CN202309481U - 一种三电平中压变换器功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三电平中压变换器功率模块，包括基板、相互连接的两个高压二极管、四个高压IGBT和电容组，两个高压二极管和四个高压IGBT集成在基板的一侧表面，电容组集成在基板的另一侧表面，高压二极管和高压IGBT采用铜排层叠连接，电容组采用铜排层叠连接。本实用新型结构紧凑，能够有效减少电容与IGBT元件之间的杂散电感，减小IGBT关断时的电压冲击，有效降低IGBT过压击事故的发生，IGBT不需要附加吸收电路，降低了功率模块的制造成本；便于功率模块的标准化、标么化，方便系统扩容、安装和维护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种功率模块系统，具体涉及一种三电平中压变换器功率模块。
背景技术
基于HVIGBT(高压IGBT)的大功率二极管钳位型变频器已成为工业控制、传动及新能源领域广泛关注的技术之一。由于电压等级的提高伴随着电气间隙、爬电距离等电气参数的提升，开关器件、电容器的体积也随之增大，使得减小功率模块的体积，提高功率模块的电气性能(如低寄生电感等)成为结构工艺设计上的难题之一。
二极管钳位型三电平功率模块的结构非常复杂。由于HVIGBT和HVDIODE(高压二极管)的体积比低压开关管要大很多，为了减小体积，现有的二极管钳位型三电平功率模块通常将开关器件与电容器组分开安装，这种集成方式使得现有二极管钳位型三电平功率模块存在如下缺陷：
1、电容器到IGBT的距离较远，会寄生较大的电感，使IGBT关断时会产生较大的VCE电压，对IGBT造成严重过压冲击，甚至会导致IGBT失效。为了消除VCE电压对IGBT的不利影响，需要给IGBT附加吸收电路来减小IGBT的VCE电压，增加了功率模块的制造成本；
2、难以实现功率模块的标准化和标么化。由于整个功率模块的组件分散安装，当容量等级需求不同时，功率模块需要重新设计，带来了大量的重复低效劳动，设计、制造效率低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种三电平中压变换器功率模块，克服现有技术存在的上述缺陷，实现三电平中压变换器功率模块的标准化和标么化，提高电气性能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三电平中压变换器功率模块，包括基板、相互连接的两个高压二极管、四个高压IGBT和电容组，所述两个高压二极管和四个高压IGBT集成在该基板的一侧表面，其特征在于，
所述电容组集成在该基板的另一侧表面，所述功率模块还包括分别与所述两个高压二极管和四个高压IGBT连接的交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二和分别与所述电容组连接的电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排；
所述交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二相互绝缘层叠设置，其中，所述直流正母线铜排和直流负母线铜排位于同一层，所述高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二位于同一层，位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔，上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘；
所述电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排相互绝缘层叠设置，其中，所述电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排位于同一层，位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔，上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘。
在本实用新型的三电平中压变换器功率模块中，所述交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二相互绝缘层叠设置、所述电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排相互绝缘层叠设置是采用如下结构实现的：包括设置在两相邻层铜排之间的绝缘层或包括覆盖在各所述铜排相邻表面上的绝缘层；所述上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘是采用如下结构实现的：包括位于所述连接结构与所述过孔之间的绝缘套或包括覆盖在所述连接表面上或覆盖在所述过孔表面的绝缘层。
在本实用新型的三电平中压变换器功率模块中，所述基板为换热板，所述电容组各电容元件的底面与该换热板的集成表面面接触。
在本实用新型的三电平中压变换器功率模块中，所述换热板为水冷换热板。
实施本实用新型的三电平中压变换器功率模块，与现有技术比较，其有益效果是：
1.结构紧凑，能够有效减少电容与IGBT元件之间的杂散电感，减小IGBT关断时的电压冲击，有效降低IGBT过压击事故的发生，IGBT不需要附加吸收电路，降低了功率模块的制造成本；
2.便于功率模块的标准化、标么化，方便系统扩容、安装和维护。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型三电平中压变换器功率模块的电路原理图。
图2是本实用新型三电平中压变换器功率模块中高压IGBT和高压二极管的平面布置的一种实施方式。
图3至图6是本实用新型三电平中压变换器功率模块中高压IGBT和高压二极管铜排连接图。
图7至图9是本实用新型三电平中压变换器功率模块中电容组铜排连接图。
图10是本实用新型三电平中压变换器功率模块从高压IGBT和高压二极管侧观察的立体图。
图11是本实用新型三电平中压变换器功率模块从电容组侧观察的立体图。
具体实施方式
本实用新型的三电平中压变换器功率模块基于如图1所示的现有二极管钳位型三电平桥臂电路构建。图中，D1、D2为两个高压二极管1，Q1、Q2、Q3、Q4为高压IGBT2，C1、C2为功率模块的电容，为增大容量和提高耐压等级由多个电容器串并联而成。
如图1至图11所示，本实用新型的三电平中压变换器功率模块包括基板100、相互连接的两个高压二极管1、四个高压IGBT2、电容组3、分别与两个高压二极管1和四个高压IGBT2连接的交流输出铜排4、直流母线中点铜排5、直流正母线铜排7、直流负母线铜排6、高压二极管与高压IGBT连接铜排一8、高压二极管与高压IGBT连接铜排二9，分别与电容组3连接的电容串接铜排10、电容直流母线中点铜排11、电容直流正母线铜排12和电容直流负母线铜排13。其中，交流输出铜排4、直流母线中点铜排5、直流正母线铜排7、直流负母线铜排6、电容直流母线中点铜排11、电容直流正母线铜排12和电容直流负母线铜排13分别设置引出端子，以便连接。
两个高压二极管1和四个高压IGBT2集成在基板8的一侧表面，电容组3集成在基板8的另一侧表面。
交流输出铜排4、直流母线中点铜排5、直流正母线铜排7、直流负母线铜排6、高压二极管与高压IGBT连接铜排一8、高压二极管与高压IGBT连接铜排二9相互绝缘层叠设置。其中，直流正母线铜排7和直流负母线铜排6位于同一层，高压二极管与高压IGBT连接铜排一8、高压二极管与高压IGBT连接铜排二9位于同一层。
高压二极管1和高压IGBT2连接铜排之间的绝缘结构可以采用包括单不限于如下结构：在两相邻层铜排之间设置绝缘层，或设置覆盖在各铜排相邻表面上的绝缘层。
位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔200，上层铜排与过孔的连接结构(可以是导线或元件的焊脚等)与过孔绝缘。
连接结构与过孔绝缘可以采用包括单不限于如下结构：设置位于连接结构与过孔之间的绝缘套，或设置覆盖在连接表面上或覆盖在过孔表面的绝缘层。
电容串接铜排10、电容直流母线中点铜排11、电容直流正母线铜排12和电容直流负母线铜排13相互绝缘层叠设置。其中，电容直流正母线铜排12和电容直流负母线铜排13位于同一层。
电容组连接铜排之间的绝缘结构可以采用包括单不限于如下结构：在两相邻层铜排之间设置绝缘层，或设置覆盖在各铜排相邻表面上的绝缘层。
位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔200，上层铜排与过孔的连接结构与过孔绝缘。
连接结构与过孔绝缘可以采用包括单不限于如下结构：设置位于连接结构与过孔之间的绝缘套，或设置覆盖在连接表面上或覆盖在过孔表面的绝缘层。
基板100可以采用普通的板结构或结构组件，此时电容组3主要依靠风冷冷却。
为了提高电容组的散热效率，基板100采用换热板，电容组3的各电容元件的底面与换热板的集成表面面接触。换热板可以采用水冷换热板，也可以采用其他结构的换热板，如采用以制冷剂为换热介质的换热板等。
本实用新型的三电平中压变换器功率模块可使用于变频器等电器设备中。
Claims (4)
1.一种三电平中压变换器功率模块，包括基板、相互连接的两个高压二极管、四个高压IGBT和电容组，所述两个高压二极管和四个高压IGBT集成在该基板的一侧表面，其特征在于，
所述电容组集成在该基板的另一侧表面，所述功率模块还包括分别与所述两个高压二极管和四个高压IGBT连接的交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二和分别与所述电容组连接的电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排；
所述交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二相互绝缘层叠设置，其中，所述直流正母线铜排和直流负母线铜排位于同一层，所述高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二位于同一层，位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔，上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘；
所述电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排相互绝缘层叠设置，其中，所述电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排位于同一层，位于下层的铜排包括对应于上层铜排的连接点过孔，上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘。
2.如权利要求1所述的三电平中压变换器功率模块，其特征在于，所述交流输出铜排、直流母线中点铜排、直流正母线铜排、直流负母线铜排、高压二极管与高压IGBT连接铜排一、高压二极管与高压IGBT连接铜排二相互绝缘层叠设置、所述电容串接铜排、电容直流母线中点铜排、电容直流正母线铜排和电容直流负母线铜排相互绝缘层叠设置是采用如下结构实现的：包括设置在两相邻层铜排之间的绝缘层或包括覆盖在各所述铜排相邻表面上的绝缘层；所述上层铜排与所述过孔的连接结构与所述过孔绝缘是采用如下结构实现的：包括位于所述连接结构与所述过孔之间的绝缘套或包括覆盖在所述连接表面上或覆盖在所述过孔表面的绝缘层。
3.如权利要求1或2所述的三电平中压变换器功率模块，其特征在于，所述基板为换热板，所述电容组各电容元件的底面与该换热板的集成表面面接触。
4.如权利要求3所述的三电平中压变换器功率模块，其特征在于，所述换热板为水冷换热板。
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| CN 201120402142 CN202309481U (zh) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | 一种三电平中压变换器功率模块 |
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2011
- 2011-10-20 CN CN 201120402142 patent/CN202309481U/zh not_active Expired - Lifetime
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Owner name: SHENZHEN HOPEWIND ELECTRIC CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHENZHEN HEWANG ELECTRIC CO., LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili town village official Liuzhou Industrial Zone No. 5 Building second layer 1-3 Patentee after: Shenzhen's standing grain hopes electric limited company Address before: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili Town, Dragon Village Second Industrial District 5 Building 5 floor Patentee before: Shenzhen Hewang Electric Co., Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120704 |
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| CX01 | Expiry of patent term |