CN203193473U

CN203193473U - 一种igbt功率模块的散热系统

Info

Publication number: CN203193473U
Application number: CN 201220728479
Authority: CN
Inventors: 刘旭; 张连瑜; 李朝明; 臧默凯; 李海东; 赵栋利; 赵斌; 武鑫; 许洪华
Original assignee: BAODING CORONA CONTROL EQUIPMENT Co Ltd; Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Current assignee: BAODING CORONA CONTROL EQUIPMENT Co Ltd; Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2022-12-26

Abstract

一种IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的散热系统包括三类独立风道系统：第一风道系统、第二风道系统及第三风道系统；所述的第一风道系统位于所述散热系统的下层，第二风道系统位于述散热系统的中层及上层，第三风道系统位于所述散热系统的中层；所述的第一风道系统对IGBT功率模块的滤波设备进行散热；所述的第二风道系统对IGBT功率模块中的IGBT散热器散热；所述的第三风道系统对IGBT功率模块散热。

Description

一种IGBT功率模块的散热系统

技术领域

本实用新型涉及一种散热系统，特别涉及一种风电领域变流器中功率柜的散热系统。

背景技术

在风电领域使用的中、高压变流器等设备中，广泛使用IGBT功率模块，由于IGBT功率模块发热量较大，需要提供散热。

目前IGBT功率模块的散热风道主要采用以下两种方式，但各有缺陷：

1、IGBT功率模块的散热风道采用前入后出的水平方式，缺点是不利于热空气的浮升，散热效率低，并且风机的风压与风量都有一定的要求，风机选用较苛刻。

2、IGBT功率模块的散热风道采用自下而上直通式散热方式，缺点是每组IGBT功率模块都必须配备一个风机，成本压力大，并且对于功率柜的体积带来要求较庞大。

再者，为了满足性能的稳定，变流器通常在外部三相电连接入IGBT功率模块前，会增加滤波电抗器与滤波电阻等控制、保护设备，设备由于长期工作，放热量较大，需要提供散热。

目前对于滤波设备的散热方式主要是采用整柜散热的方式，整柜散热方式的缺点是：滤波设备的热量对于IGBT功率模块中IGBT的驱动板及IGBT直流滤波电容来说有着间接加热的过程，而IGBT的驱动板及IGBT直流滤波电容要求工作环境较高，在温度较高的情况下，影响性能及降低使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术缺陷，提出一种IGBT功率模块的散热系统。本实用新型在满足结构紧凑，方便维修的同时，减少风机的使用量及选型条件要求，并降低成本，降低某些工作环境要求较高器件的环境温度，提高IGBT功率模块的使用性能及使用寿命。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型散热系统包括三类独立风道系统：第一风道系统、第二风道系统及第三风道系统。所述的第一风道系统位于所述散热系统的下层，第二风道系统位于所述散热系统的中层及上层，第三风道系统位于所述散热系统的中层；所述的第一风道系统对IGBT功率模块的滤波设备进行散热；所述的第二风道系统对IGBT功率模块中的IGBT散热器散热；所述的第三风道系统对IGBT功率模块散热。

所述的第一风道系统包括：第一风道区域、IGBT功率模块的滤波设备、第一过滤器散热风机及第一过滤器。第一风道系统位于本实用新型散热系统的下层。第一风道系统主要对IGBT功率模块的滤波设备进行散热。所述的滤波设备发热较严重，设备本身耐热，此类放热、耐热设备独立放置于第一风道区域内，并配备有第一过滤器散热风机。所述的第一风道区域穿越需要散热的滤波设备。所述的第一风道区域包括进风口与出风口，所述的第一风道区域进风口位于所述第一过滤器的位置。所述第一过滤器位于所述第一风道区域侧面的下方位置，面向所述的滤波设备；所述的第一过滤器散热风机位于所述第一风道区域侧面正对的另一侧面的上方位置。所述的第一风道区域的出风口为所述第一过滤器散热风机的排风口。根据第一风道系统的风阻及系统散热风量，所述的过滤器散热风机可以是一台、二台或更多。所述的过滤器散热风机在所述的第一风道系统风阻大的时候，采用串联连接方法，增大风压，即进风口与出口风都安装过滤器散热风机；所述的过滤风机在所述的第一风道系统需求风量大的时候，采用并联连接方法，增大风量，即出口风安装过滤器散热风机。

所述的第二风道系统包括：第二风道区域、IGBT散热器、均压箱、离心式风机、第二过滤器及第三过滤器。第二风道系统位于散热系统的中层及上层，主要用于对IGBT功率模块中的IGBT散热器散热。IGBT散热器、均压箱位于散热系统的中层，离心式风机位于散热系统的上层；所述IGBT散热器的第一端面面对地面；所述IGBT散热器的第二端面与第一端面相对，与所述均压箱的第一端面连接；所述均压箱第一端面相对的第二端面与所述的离心式风机进风口连接；所述的IGBT散热器是解决所述IGBT散热的主要散热介质，由于IGBT发热量较高，为保证所述IGBT的安全与性能稳定，所述的IGBT散热器的散热尤其重要。所述的第二风道区域穿越需要散热的IGBT散热器的翅片，热空气通过均压箱到达离心式风机，排出第二风道系统外；所述的第二风道区域包括进风口与出风口，所述的第二风道区域进风口位于所述第二过滤器的位置，所述第二过滤器位于所述第二风道区域第一侧面，与所述第一风道区域第一侧面为同一侧，所述第二过滤器与每组IGBT散热器A端面相连通；所述的第二风道区域出风口为所述第三过滤器的位置，所述第三过滤器与所述第一风道区域第二侧面为同一侧,所述的离心式风机的出风通过所述第三过滤器排除系统外。其特征在于所述均压箱位于所述IGBT散热器与所述离心式风机的中间，为环状的四周合围的壳体，作用是将所述的各组IGBT散热器的进风口进行均压，由于第二风道系统采用一个或两个离心式风机给多组IGBT散热器进行散热，经过所述均压箱的作用，各组IGBT散热器的通风量保证接近均等。

所述的第三风道系统包括：第三风道区域、IGBT功率模块、第二过滤器散热风机及第四过滤器。第三风道区域位于散热系统的中层区域。第三风道系统主要用于对IGBT功率模块的散热。所述的IGBT功率模块包括IGBT，IGBT散热器，IGBT驱动板，直流滤波电容及Bus铜排。所述IGBT的散热表面与所述IGBT散热器的基板表面连接。所述的IGBT散热器在所述的第三风道系统中只考虑表面辐射热量，IGBT散热器自身的翅片散热由第二风道系统解决，此处不涉及。所述IGBT驱动板与直流滤波电容属于环境要求比较高的器件，本身放热量不高，所述的第三风道系统中的热量主要来自于IGBT表面及IGBT散热器表面的辐射热量。所述的第三风道区域穿越需要散热的IGBT。所述的第三风道区域包括进风口与出风口，所述的第三风道区域进风口即为所述第四过滤器的位置，所述第四过滤器位于所述第三风道区域第一侧面，与所述第一风道区域第一侧面为同一侧，正对所述的IGBT驱动板，所述的第二过滤器散热风机位于所述第三风道区域与第一侧面正对的第二侧面，与所述的第一风道区域第二侧面为同一侧；为更好的对所述IGBT进行散热，需要将第二过滤窗散热风机均布于IGBT功率模块第三风道区域，所述的第三风道区域的出风口为所述第二过滤器散热风机的排风口。其特征在于，系统中所述的IGBT表面及IGBT散热器表面的辐射热量较小，并且风道较短，风压较小，故所述第二过滤器散热风机采用风压小，风量适合的风机即可。

所述的三类独立风道系统的共同作用构成了本实用新型的散热系统。

本实用新型带来的有益效果如下：

1、减少大功率风机的使用数量；

2、改善关键器件的使用环境，间接提高关键器件的功能性与使用寿命；

3、利于整机小型化设计。

附图说明

图1是本实用新型散热系统实施例的结构布局第一侧面示意图；

图2是本实用新型散热系统实施例的结构布局第二侧面示意图；

图3是本实用新型散热系统实施例的结构布局第一侧面内部结构示意图；

图4是本实用新型实施例IGBT功率模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本实用新型散热系统，包括三类独立的风道系统：第一风道系统、第二风道系统及第三风道系统。

所述的第一风道系统包括：第一风道区域、滤波设备1、第一过滤器散热风机2及第一过滤器3。第一风道系统位于所述散热系统的下层；所述的滤波设备1发热较严重，设备本身耐热，此类放热、耐热设备独立放置于第一风道区域内，并配备相适应的第一过滤器散热风机2；所述的第一风道区域穿越需要散热的滤波设备1。所述的第一风道区域包括进风口与出风口，所述的第一风道区域进风口位于所述第一过滤器3的位置，所述第一过滤器3位于所述第一风道区域第一侧面的下方位置，如图1所示。所述的第一过滤器散热风机2位于所述第一风道区域的第一侧面正对的第二侧面的上方位置，如图2所示；所述的第一风道区域的出风口为所述第一过滤器散热风机2的排风口。根据第一风道系统的风阻及系统散热风量，第一过滤器散热风机2可选择一个、二个或更多，所述的A过滤器散热风机2在所述的第一风道系统风阻大的时候，采用串联连接方法，增大风压，将第一过滤器替换为第一过滤器散热风机2，即进风口与出口风各安装第一过滤器散热风机2；所述的过滤风机2在所述的第一风道系统需求风量大的时候，采用并联连接方法，增大风量，即出口风安装A过滤器散热风机2。本实施例采用出风口并联A过滤器散热风机2的方式。

所述的第二风道系统包括：第二风道区域、IGBT散热器5、均压箱6、离心式风机7、第二过滤器8及第三过滤器9；第二风道系统位于散热系统的中层及上层区域；IGBT散热器5及均压箱6位于散热系统的中层，离心式风机7位于散热系统的上层；所述IGBT散热器5的第一端面面对地面；所述IGBT散热器5的第二端面与第一端面相对，与所述均压箱6的第一端面连接；所述均压箱6第一端面相对的第二端面与所述的离心式风机7进风口连接；所述的IGBT散热器5是解决所述IGBT4散热的主要散热介质，由于IGBT4发热量较高，为保证所述IGBT4的安全与性能稳定，所述的IGBT散热器5的散热尤其重要；所述的第二风道区域穿越需要散热的IGBT散热器5的翅片，热空气通过均压箱到达离心式风机7，排出第二风道系统外；所述的第二风道区域包括进风口与出风口，所述的第二风道区域进风口为所述第二过滤器8的位置，如图3所示，所述第二过滤器8位于所述第二风道区域第一侧面，与所述第一风道区域的第一侧面为同一侧，所述第二过滤器8与每组IGBT散热器5第一端面相连通；所述的第二风道区域出风口为所述第三过滤器9的位置，所述第三过滤器9与所述第一风道区域第二侧面为同一侧，所述的离心式风机7的出风通过所述第三过滤器9排除系统外。其特征在于所述均压箱6位于所述IGBT散热器5与所述离心式风机7的中间，为环状四周围合的壳体，作用是将所述的各组IGBT散热器5的进风口进行均压，由于第二风道系统采用一个或两个离心式风机7给多组IGBT散热器5进行散热，经过所述均压箱6的作用，各组IGBT散热器5的通风量保证接近均等。本实例采用两个离心式风机7给6组IGBT散热器5进行散热。

所述的第三风道系统包括：第三风道区域、IGBT功率模块10、第二过滤器散热风机11及第四过滤器12。第三风道系统位于散热系统的中层；如图4所示，所述的IGBT功率模块 10包括：IGBT4，IGBT散热器5，IGBT驱动板13、直流滤波电容14及Bus铜排15。所述的IGBT散热器5在所述的第三风道系统中只考虑表面辐射热量，IGBT散热器5自身的翅片散热问题由第二风道系统解决，此处不涉及。所述IGBT驱动板13与直流滤波电容14属于环境要求比较高的器件，本身放热量不高，所述的第三风道系统中的热量主要来自于IGBT模块4表面及IGBT散热器5表面的辐射热量。所述的第三风道区域穿越需要散热的IGBT4，所述的第三风道区域包括进风口与出风口，所述的第三风道区域进风口即为所述第四过滤器12的位置，所述第四过滤器12位于所述第三风道区域的第一侧面，与所述第一风道区域第一侧面为同一侧，如图1所示，正对所述的IGBT驱动板13，所述的第二过滤器散热风机11位于所述第三风道区域与第一侧面正对的第二侧面，与所述的第一风道区域第二侧面为同一侧，如图2所示；为更好的对所述IGBT4进行散热，需要将第二过滤器散热风机11均布放置于IGBT功率模块10对应区域，所述的第三风道区域的出风口为所述第二过滤器散热风机11的排风口。其特征在于系统中所述的IGBT4表面及IGBT散热器5表面的辐射热量较小，并且风道较短，风压较小，故所述第二过滤器散热风机11采用风压小，风量适合即可。

Claims

1.一种IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的散热系统包括三类独立风道系统：第一风道系统、第二风道系统及第三风道系统；所述的第一风道系统位于所述散热系统的下层，第二风道系统位于所述散热系统的中层及上层，第三风道系统位于所述散热系统的中层；所述的第一风道系统对IGBT功率模块的滤波设备进行散热；所述的第二风道系统对IGBT功率模块中的IGBT散热器散热；所述的第三风道系统对IGBT功率模块散热。

2.如权利要求1所述的IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的第一风道系统包括：第一风道区域、滤波设备（1）、第一过滤器散热风机（2）及第一过滤器（3）；所述的滤波设备（1）独立放置于第一风道区域内；所述的第一风道区域穿越所述的滤波设备（1）；所述的第一风道区域包括进风口与出风口，所述的第一风道区域进风口位于所述第一过滤器（3）的位置，所述第一过滤器（3）位于所述第一风道区域第一侧面的下方位置；所述的第一过滤器散热风机（2）位于所述第一风道区域的第一侧面正对的第二侧面的上方位置；所述的第一风道区域的出风口为所述第一过滤器散热风机（2）的排风口。

3.如权利要求2所述的IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的第二风道系统包括：第二风道区域、IGBT散热器（5）、均压箱（6）、离心式风机（7）、第二过滤器（8）及第三过滤器（9）；所述的IGBT散热器（5）及均压箱（6）位于所述散热系统的中层，离心式风机（7）位于所述散热系统的上层；所述IGBT散热器（5）的第一端面面对地面；所述IGBT散热器（5）的第二端面与第一端面相对，所述IGBT散热器（5）的第二端面与所述均压箱（6）的第一端面连接；所述均压箱（6）与第一端面相对的第二端面和所述的离心式风机（7）的进风口连接；所述的第二风道区域包括进风口与出风口，所述的第二风道区域进风口为所述第二过滤器（8）的位置，所述第二过滤器（8）位于所述第二风道区域第一侧面，与所述第一风道区域第一侧面为同一侧；所述第二过滤器（8）与IGBT散热器（5）的第一端面相连通；所述的第二风道区域出风口为所述第三过滤器（9）的位置，所述第三过滤器（9）与所述第一风道区域第二侧面为同一侧；所述的离心式风机（7）的出风通过所述第三过滤器（9）排出第二风道系统外；所述的第二风道区域穿越需要散热的IGBT散热器（5）的翅片。

4.如权利要求3所述的IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的均压箱（6）位于所述IGBT散热器（5）与所述离心式风机（7）的中间，为环状四周围合的壳体。

5.如权利要求2或4所述的IGBT功率模块的散热系统，其特征在于，所述的第三风道系统包括：第三风道区域、IGBT功率模块（10）、第二过滤器散热风机（11）及第四过滤器（12）；所述的IGBT功率模块（10）中，IGBT（4）的散热表面与IGBT散热器（5）的基板表面连接；所述的第三风道区域穿越所述的IGBT功率模块（10）中的IGBT（4）；所述的第三风道区域包括进风口与出风口，所述的第三风道区域进风口为所述第四过滤器（12）的位置，所述第四过滤器（12）位于所述第三风道区域第一侧面，与所述第一风道区域的第一侧面为同一侧，正对所述的IGBT驱动板（13）；第二过滤器散热风机11均布放置于IGBT功率模块10对应区域，所述的第二过滤器散热风机（11）位于所述第三风道区域与第一侧面正对的第二侧面，与所述的第一风道区域第二侧面为同一侧；第二过滤器散热风机（11）均布于IGBT功率模块（10）第三风道区域；所述的第三风道区域的出风口为所述第二过滤器散热风机（11）的排风口。