以详细阐述。
本发明为了解决如何方便DC/DC模块与高频辅助变流设备中其他结构的连接的技术问题，本发明提供一种结构简单、模块化程度高、通用性强的DC/DC模块，以下结合具体实施例进行说明。
请参照图1-图2，图1是本发明的DC/DC模块的爆炸图；图2是本发明的DC/DC模块底面的结构示意图。如图1-图2所示，本发明的DC/DC模块用于高频辅助变流设备，DC/DC模块包括：散热基板组件1、二个框架、电容组件4、前板组件5及顶板7；二个框架为左侧框架组件2及右侧框架组件3，左侧框架组件2及右侧框架组件3相对设置且分别装设于散热基板组件1的两侧；顶板7装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的上部；电容组件4装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的下部；前板组件5装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的前端。
具体地说，左侧框架组件2、右侧框架组件3主体为折弯钣金件，通过螺栓安装于散热基板111上。电容组件4从模块一侧推入到BUCK复合母排10和LLC复合母排11下，采用螺栓将电容组件4装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的下部，顶板7采用螺栓安装于左侧框架组件2、右侧框架组件3上方，在顶板7的上方加支撑柱安装驱动板8，在两个驱动板侧面安装扎带座9用于扎线。
请参照图3，图3是散热基板上元件的布局示意图，结合图1-图2所示，散热基板组件1包括：散热基板111、散热翅片CF及电器元件组；散热基板111具有相对设置的第一侧面S1及第二侧面S2，第一侧面S1连接于左侧框架组件2及右侧框架组件3；散热翅片CF装设于第二侧面S2上；电器元件组装设于第一侧面S1上。
其中，散热基板组件1还包括：BUCK绝缘陶瓷片113及LLC绝缘陶瓷片115，分别装设第一侧面S1上；电器元件组包括：BUCK-IGBT元件112、LLC-IGBT元件114、放电电阻119、BUCK适配板116及LLC适配板117，BUCK-IGBT元件112装设于BUCK绝缘陶瓷片113，LLC-IGBT元件114装设于LLC绝缘陶瓷片115，放电电阻119装设于第一侧面S1上且位于二个LLC绝缘陶瓷片115直接，BUCK适配板116的后端通过绝缘隔离柱118支撑连接于第一侧面S1，BUCK适配板116的前端电性连接于BUCK-IGBT元件112，LLC适配板117的后端通过绝缘隔离柱118支撑连接于第一侧面S1，LLC适配板117的前端电性连接于LLC-IGBT元件114。
在本实施例中，将BUCK-IGBT元件112布置在第一侧面S1的上端，将LLC-IGBT元件114布置在第一侧面S1的下端.
具体地说，散热基板组件1主要包含散热基板111、两组BUCK-IGBT元件112、两组LLC-IGBT元件114、放电电阻119。为了增加绝缘等级在对应的IGBT下方加装绝缘等级较高且导热性能良好的氮化铝基绝缘陶瓷片——BUCK绝缘陶瓷片113、LLC绝缘陶瓷片115，同时在散热基板111的对应安装位置加装带有螺纹的绝缘嵌件。BUCK绝缘陶瓷片113、LLC绝缘陶瓷片115双面涂抹导热硅脂后安装于散热基板111上，在陶瓷片上方对应安装BUCK-IGBT元件112、LLC-IGBT元件114。为了微调两种IGBT的开通和关断电阻，加装适配板：其中BUCK适配板116前端电气连接通过螺栓连接实现，后端悬空部分采用绝缘隔离柱118支撑固定；LLC适配板117前端电气连接采用焊接形式，直接焊接于LLC-IGBT 114的对应引脚，后端悬空部分采用绝缘隔离柱118支撑固定。放电电阻119涂抹导热硅脂后直接采用螺栓安装于散热基板111。考虑冷却风流向，将发热功率较高的BUCK-IGBT元件112布置在散热基板111的上端，优先散热；将发热功率先对较小的LLC-IGBT元件114布置在散热基板111的下端，且保持足够的距离，以保证散热良好。
其中，在本实施例中，所述散热基板111上且位于同一水平线的二个顶角分别开设安装槽，所述散热基板组件1还包括二个螺栓轴承组件120，二个所述螺栓轴承组件对应地装设于二个所述安装槽中，在散热基板111下端两侧加装螺栓轴承组件120，使得模块的安装维护更加方便。
请参照图4，图4是母排连接的结构示意图，结合图1-图2所示，本发明的DC/DC模块还包括：BUCK复合母排10、LLC复合母排11及涂层铜排12；BUCK复合母排10装设于BUCK-IGBT元件112上且电性连接于电容组件4，BUCK复合母排10具有二个接线点101以及通过第一铜排211引出的接线点102；LLC复合母排11装设于LLC-IGBT元件114上且电性连接于电容组件4，LLC复合母排11通过第二铜排212和第三铜排213分别引出正接线点11+和负接线点11-，第三铜213排还电性连接于BUCK-IGBT元件112，通过绝缘子对第三铜排213进行支撑；涂层铜排12装设于上LLC复合母排11上且连接于LLC复合母排11的接入点312，涂层铜排12对称的左右两端分别设置用于连接高频变压器的高频变压器接入点311。
具体地说，为了提高模块的通用性，简化结构，两侧对应位置都方便采用铜排直接与高频辅助变流系统的高频变压器连接，且进线电抗器从左右两侧接线差异最小，设计了如下复合母排和涂层铜排的布置形式。由于BUCK电路部分和LLC电路部分的直接电气连接仅有布置于散热基板111右上角的BUCK-IGBT元件112的一个引脚，为了简化复合母排的结构降低成本，将复合母排拆分为两个BUCK复合母排10和LLC复合母排11，通过第三铜排213连接BUCK电路部分和LLC电路部分。第三铜排213采用螺栓安装于BUCK-IGBT 112引脚，一端通过螺栓连接于LLC复合母排11，另一端采用绝缘子支撑，用于接入辅助变流系统相关部分。为了BUCK复合母排10最简化，将对复合母排电气参数影响较小接入点102直接用第一铜排211引出，减少复合母排层数。第一铜排211的一端采用螺栓安装于对应的BUCK-IGBT 112引脚，另一端采用绝缘子支撑，用于接入辅助变流系统的进线电抗器。简化LLC复合母排11结构，主体仅设置正负两层，在母排上设置两个接入点312，用以连接两个LLC-IGBT 114和涂层铜排12，涂层铜排在左右对称的位置分别设置高频辅助变流系统的高频变压器接入点311。LLC复合母排11的负极由第三铜排213接入，正极需要从高频辅助变流系统的进线电抗器接入，为了便于接线且不增加LLC复合母排11的复杂程度，设计了第二铜排212将接线点跨过BUCK复合母排10引到模块上端，与其他接线点并排布置。
请参照图5，图5是电容组件的结构示意图，结合图1-图2所示，电容组件4包括：电容安装板411和多个电容412；电容安装板411装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的下部；多个电容412装设于电容安装板411的顶面，多个电容412电性连接于BUCK复合母排10及所述LLC复合母排11。
具体地说，为了两个复合母排与电容组件4的电容412连接，将电容412布置为横向并排四个和纵向并排三个两组，安装于电容安装板411上。通过这种布置形式，实现空间占用最小且使两个复合母排有足够的间距，通过电容安装板411安装于左侧框架组件2、右侧框架组件3，电容412的接线点通过螺栓与BUCK复合母排10、LLC复合母排11连接，在电容安装板411的底面加支撑柱安装驱动板8，在驱动板8前端安装扎带座9用于扎线。
进一步地，前板组件5包括：前板51、多个电压传感器52及连接器组件53；前板51装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的前端；多个电压传感器52装设于前板51上且位于DC/DC模块的外侧；连接器组件53装设于前板51上且位于DC/DC模块的外侧。
具体地说，前板51通过螺栓安装于模块前端左侧框架组件2、右侧框架组件3上，前板51上安装有三个电压传感器52，在电压传感器52下挖空并做一个折弯边，用于电压传感器扎线，还可减轻重量，连接器组件53安装于前板51的右上方。其中，在本实施例中，在前板51上且对应左侧框架组件2、右侧框架组件3的位置通过螺栓安装两个把手13，便于模块在箱体内的安装维护。
本发明还提供一种高频辅助变流设备，其特征在于，包括上述中任一项所述的DC/DC模块。
综上所述，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的DC/DC模块布局合理，能够方便的采用铜排直接与高频变压器连接，并且左右对称位置均设置接入点，增加模块的通用性。
2、该DC/DC模块的进线设计，能够减小进线电抗器从DC/DC模块左右两侧接入的差异，增加模块的通用性。
3、结合器件发热功率和风向，合理布局充分利用散热片，达到较好的散热效果。
4、简化了母排结构设计。
5、模块化程度高，通用性强。
6、体积小，重量轻，具有较高的可维护性。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种DC/DC模块，其特征在于，用于高频辅助变流设备，所述DC/DC模块包括：
散热基板组件；
二个框架，相对设置且分别装设于所述散热基板组件的两侧；
顶板，装设于二个所述框架的上部；
电容组件，装设于二个所述框架的下部；
前板组件，装设于二个所述框架的前端。
2.如权利要求1所述的DC/DC模块，其特征在于，所述散热基板组件包括：
散热基板，具有相对设置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面连接于二个所述框架；
散热翅片，装设于所述第二侧面上；
电器元件组，装设于所述第一侧面上。
3.如权利要求2所述的DC/DC模块，其特征在于，所述散热基板组件还包括：BUCK绝缘陶瓷片及LLC绝缘陶瓷片，分别装设所述第一侧面上；所述电器元件组包括：BUCK-IGBT元件、LLC-IGBT元件、放电电阻、BUCK适配板及LLC适配板，所述BUCK-IGBT元件装设于所述BUCK绝缘陶瓷片，所述LLC-IGBT元件装设于所述LLC适配板，所述放电电阻装设于所述第一侧面上，所述BUCK适配板的后端通过绝缘隔离柱支撑连接于所述第一侧面，所述BUCK适配板的前端电性连接于所述BUCK-IGBT元件，所述LLC适配板的后端通过绝缘隔离柱支撑连接于所述第一侧面，所述LLC适配板的前端电性连接于所述LLC-IGBT元件。
4.如权利要求3所述的DC/DC模块，其特征在于，还包括：
BUCK复合母排，装设于所述BUCK-IGBT元件上且电性连接于所述电容组件，所述BUCK复合母排具有二个接线点以及通过第一铜排引出接线点；
LLC复合母排，装设于所述LLC-IGBT元件上且电性连接于所述电容组件，所述LLC复合母排通过第二铜排和第三铜排分别引出正接线点和负接线点，所述第三铜排还电性连接于所述BUCK-IGBT元件；
涂层铜排，装设于上LLC复合母排上且连接于所述LLC复合母排的接入点，所述涂层铜排对称的左右两端分别设置用于连接高频变压器的高频变压器接入点。
5.如权利要求4所述的DC/DC模块，其特征在于，所述电容组件包括：
电容安装板，装设于二个所述框架的下部；
多个电容，装设于所述电容安装板的顶面，多个所述电容电性连接于所述BUCK复合母排及所述LLC复合母排。
6.如权利要求5所述的DC/DC模块，其特征在于，还包括：
多个扎带座，分别装设于所述电容安装板的底面和顶板上；
多个驱动板，通过支撑柱分别装设于所述电容安装板的底面和顶板上。
7.如权利要求3所述的DC/DC模块，其特征在于，将所述BUCK-IGBT元件布置在所述第一侧面的上端，将所述LLC-IGBT元件布置在所述第一侧面的下端。
8.如权利要求2所述的DC/DC模块，其特征在于，所述散热基板上且位于同一水平线的二个顶角分别开设安装槽，所述散热基板组件还包括二个螺栓轴承组件，二个所述螺栓轴承组件对应地装设于二个所述安装槽中。
9.如权利要求1所述的DC/DC模块，其特征在于，所述前板组件包括：
前板，装设于二个所述框架的前端；
多个电压传感器，装设于所述前板上且位于所述DC/DC模块的外侧；
连接器组件，装设于所述前板上且位于所述DC/DC模块的外侧。
10.一种高频辅助变流设备，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任一项所述的所述DC/DC模块。
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