CN117059400A - 低电感大容量的直插式DC-Link电容器 - Google Patents

低电感大容量的直插式DC-Link电容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低电感大容量的直插式DC‑Link电容器，包括外壳、电极和芯组，芯组包括多个滤波芯子、多个储能芯子、第一汇流片和第二汇流片，多个滤波芯子和多个储能芯子依次间隔排列，滤波芯子两端之间的连线方向与储能芯子两端之间的连线方向相互垂直，多个滤波芯子两端之间的连线位于同一直线上，多个滤波芯子的两端和多个储能芯子的两端分别与第一汇流片和第二汇流片电性连接，多个电极分别与第一汇流片和第二汇流片电性连接。本发明实现了滤波过程中超低电感的应用需求，同时通过并列储能芯子对其电容量进行补充，实现大容量、高储能功能，在低电感滤波和大容量储能两方面均满足了直插式DC‑Link电容器的实际应用需求。

Description

低电感大容量的直插式DC-Link电容器
技术领域
本发明涉及一种DC-Link电容器，尤其涉及一种低电感大容量的直插式DC-Link电容器。
背景技术
DC-Link电容器即直流支撑电容器，是有机薄膜电容器的一种，其具有自愈特性、耐电压高、耐电流大、低阻抗、低电感、安全可靠等优点，被广泛应用于电力电子行业。DC-Link电容器的电极主体一般为直接插接连接的插接柱，所以也称为直插式DC-Link电容器。
直插式DC-Link电容器在电源系统线路中的主要作用分为两个方面：一是吸收电源母线上的脉动电压，对前端输出电压进行平滑滤波，即DC-Link电容器需要具有良好的滤波功能；二是防止线路电压过冲和尖峰电压对后端IGBT即绝缘栅双极晶体管的影响，从而起到对IGBT的保护作用，实现方式是将过冲电压和尖峰电压对应的电能进行储蓄，即需要DC-Link电容器具有良好的储能功能。
从直插式DC-Link电容器在电路中的应用情况来看，无论是对前端输出电压的吸收和滤波，还是通过储能实现对后端IGBT的保护，都需要电容具有低阻抗和低电感。比如在武器装备领域仍广泛应用的硅基IGBT，其开关频率一般在10kHz左右，而在民用领域已开始在大量应用SiC、GaN等半导体开关器件，其开关频率一般在100kHz或以上的更高频率，所以要求电路前端的直插式DC-Link电容器具有更低的电感。
由于直插式DC-Link电容器的容量较大，所以低阻抗一般都满足应用需求，但传统直插式DC-Link电容器的低电感性能却因其结构本身受限而越来越难以满足应用需求。
如图1-图3所示，传统直插式DC-Link电容器包括传统外壳3、传统电极1和传统芯组，传统芯组置于传统外壳3内，多个传统电极1与传统芯组连接并穿过传统外壳3，传统外壳3的开口端设有盖板2，用于IGBT的直插式DC-Link电容器一般具有三组传统电极1，每一组包括一正一负两个传统电极1。传统芯组主要有两种结构，第一种如图2所示，传统芯组包括多个并列排列的第一传统芯子4和两个第一传统汇流片5，所有第一传统芯子4的两端分别与两个第一传统汇流片5连接，多个传统电极1分别与两个第一传统汇流片5连接；第二种如图3所示，传统芯组包括多个首尾排列的第二传统芯子7和多个第二传统汇流片6，所有第二传统芯子7的两端分别与多个第二传统汇流片6连接，多个传统电极1分别与其中两个较长的第二传统汇流片6连接。
上述传统直插式DC-Link电容器都存在如下缺陷：
采用的芯子均为具有良好滤波功能的滤波芯子，其容量和储能功能相比于专门用于储能的大容量芯子来说存在较大不足，所以难以兼具良好的滤波和储能功能；电容器的电感一方面来自于芯子内部结构，另一方面来自于芯子两端与电极之间汇流片，前者一般通过无感卷绕技术实现芯子内部电感很低的功能，所以可以忽略不计，后者则需要通过尽量减小芯子两端与电极之间的汇流片长度来实现，但上述传统直插式DC-Link电容器的芯子两端与电极之间的汇流片长度都很难减小到理想长度，所以在低电感性能方面受到限制，难以满足极低电感的应用需求；另外，传统直插式DC-Link电容器的电极与汇流片之间连接部位一般为圆柱体，没有对电极进行周向限位的结构，在使用时可能因为操作中产生的周向旋转力使电极与汇流片之间的焊接松动或脱落，而且没有对电极进行轴向和径向限位的结构，在使用时可能因为操作中产生的轴向力或径向力使电极与汇流片之间的焊接松动或脱落，最终造成虚焊或脱焊，影响产品正常使用。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种低电感大容量的直插式DC-Link电容器。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种低电感大容量的直插式DC-Link电容器，包括外壳、电极和芯组，所述芯组置于所述外壳内，多个所述电极的内端与所述芯组连接、外端伸出所述外壳，所述芯组包括多个滤波芯子、多个储能芯子、第一汇流片和第二汇流片，多个所述滤波芯子和多个所述储能芯子依次间隔排列，所述滤波芯子两端之间的连线方向与所述储能芯子两端之间的连线方向相互垂直，多个所述滤波芯子两端之间的连线位于同一直线上，多个所述滤波芯子两端中的第一端和多个所述储能芯子两端中的第一端分别与所述第一汇流片电性连接，多个所述滤波芯子两端中的第二端和多个所述储能芯子两端中的第二端分别与所述第二汇流片电性连接，多个所述电极中的一半分别与所述第一汇流片电性连接，多个所述电极中的另一半分别与所述第二汇流片电性连接。上述滤波芯子是指以实现良好滤波功能为主要目标的电容器芯子，上述储能芯子是指以实现良好储能功能为主要目标的电容器芯子，即为大容量芯子，这些都是通过现有技术可以轻易实现的。
作为优选，为了尽量减小滤波芯子两端与对应电极之间汇流片的长度以尽量降低电感，同时尽量减小储能芯子两端与对应电极之间的汇流片长度，所述第一汇流片和所述第二汇流片均包括多个截面为“L”形的“L”形导电片和一个直线形导电片，多个相互平行的所述“L”形导电片均与所述直线形导电片连接且一体成型，所述“L”形导电片的其中一侧导电片与对应的所述滤波芯子的对应端电性连接，所述“L”形导电片的另一侧导电片设有用于与所述电极电性连接的汇流片连接孔，所述直线形导电片与对应的所述储能芯子的对应端电性连接。
作为优选，为了利用汇流片对电极实现防转功能以防止因为受到电极周向旋转外力而导致电极与汇流片连接松动的问题，所述汇流片连接孔为方形孔，所述电极包括插接柱，所述插接柱的一端设有方形柱，所述方形柱置于所述汇流片连接孔内且与对应的所述“L”形导电片焊接连接。
作为优选，为了便于应用时根据需要将电极设置在合适位置并实现第一汇流片和第二汇流片的通用性，每个所述“L”形导电片上的所述汇流片连接孔均为两个且分别靠近所述储能芯子两端的位置。
作为优选，为了对电极实现轴向和径向的限位功能以防止因为受到电极轴向或径向外力而导致电极与汇流片连接松动的问题，所述插接柱上靠近所述方形柱的位置设有两个向外周方向凸起的凸环，两个所述凸环在所述插接柱的轴向排列，两个所述凸环之间形成环形槽，所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器还包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板的一侧边缘和所述第二限位板的一侧边缘分别设有与多个所述电极一一对应的多个半圆形槽，所述第一限位板的多个半圆形槽分别与所述第二限位板的多个半圆形槽对接形成多个限位通孔，所述插接柱上与所述环形槽对应的位置穿过对应的所述限位通孔。
作为优选，为了使第一限位板和第二限位板之间能够实现更精确的定位，所述第一限位板上设有所述半圆形槽的一侧边缘还设有多个外凸且减薄的外凸部，所述第二限位板上设有所述半圆形槽的一侧边缘还设有多个减薄形成的沉槽，多个所述外凸部分别置于一一对应的多个所述沉槽内。
作为优选，为了便于灌注密封胶，所述第一限位板上和所述第二限位板上设有多个用于灌注密封胶的灌注通孔。
作为优选，为了使整个电容器的结构更加紧凑，所述储能芯子两端之间的长度与所述滤波芯子两侧之间的宽度相同。
本发明的有益效果在于：
本发明通过采用滤波芯子实现直插式DC-Link电容器的滤波功能，每个滤波芯子的两端均通过汇流片与非常靠近的对应电极连接，从而实现滤波过程中超低电感的应用需求，同时通过并列储能芯子对其电容量进行补充，实现大容量、高储能功能，而且在储能应用时，储能芯子与对应电极之间的较大距离虽然会产生较大电感，但储能应用时最重要的是大容量的应用需求，没有低电感的应用需求，所以在低电感滤波和大容量储能两方面均满足了直插式DC-Link电容器的实际应用需求；另外，本发明通过在电极的插接柱上设置方形柱，在汇流片上设置方形孔，对电极实现了周向限位功能，通过增加限位板实现了对电极的轴向和径向限位功能，最终实现了对电极在周向、轴向和径向的限位功能，避免了操作中对电极产生的周向旋转力、轴向力或径向力使电极与汇流片之间的焊接松动或脱落，更好地保证了电极与汇流片的连接可靠性，确保产品正常使用。
附图说明
图1是传统直插式DC-Link电容器组装后的立体图；
图2是一种传统直插式DC-Link电容器的传统芯组组装后的立体图；
图3是另一种传统直插式DC-Link电容器的传统芯组组装前的立体图；
图4是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的芯组、电极、第一限位板和第二限位板组装后的立体图；
图5是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的第一限位板和第二限位板组装前的立体图；
图6是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的芯组和电极组装后的立体图；
图7是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的滤波芯子和储能芯子组合后的立体图；
图8是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的第一汇流片的立体图；
图9是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器的电极的立体图；
图10是本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器组装后的局剖主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图4-图10所示，本发明所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器包括外壳19、电极8和芯组，所述芯组置于外壳19内，多个电极8的内端与所述芯组连接、外端伸出外壳19，所述芯组包括多个(图中为3个)滤波芯子12、多个(图中为2个)储能芯子13、第一汇流片11和第二汇流片18，多个滤波芯子12和多个储能芯子13依次间隔排列，滤波芯子12两端之间的连线方向与储能芯子13两端之间的连线方向相互垂直，多个滤波芯子12两端之间的连线位于同一直线上，多个滤波芯子12两端中的第一端和多个储能芯子13两端中的第一端分别与第一汇流片11电性连接，多个滤波芯子12两端中的第二端和多个储能芯子13两端中的第二端分别与第二汇流片18电性连接，多个(图中为6个，包括3个正电极和3个负电极)电极8中的一半分别与第一汇流片11电性连接，多个电极8中的另一半分别与第二汇流片18电性连接。
如图4-图10所示，本发明还公开了以下多种更加优化的具体结构：
为了尽量减小滤波芯子12两端与对应电极8之间汇流片的长度以尽量降低电感，同时尽量减小储能芯子13两端与对应电极8之间的汇流片长度，第一汇流片11和第二汇流片18均包括多个(图中为3个)截面为“L”形的“L”形导电片112和一个直线形导电片115，多个相互平行的“L”形导电片112均与直线形导电片115连接且一体成型，“L”形导电片112的其中一侧导电片113与对应的滤波芯子12的对应端电性连接，“L”形导电片112的另一侧导电片114设有用于与电极8电性连接的汇流片连接孔111，直线形导电片115与对应的储能芯子13的对应端电性连接。
为了利用汇流片对电极8实现防转功能以防止因为受到电极8的周向旋转外力而导致电极8与汇流片连接松动的问题，汇流片连接孔111为方形孔，电极8包括插接柱81，插接柱81的一端设有方形柱84(该方形柱84长度很小，即为一个方形凸台)，方形柱84置于汇流片连接孔111内且与对应的“L”形导电片112焊接连接。
为了便于应用时根据需要将电极8设置在合适位置并实现第一汇流片11和第二汇流片18的通用性，每个“L”形导电片112上的汇流片连接孔111均为两个且分别靠近储能芯子12两端的位置。
为了对电极8实现轴向和径向的限位功能以防止因为受到电极8轴向或径向外力而导致电极8与汇流片连接松动的问题，插接柱81上靠近方形柱84的位置设有两个向外周方向凸起的凸环82，两个凸环82在插接柱81的轴向排列，两个凸环82之间形成环形槽83，所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器还包括第一限位板9和第二限位板10，第一限位板9的一侧边缘和第二限位板10的一侧边缘分别设有与多个电极8一一对应的多个(图中为6个)半圆形槽14，第一限位板9的多个半圆形槽14分别与第二限位板10的多个半圆形槽14对接形成多个限位通孔，插接柱81上与环形槽83对应的位置穿过对应的所述限位通孔。
为了使第一限位板9和第二限位板10之间能够实现更精确的定位，第一限位板9上设有半圆形槽14的一侧边缘还设有多个(图中为5个)外凸且减薄的外凸部16，第二限位板10上设有半圆形槽14的一侧边缘还设有多个(图中为5个)减薄形成的沉槽17，多个外凸部16分别置于一一对应的多个沉槽17内。
为了便于灌注密封胶，第一限位板9上和第二限位板10上设有多个用于灌注密封胶的灌注通孔15。
为了使整个电容器的结构更加紧凑，储能芯子13两端之间的长度与滤波芯子12两侧之间的宽度相同。
如图4-图10所示，组装时，先将多个滤波芯子12和多个储能芯子13按间隔排列方式放置好，如图7所示，滤波芯子12和储能芯子13均采用金属化聚丙烯薄膜采用无感卷绕技术制成，以尽可能消除芯子内部的自身电感，同时，芯子的两端喷镀有锡锌合金薄层，用作芯子与外部电气电路之间连接的过渡层；然后将第一汇流片11和第二汇流片18分别与多个滤波芯子12和多个储能芯子13的两端对应焊接好形成芯组，第一汇流片11和第二汇流片18由紫铜作为基材，其表面电镀纯锡镀层，以便于其与对应芯子之间实现可靠电气连接，第一汇流片11和第二汇流片18上的焊接部位为“齿状”薄片，利于焊接更加牢固，焊接采用点焊，主要是靠焊接时瞬时大电流产生的热量将第一汇流片11和第二汇流片18的表面镀层与滤波芯子12和储能芯子13两端的过渡层金属熔融在一起，从而实现两者之间良好的电气连接；然后将多个电极8的方形柱84分别置于对应的汇流片连接孔111内并采用锡焊的方式实现两者之间的电气连接，电极8整体采用紫铜作为基材，表面电镀锡铅镀层，以便于与第一汇流片11和第二汇流片18之间焊接形成良好的电气连接，焊接后如图6所示；然后将采用工程塑料PBT(即聚对苯二甲酸丁二酯)制作的第一限位板9和第二限位板10分别从多个电极8的两侧进行对接，使第一限位板9和第二限位板10的半圆形槽14均置于对应的电极8的环形槽83内，同时第一限位板9上的多个外凸部16分别置于一一对应的第二限位板10上的多个沉槽17内，实现第一限位板9和第二限位板10之间的精确定位，组装后如图4所示；然后将组装好的组件整体置于外壳19内，外壳19上靠近开口端内壁设有环形台阶20，第一限位板9和第二限位板10的外周边缘刚好置于环形台阶20上并实现与外壳19之间的限位功能，如图10所示，然后根据需要看是否安装盖板，然后进行密封胶(即环氧树脂)灌注，将外壳19内的组件整体密封固定在外壳19内，完成整个直插式DC-Link电容器的组装。使用时，只需将多个电极8的插接柱81对应插接在电路板上即可。
工作时，如果直插式DC-Link电容器用于滤波，则电流主要直接经过滤波芯子12的两端，其距离很短，电感很小，满足应用需要；如果直插式DC-Link电容器用于储能，则电流经过滤波芯子12的两端和储能芯子13的两端，虽然其距离较长、电感相对较大，但储能时对其电感大小没有较高要求，所以不影响储能功能的实现，如此在低电感滤波和大容量储能两方面均满足了直插式DC-Link电容器的实际应用需求。
说明：上述电极8、外壳19分别与背景技术内容中的传统电极1、传统外壳3对应，但因为结构发生了对应变化，所以采用了不同部件名称和标记数字；上述滤波芯子12/储能芯子13与背景技术内容中的第一传统芯子4/第二传统芯子7对应，但因为本发明对芯子的主要功能进行了限定，所以在具体结构上可能会与传统芯子具有一些差异，所以采用了不同部件名称和标记数字；上述第一汇流片11/第二汇流片18与背景技术内容中的第一传统汇流片5/第二传统汇流片6对应，但因为结构发生了对应变化，所以采用了不同部件名称和标记数字。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种低电感大容量的直插式DC-Link电容器，包括外壳、电极和芯组，所述芯组置于所述外壳内，多个所述电极的内端与所述芯组连接、外端伸出所述外壳，其特征在于：所述芯组包括多个滤波芯子、多个储能芯子、第一汇流片和第二汇流片，多个所述滤波芯子和多个所述储能芯子依次间隔排列，所述滤波芯子两端之间的连线方向与所述储能芯子两端之间的连线方向相互垂直，多个所述滤波芯子两端之间的连线位于同一直线上，多个所述滤波芯子两端中的第一端和多个所述储能芯子两端中的第一端分别与所述第一汇流片电性连接，多个所述滤波芯子两端中的第二端和多个所述储能芯子两端中的第二端分别与所述第二汇流片电性连接，多个所述电极中的一半分别与所述第一汇流片电性连接，多个所述电极中的另一半分别与所述第二汇流片电性连接。
2.根据权利要求1所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述第一汇流片和所述第二汇流片均包括多个截面为“L”形的“L”形导电片和一个直线形导电片，多个相互平行的所述“L”形导电片均与所述直线形导电片连接且一体成型，所述“L”形导电片的其中一侧导电片与对应的所述滤波芯子的对应端电性连接，所述“L”形导电片的另一侧导电片设有用于与所述电极电性连接的汇流片连接孔，所述直线形导电片与对应的所述储能芯子的对应端电性连接。
3.根据权利要求2所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述汇流片连接孔为方形孔，所述电极包括插接柱，所述插接柱的一端设有方形柱，所述方形柱置于所述汇流片连接孔内且与对应的所述“L”形导电片焊接连接。
4.根据权利要求3所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：每个所述“L”形导电片上的所述汇流片连接孔均为两个且分别靠近所述储能芯子两端的位置。
5.根据权利要求3所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述插接柱上靠近所述方形柱的位置设有两个向外周方向凸起的凸环，两个所述凸环在所述插接柱的轴向排列，两个所述凸环之间形成环形槽，所述低电感大容量的直插式DC-Link电容器还包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板的一侧边缘和所述第二限位板的一侧边缘分别设有与多个所述电极一一对应的多个半圆形槽，所述第一限位板的多个半圆形槽分别与所述第二限位板的多个半圆形槽对接形成多个限位通孔，所述插接柱上与所述环形槽对应的位置穿过对应的所述限位通孔。
6.根据权利要求5所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述第一限位板上设有所述半圆形槽的一侧边缘还设有多个外凸且减薄的外凸部，所述第二限位板上设有所述半圆形槽的一侧边缘还设有多个减薄形成的沉槽，多个所述外凸部分别置于一一对应的多个所述沉槽内。
7.根据权利要求5或6所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述第一限位板上和所述第二限位板上设有多个用于灌注密封胶的灌注通孔。
8.根据权利要求1-6中任何一项所述的低电感大容量的直插式DC-Link电容器，其特征在于：所述储能芯子两端之间的长度与所述滤波芯子两侧之间的宽度相同。
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