CN114006286A - 一种新型散热方式的低损耗功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型散热方式的低损耗功率模块。为了解决现有大功率有源无功补偿装置的内部结构布局冗杂，体积庞大，散热效果较差的问题；本发明采用括箱体、前面板、后面板、散热器、盖板、1号支撑板、2号支撑板、3号支撑板、风机和支撑板固定件，所述的箱体、前面板、后面板和盖板组成一个矩形箱子，在箱体的内壁上固定有若干组支撑板固定件，1号支撑板、2号支撑板、和3号支撑板通过支撑板固定件固定在箱体内，1号支撑板、2号支撑板、和3号支撑板均与箱体的底部平行，风机和散热器安装在箱体的底部，风机出风口处安装有导流板。优点是通过功能化分层设计，在保证散热的情况下，把大功率模块化有源SVG的体积最小化，方便现场施工安装。

Description

一种新型散热方式的低损耗功率模块

技术领域

本发明涉及有源无功补偿技术领域，尤其涉及一种新型散热方式的低损耗功率模块。

背景技术

有源无功补偿是指采用全控型大功率电力电子器件IGBT组成的自换相桥式电路，来进行无功补偿的装置。经过电抗器并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。目前，大功率有源无功补偿装置都有着较大体积，其内部结构设计冗杂，功能线路杂乱，干涉内部风道，导致热量散不出，使得温度升高，损耗较大，温度过高则会降低模块背部电子元件的性能，甚至减少元件的使用寿命，减短模块使用寿命。庞大的体积也使得现场施工困难。现有结构布局冗杂，体积庞大，散热效果较差，需进一步调整优化。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种APF滤波器用散热装置”，其公告号CN113099691A，公开日为2021为7月9日，包括所述APF滤波器的前端面上安装有进风板，且进风板通过螺钉与APF滤波器螺纹连接，所述进风板的内壁上安装有进气风扇，且进气风扇设置有三个，所述进风板的上端设置有指示灯，且指示灯设置有三个，所述APF滤波器两侧的后端均设置有排风槽，所述APF滤波器的后端设置有网线接头，所述网线接头的一侧设置有动力线接头。该发明的内部空间结构紧凑，没有采用分层设计达不到好的散热效果。

发明内容

本发明主要解决现有大功率有源无功补偿装置的内部结构布局冗杂，体积庞大，散热效果较差的问题；提供一种新型散热方式的低损耗功率模块。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括

箱体，安装各个散热器件并保护其内部器件；

前面板，设有散热孔和各个接口，并固定箱体；

后面板，设有散热孔设有散热孔并固定箱体，

盖板，与箱体、前面板、后面板组成一矩形箱子；

风机，将箱体内的热量通过前面板和后面板的散热孔带出箱体；

散热器，提高箱体散热性能；

1号支撑板，位于箱体底部正上方，与箱体底部平行，安装有功能板和风机；

2号支撑板，位于1号支撑板正上方，与1号支撑板平行，安装有控制板；

3号支撑板，与1号支撑板处于同一平面，安装有功能板；

支撑板固定件，将1号支撑板、2号支撑板和3号支撑板固定在箱体内。

采用此方案箱体底部、1号支撑板和2号支撑板组成了三层架构空间，用来安装各功能板，箱体底部、3号支撑板组成了两层架构空间，用来安装电容功能板，最大化的利用了模块的内部空间。

作为优选，导流板，安装在风机出风口处并向上倾斜，与箱体底部平行，导流板上平面安装有加强筋，两侧的加强筋向导流板外倾斜，用于改变风向。

本方案在风机出风口处安装有向上倾斜的导流板是为了更好的控制风的流向，达到更好的散热效果。

作为优选，前面板，底部的散热孔区为Q1散热孔区，中间位置的散热孔区为Q2散热孔区；后面板，底部的散热孔区为H1散热孔区，中间位置的散热孔区为H2散热孔区。

本方案是为了通过风机更好的将箱体内的热量带出箱体，结合风机能达到快速降温的效果。

作为优选，贯穿端子接口，位于H2散热孔区的上方靠近箱体处，用于与外部线缆连接；CT采样接口，位于H2散热孔区的上方居中位置，与箱体内的采样板连接；外部通讯接口，位于CT采样接口正上方，用于网络通信连接；外部控制接口，位于外部通讯接口正上方，用于控制信号传入箱体内；拨码开关控制口，位于外部通讯接口正上方且与外部控制接口平行，用于数字拨码控制箱体操作。采用此方案是为了更好的与外部连接。

作为优选，贯穿端子，与贯穿端子接口连接，将箱体内的连接线与外部线缆连接。采用贯穿端子能方便导线的连接。

作为优选，电抗器回路主板，位于箱体底部，主要完成滤除输出电流高频纹波；主散热风道，位于箱体底部，包括若干个风机安装支架和风机。

采用此方案的电抗器回路主板是电感和继电器组成的LK回路板，电抗器回路主板的输入端与贯穿端子连接，电抗器回路主板的输出端与散热器的输入端连接，每个风机安装支架上都安装有一个风机，箱体底部的风机和散热器组成了底部独立的大功率散热通风道，也是主散热风道。

作为优选，IGBT模块，位于3号支撑板上，控制电压驱动；驱动板，位于3号支撑板上，用于PWM脉冲信号的输出及IGBT的故障检测；DC回路主板，与IGBT模块连接，控制电压升降。

采访方案中IGBT模块安装在3号支撑板向前面板的一端， IGBT模块上方插接驱动板， IGBT模块的输出端与DC回路主板的输入端。

作为优选，铜排，安装在1号支撑板上，连接电抗器回路；辅助散热风道，位于1号支撑板上，包括若干个风机固定件和风机；电抗器回路的次回路主板，位于1号支撑板上，与IGBT模块连接，主要完成滤除输出电流高频纹波。

本方案的铜排安装在1号支撑板向3号支撑板的一端，的电抗器回路的次回路主板的输入端通过铜排与安装在箱体底部的电抗器回路主板的输出端连接，电抗器回路的次回路主板的输出端与IGBT模块输入端连接，风机固定件上安装有风机，3号支撑板、1号支撑板和风机固定件组成的风机构成了中部独立的散热通风道，也是辅助散热风道。

作为优选，有缘无功补偿SVG控制单元板，安装于2号支撑板上，控制各个模块和风机；电源模块，安装于2号支撑板上，为整个散热系统提供电力。

本方案的2号支撑板位于电抗器回路的次回路主板的正上方， 2号支撑板上安装有有缘无功补偿SVG控制单元板和电源模块，电源模块的输出端与SVG的控制单元板的输入端连接，有缘无功补偿SVG控制单元板的输出端与采样板的输入端、风机、散热器输入端、IGBT模块的输入端和电抗器回路主板的输入端均有连接，这样可以将控制单元板与功能板分开安装，有利于散热。

作为优选，指示灯，安装于盖板上，提示散热系统所处状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明中Q1散热孔区、H1散热孔区、散热器和底部风机支架上的6只风机组成直通散热风道提升散热效果，保证主电感和IGBT模块的性能稳定。

2、本发明中Q2散热孔区、H2散热孔区和2号支撑板上的2只风机为辅助散热孔区，进一步提升次电感、电容板上的电解电容和IGBT模块的散热效果。

3、本发明中箱体底部、1号支撑板和2号支撑板组成了三层架构空间，用来安装各功能板，组成三个功能区，最大化的利用了模块的内部空间。

4、本发明中箱体底部、3号支撑板组成了两层架构空间，用来安装电容功能板，组成两个功能区，最大化的利用了模块的内部空间。

5、本发明中各功能板之间的主回路的靠铜排连接，控制回路线路通过排线连接，排线都是两点一线，沿箱体边沿走线，解决控制回路在模块内部飞线的现象。

6、本发明中通过功能化分层设计，在保证散热的情况下，把大功率模块化有源无功补偿SVG的体积最小化，方便现场施工安装。

附图说明

图1为本发明的正视结构示意图。

图2为本发明的后视结构示意图。

图3为本发明的风机结构图。

图中1、1号支撑板；2、2号支撑板；3、3号支撑板；4、箱体；5、盖板；6、前面板；7、后面板；8、贯穿端子；9、铜排；10、风机固定件；11、把手；12、风机安装支架；13、散热器；14、IGBT模块；15、CT采样接口；16、外部通讯接口；17、外部控制接口；18、拨码开关控制口；19、贯穿端子接口； 20、指示灯；21、支撑板固定件。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种新型散热方式的低损耗功率模块，如图1所示，包括1号支撑板1、2号支撑板2、3号支撑板3、箱体4、盖板5、前面板6、后面板7、贯穿端子8、铜排9、风机固定件10、把手11、风机安装支架12、散热器13、IGBT模块14、CT采样接口15、外部通讯接口16、外部控制接口17、拨码开关控制口18、贯穿端子接口19、风机、指示灯20和支撑板固定件21，箱体4侧面剖视图为U形只有三个面，前面板6和后面板7分别安装在箱体4两侧的开口处，前面板6、后面板7和箱体4围成一个仅有一个开口处的矩形箱子，盖板5安装在这个组成的矩形箱子开口处，散热器13安装在箱体4的底部，箱体4的内壁上固定有多组支撑板固定件21，箱体4两个对立面的外部设有把手11，把手11可以用于移动整个箱体4。1号支撑板1、2号支撑板2、和3号支撑板3通过支撑板固定件21固定在箱体4内，1号支撑板1和3号支撑板3在同一平面内，2号支撑板2在1号支撑板1的正上方，1号支撑板1、2号支撑板2、和3号支撑板3均与箱体4的底部平行。

前面板6上设有两个散热孔区，底部的散热孔区为Q1散热孔区，前面板6中间位置的散热孔区为Q2散热孔区；后面板7上设有两个散热孔区，底部的散热孔区为H1散热孔区，后面板7中间位置的散热孔区为H2散热孔区。在H2散热孔区的上方右侧位置设有贯穿端子接口19， H2散热孔区的上方居中位置设有CT采样接口15、外部通讯接口16、外部控制接口17、拨码开关控制口18，外部控制接口17位于外部通讯接口16正上方，拨码开关控制口18位于外部通讯接口16正上方且与外部控制接口17平行，在箱体4内CT采样接口15处安装有采样板。箱体4底部还安装有电抗器回路主板和风机安装支架12，电抗器回路主板是电感和继电器组成的LK回路板，电抗器回路主板的输入端与贯穿端子8连接，电抗器回路主板的输出端与散热器13的输入端连接，风机安装支架12上安装6只大功率风机，风机出风口处安装有向上倾斜的导流板，如图3所示，导流板位于风机出风口中间位置并与箱体底部平行，导流板上平面安装有9条加强筋，导流板上平面两侧的加强筋分别向导流板外侧倾斜，当风机启动时，风机输出的风通过导流板将会吹向1号支撑板1和3号支撑板3，并通过导流板上的加强筋改变风向将风机输出的风吹向的范围扩大，这样能1号支撑板1和3号支撑板3上的功能板带来很好的散热效果。

1号支撑板1上还安装有贯穿端子8、铜排9、风机固定件10和电抗器回路的次回路主板，贯穿端子接口19与贯穿端子8连接，铜排9安装在1号支撑板1向3号支撑板3的一端，电抗器回路的次回路主板的输入端通过铜排9与安装在箱体4底部的电抗器回路主板的输出端连接，电抗器回路的次回路主板的输出端与IGBT模块14输入端连接，风机固定件10上安装有2个小功率风机，风机的出风口处安装有向上倾斜的导流板，当风机启动时，风机输出的风通过导流板将会吹向2号支撑板2，这样能让2号支撑板2上的功能板带来很好的散热效果。电抗器回路的次回路主板的正上方安装2号支撑板2，2号支撑板2上安装有有缘无功补偿SVG控制单元板和电源模块，电源模块的输出端与有缘无功补偿SVG控制单元板的输入端连接，有缘无功补偿SVG控制单元板的输出端与采样板的输入端、风机、散热器13输入端、IGBT模块14的输入端和电抗器回路主板的输入端均有连接。3号支撑板3上还安装有IGBT模块14、驱动板和DC回路主板，IGBT模块14安装在3号支撑板3向前面板6的一端，IGBT模块14是由双极型三极管BJT和绝缘栅型场效应管MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，IGBT模块14上方插接驱动板，IGBT模块14的输出端与DC回路主板的输入端，DC回路主板是由电解电容组成。2号支撑板2的正上方是盖板5，在盖板5上安装运行指示灯20。

箱体4底部、1号支撑板1和2号支撑板2组成了三层空间，用来安装各功能板，且热量最大的是底部空间，在此处有独立的散热通风风道。箱体4底部、3号支撑板3、散热器13、1号支撑板1和安装在底部的风机安装支架12中的6只且成一字分布的风机组成了底部独立的大功率散热通风道，也是主散热风道，风机安装支架12上的6只风机呈一字形分布，风机间隔处用支架挡板挡住风机间隔缝隙。箱体4底部、3号支撑板3组成了两层架构空间，用来安装功能板，组成两个功能区，最大化的利用了模块的内部空间。3号支撑板3、1号支撑板1和风机固定件10组成的2只且成一字分布的风机组成了中部独立的散热通风道，也是辅助散热风道，1号支撑板1上的风机固定件10处安装的2只风机呈平行分布。前面板6、后面板7在靠近箱体底部位置，都开了一排散热孔区，将主散热风道中的热量输送出去。前面板6、后面板7在靠近箱体中部位置，都开了一排散热孔区，将辅助散热风道中的热量输送出去。

在2号支撑板2上的电源板是将交流220V转换成直流24V，以此作为模块内部芯片和风机供电系统，有缘无功补偿SVG控制单元板主要完成对模块化有缘无功补偿SVG的PWM的输出、IGBT保护、AD采样、风机转速调节以及对继电器进行投切控制，驱动板用于PWM脉冲信号的输出及IGBT的故障检测。电抗器板主要完成滤除输出电流高频纹波，采样板采集三相系统电流、负载电流和输出电流信号。

本实施例各功能板之间的主回路的靠铜排连接，控制回路线路通过排线连接，排线都是两点一线，沿箱体边沿走线，解决控制回路在模块内部飞线的现象。通过功能化分层设计，在保证散热的情况下，把大功率模块化有源SVG的体积最小化，方便现场施工安装。

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，包括

箱体，安装各个散热器件并保护其内部器件；

前面板，设有散热孔和各个接口，并固定箱体；

后面板，设有散热孔设有散热孔并固定箱体，

盖板，与箱体、前面板、后面板组成一矩形箱子；

风机，将箱体内的热量通过前面板和后面板的散热孔带出箱体；

散热器，提高箱体散热性能；

1号支撑板，位于箱体底部正上方，与箱体底部平行，安装有功能板和风机；

2号支撑板，位于1号支撑板正上方，与1号支撑板平行，安装有控制板；

3号支撑板，与1号支撑板处于同一平面，安装有功能板；

支撑板固定件，将1号支撑板、2号支撑板和3号支撑板固定在箱体内。

2.根据权利要求1所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

导流板，安装在风机出风口处并向上倾斜，与箱体底部平行，导流板上平面安装有加强筋，两侧的加强筋向导流板外倾斜，用于改变风向。

3.根据权利要求1所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

前面板，底部的散热孔区为Q1散热孔区，中间位置的散热孔区为Q2散热孔区；

后面板，底部的散热孔区为H1散热孔区，中间位置的散热孔区为H2散热孔区。

4.根据权利要求3所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

贯穿端子接口，位于H2散热孔区的上方靠近箱体处，用于与外部线缆连接；

CT采样接口，位于H2散热孔区的上方居中位置，与箱体内的采样板连接；

外部通讯接口，位于CT采样接口正上方，用于网络通信连接；

外部控制接口，位于外部通讯接口正上方，用于控制信号传入箱体内；

拨码开关控制口，位于外部通讯接口正上方且与外部控制接口平行，用于数字拨码控制箱体操作。

5.根据权利要求4所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

贯穿端子，与贯穿端子接口连接，将箱体内的连接线与外部线缆连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

电抗器回路主板，位于箱体底部，主要完成滤除输出电流高频纹波；

主散热风道，位于箱体底部，包括若干个风机安装支架和风机。

7.根据权利要求1所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

IGBT模块，位于3号支撑板上，控制电压驱动；

驱动板，位于3号支撑板上，用于PWM脉冲信号的输出及IGBT的故障检测；

DC回路主板，与IGBT模块连接，控制电压升降。

8.根据权利要求1或6或7所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

铜排，安装在1号支撑板上，连接电抗器回路；

辅助散热风道，位于1号支撑板上，包括若干个风机固定件和风机；

电抗器回路的次回路主板，位于1号支撑板上，与IGBT模块连接，主要完成滤除输出电流高频纹波。

9.根据权利要求1所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

有缘无功补偿SVG控制单元板，安装于2号支撑板上，控制各个模块和风机；

电源模块，安装于2号支撑板上，为整个散热系统提供电力。

10.根据权利要求1所述的一种新型散热方式的低损耗功率模块，其特征在于，

指示灯，安装于盖板上，提示散热系统所处状态。

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