CN203423620U - 一种变流器dc/dc功率模块 - Google Patents

Abstract

一种变流器DC/DC功率模块，包括壳体（1）、功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、保护单元（6）、母排（7）、穿墙端子（8）；所述壳体（1）内各元件从上到下分三层结构，第一层安装母排（7），第二层安装风机（28）、散热器（29）、IGBT模块（25）、吸收电容（26）、滤波电容（27）、IGBT驱动板、电阻采样板（6）、温度继电器，第三层安装滤波电感（24）。该模块性能可靠、安装简便、灵活、可拆卸、可维护、对外接口少，外型美观、通用性强。

Description

一种变流器DC/DC功率模块

技术领域

本实用新型涉及电力电子变流器，特别涉及采用IGBT模块整流的单级式、双极式储能变流器的功率模块。 

背景技术

大功率储能变流器分为单级式、双极式，一般采用DC/DC、DC/AC两级变换，每一级的核心为变流器功率单元。随着客户对电力电子产品个性化需求越来越多，储能产品也呈现多样化、定制化趋势，造成研发、维护成本高，产品一致性、可靠性、维修性差。目前普遍的情形是：模块化程度不高，功率系列化困难，为满足不同功率等级的要求，必须对元件进行串、并联使用，往往导致在结构上需作很大程度的改动，导致安装维修不便，许多储能装置由于结构设计没有模块化，有时为了维修一个部件或元件需拆卸很多其它部件来实现，不仅工作量大，而且还给系统的可靠性及整体寿命带来严重的影响。 

而实现电力电子产品模块化、标准化，可以大大提高产品的研发效率，降低成本，提高产品工艺性，更好更快满足用户差别化需求。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种立式安装，集成了各种单元模块、通用性强、对外接口少的DC/DC功率模块，以满足产品模块化、通用化、集成化等需求，具有可维护性高、功率扩展方便等优点。 

为解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案： 

一种模块化DC/DC功率模块，包括壳体1、功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、保护单元6、母排7、穿墙端子8； 

所述功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、保护单元6、母排7设置在所述壳体1内； 

所述功率单元2包括滤波电感24、IGBT模块25、吸收电容26、滤波电容27； 

所述驱动单元3为IGBT驱动板，其输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接所述功率单元2的控制端； 

所述检测单元4为两个温度继电器，安装在散热器29上； 

所述散热单元）包括风机28、散热器29；所述保护单元6为电阻采样板；所述母排7和所述功率单元2连接，所述穿墙端子8固定在壳体1的前面板9的外侧中部；其特征在于： 

所述壳体1内各元件从上到下分三层结构，第一层安装母排7，第二层安装风机28、散热 器29、IGBT模块25、吸收电容26、滤波电容27、IGBT驱动板、电阻采样板6、温度继电器，第三层安装滤波电感24。 

其中所述母排7包括输入侧母排DC+32、公共母排DC-31和输出侧母排DC+2（30）、层叠排33、转接铜排（34、35）、其中公共母排DC-31为输入侧、输出侧共用母排，公共母排DC-（31）、输入侧母排DC+（32）、输出侧母排DC+2（30）固定在滤波电容27上，公共母排DC-（31）、输入侧母排DC+（32）、输出侧母排DC+2（30）通过壳体1上固定的绝缘板39伸出到壳体外侧； 

层叠排33包括外铜排36、SMC绝缘板37、内铜排38；外铜排36、SMC绝缘板37、内铜排38压接牢固后，固定在滤波电容27以及环氧绝缘柱40上； 

转接铜排（34、35）分别一端连接外铜排36、内铜排38另一端连接IGBT模块和吸收电容26。 

其中所述滤波电感24数量为3件，通过导线将其正极连接，再通过导线与输出侧母排DC+2（30）相连，而负极分别通过导线分别与IGBT模块25的U、V、W端相连； 

所述的温度继电器为2个，通过导线把2个继电器串联，再通过导线分别将继电器的另一侧与穿墙端子的端口7、端口8相连； 

所述电阻采样板的UDC+端、UDC-端，分别通过导线与输入侧母排DC+（32）、公共母排DC-（31）相连； 

所述风机28的L端、N端分别通过导线与穿墙端子的端口1、端口2相连，风机的M端接地； 

IGBT驱动板的输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接IGBT模块25的控制端驱动门极。 

本实用新型DC/DC功率模块通过采用整体安装式结构集成了各种单元模块。DC/DC功率模块通用更强、对外接口少，模块化程度高、可维护性高以及功率扩展方便等，通过不同的组合配置方式可以生成多样化的产品，来满足不同用户的需求。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实现例案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中，相同的附图标记代表相同的部件。 

图1是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的轴测图； 

图2是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的正视图； 

图3是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的后视图； 

图4是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的剖视图； 

图5是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的左视图； 

图6是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的壳体内部结构图； 

图7是本实用新型DC/DC功率模块一种实施例的主电路图。 

其中：1-壳体，2-功率单元，3-驱动单元，4-检测单元，5-散热单元，6-保护单元，7-母排，8-穿墙端子，9-前面板，10-后面板，11-上下板，12-支撑板，13-托板，14-立梁，15-加强角，16-固定梁1，17-固定梁2，18-竖梁，19-支撑梁，20-风机支座，21-风道挡板，22-风道盖板，23-接地螺钉，24-滤波电感，25-IGBT模块，26-吸收电容，27-直流母线电容，28-风机，29-散热器，30-输出侧母排DC+2，31-公共母排DC-，32-输入侧母排DC+，33-层叠排，34-转接铜排，35-转接铜排，36-外铜排，37-SMC绝缘板，38-内铜排，39-绝缘板，40-环氧绝缘柱，41-支柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实现例案仅仅是本实用新型的实施例案，而不是对本申请的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型所保护的范围。 

作为本实用新型一种DC/DC功率模块的具体实施方式，图1为DC/DC功率模块实施例的结构示意轴测图；如图1-7所示的DC/DC功率模块包括壳体1、功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、保护单元6、母排7、穿墙端子8。 

壳体1由安装板和焊接框架和组成，安装板包括前面板9和后面板10。焊接框架如图6所示，包括上下板11、电容支撑板12、托板13、立梁14、加强角15、固定梁16、固定梁17、竖梁18、支撑梁19，风机支座20、风道挡板21、风道盖板22、接地螺钉23；壳体1为镀锌板材料喷涂，还包括焊接框架和安装板；壳体1的前面板9、后面板10开有散热通风窗，上下板11还开有固定孔。 

图2为DC/DC功率模块实施例的正视图，由图2可见，壳体1的前面板9包括散热通风孔、前面板9上还设置有穿墙端子8、IGBT驱动板外部接口。待焊接框架及内部元器件装配完成后，安装前面板9，通过安装螺钉固定。 

图3为DC/DC功率模块施例的后视图，由图3可见，壳体1的后面板10包括散热通风孔、风机散热口、绝缘板39。绝缘板39上有容纳输入输出铜排穿过的开口。在输入输出铜排，待焊 接框架及内部元器件装配完成后，安装后面板10，通过安装螺钉固定。 

功率单元2包括滤波电感24、IGBT模块25、吸收电容26、滤波电容27；滤波电感24的数量为3件，它们平行排列，固定安装在壳体下端的板上，通过导线将3件滤波电感24的正极连接后，再通过导线与输出侧母排DC+230相连，而负极分别通过导线分别与IGBT模块的U、V、W端相连。 

驱动单元3为IGBT驱动板，其输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接IGBT模块25的控制端驱动门级，驱动信号在驱动单元3内经过光电转换、隔离放大等处理后驱动IGBT模块25，通过检测IGBT模块25的电压、电流值，判定系统的工作状态，以及模块是否发生故障，对系统进行闭环反馈控制，实现脉宽调制功能；另外驱动单元3还有为驱动电路提供电源的电路。 

检测单元4为安装在散热器上的温度继电器，其作用为检测散热器的温度，当温度超过设定的温度动作值时向控制器发出超温报警信号，通过控制器统一管理，安排限负荷、切换或停机；温度继电器有2个，通过导线将2个继电器串联，再通过导线分别将继电器的另一侧与穿墙端子的端口7、端口8相连。 

散热单元5包括风机28、散热器29，用于散出IGBT模块25工作时所产生的热量；风机的L端、N端分别通过导线与穿墙端子的端口1、端口2相连，风机的M端接地；散热器29为插片式铝散热器。 

保护单元6为电阻采样板，即直流接地保护，用以保障电路的安全，电阻采样板的UDC+端、UDC-端通过导线与输入侧母排DC+32、公共母排DC-31相连。 

图4为DC/DC功率模块实施例的剖视图，如图所示，DC/DC功率模块从上到下分三层结构，第一层安装直流母线电容27、母排30、31、32，铜排36、37、38，层叠排33、转接铜排34、转接铜排35第二层安装风机28、散热器29、IGBT模块25、IGBT驱动板3、电阻采样板6、温度继电器，第三层安装滤波电感24。 

图5为DC/DC功率模块实施例的的左视图，由如图4、5所示。母排7包括输入侧母排DC+32、母排DC-31和输出侧母排DC+230、其中母排DC-31为输入侧、输出侧共用，层叠排33、转接铜排34、转接铜排35，输入侧母排31、输入侧母排32固定在电容元件27上，输出侧母排DC+30固定在电容元件27上，母排30、31、32通过壳体1上固定的绝缘板39伸出到壳体外侧。 

层叠排33包括外铜排36、SMC绝缘板37、内铜排38；外铜排36、SMC绝缘板37、内铜排38压接牢固后，固定在电容元件27以及环氧绝缘柱40上。 

转接铜排34、35分别一端连接铜排36、铜排38，另一端连接IGBT模块和吸收电容36。 

下面具体描述DC/DC功率模块的安装步骤: 

首先，将滤波电感24固定钉固定在固定梁16、17上。 

其次，把风机安装在风机支座20上，连同风机把风机支座20通过风机支座固定钉安装在焊接框架的托板13上，安装风道盖板22，将散热器28安装在支撑板12上，通过散热器固定螺钉固定，风道挡板21固定在托板13以及风机支座20上；通过电阻板固定钉，将电阻采样板固定在支撑板12上的焊接内螺柱上，在散热器29上固定IGBT模块25、支柱41、温度继电器4，在支柱41上固定IGBT驱动板3，在IGBT模块25上固定吸收电容26、转接铜排34、35；IGBT模块25安装到散热器29上时，优选涂导热硅脂，导热硅脂要尽量薄、均匀。 

再次，固定支撑梁19，在支撑梁19上安装滤波电容，在滤波电容上安装层叠排33，固定输入侧母排DC+32、输入侧母排DC-31和输出侧母排DC+2（30）。 

最后，根据所图8所示DC/DC功率模块主电路图连接导线，其中温度继电器通过导线串联，再通过导线分别将继电器的另一侧与穿墙端子的端口7、端口8相连；风机的L端、N端分别通过导线与穿墙端子的端口1、端口2相连，风机的M端接地。滤波电感通过导线将其正极连接，再通过导线与输出侧母排DC+230相连，而负极分别通过导线分别与IGBT模块的U、V、W端相连；电阻采样板，其UDC+端、UDC-端，分别通过导线与输入侧母排DC+32、公共母排DC-31相连；IGBT驱动板的输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接IGBT模块25的控制端驱动门级。 

为了能够方便、轻松地安装和拆卸，本实用新型具体实施方式所描述的DC/DC功率模块采用了立式的安装方式，模块的上下前有安装孔，安装时将模块推进柜体内横梁上，固定好上下共8个M8螺栓，再连接好后侧铜排及前侧穿墙端子插头和光纤端子插头，即可完成安装。拆卸时则过程相反，先将铜排螺栓放松，穿墙端子插头和光纤端子插头拔出，再将安装螺栓拧松即可将DC/DC功率模块拆下。 

为了便于功率扩展，本发明具体实施方式将输入输出母排端布置在结构的后侧，并且散热器和风机直接装于其模块内，通过模块内的通风，将热量带走；为了调试和维修的方便，前部还有二次线接口，不但可以输入控制量、提供电源，还可以检测信号，而无需拆卸任何部件。所有的监测信号都会独立的引出，到达外置控制设备，便于工作人员观察故障或状态指示是否正常，而不用拆卸此装置内的任何部件，且前、后强弱电实现分离，互不影响。总体说来，整个模块的布置减少了安装、检测与维修的工作量，并优化了模块的电气性能。 

该DC/DC功率模块额定输入电压满足100V～750V，额定输出电流200A及以下，频率5KHz及以下，适应环境温度-10℃～+40℃，该DC/DC功率整流模块的外壳防护等级为IP20，安装地 点振动频率严酷度等级为10～150Hz，振动加速度不大于5m/s2，DC/DC功率模块整体满足主回路绝缘耐压为2000Vrms/1min，因此DC/DC功率模块通用性更强、对外接口更少，模块化程度高、可维护性高以及功率扩展方便等，通过不同的组合配置方式可以生成多样化的产品，来满足不同项目的需求。 

以上所述仅是本实用新型的优选实现方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本原理的前提下，还可以作出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (3)

1.一种变流器DC/DC功率模块，包括壳体（1）、功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、保护单元（6）、母排（7）、穿墙端子（8）； 

所述功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、保护单元（6）、母排（7）设置在所述壳体（1）内； 

所述功率单元（2）包括滤波电感（24）、IGBT模块（25）、吸收电容（26）、滤波电容（27）； 

所述驱动单元（3）为IGBT驱动板，其输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接所述功率单元（2）的控制端； 

所述检测单元（4）为两个温度继电器，安装在散热器（29）上； 

所述散热单元（5）包括风机（28）、散热器（29）； 

所述保护单元（6）为电阻采样板；所述母排（7）和所述功率单元（2）连接，所述穿墙端子（8）固定在壳体（1）的前面板（9）的外侧中部；其特征在于： 

所述壳体（1）内各元件从上到下分三层结构，第一层安装母排（7），第二层安装风机（28）、散热器（29）、IGBT模块（25）、吸收电容（26）、滤波电容（27）、IGBT驱动板、电阻采样板（6）、温度继电器，第三层安装滤波电感（24）。 

2.根据权利要求1所述的变流器DC/DC功率模块，其中所述母排（7）包括输入侧母排DC+（32）、公共母排DC-（31）和输出侧母排DC+2（30）、层叠排（33）、转接铜排（34、35），其中公共母排DC-（31）为输入侧、输出侧共用母排，公共母排DC-（31）、输入侧母排DC+（32）、输出侧母排DC+2（30）固定在滤波电容（27）上，公共母排DC-（31）、输入侧母排DC+（32）、输出侧母排DC+2（30）通过壳体（1）上固定的绝缘板（39）伸出到壳体外侧； 

层叠排（33）包括外铜排（36）、SMC绝缘板（37）、内铜排（38）；外铜排（36）、SMC绝缘板（37）、内铜排（38）压接牢固后，固定在滤波电容（27）以及环氧绝缘柱（40）上； 

转接铜排（34、35）分别一端连接外铜排（36）、内铜排（38），另一端连接IGBT模块和吸收电容（26）。 

3.根据权利要求1所述的变流器DC/DC功率模块，其中所述滤波电感（24）数量为3件，通过导线将其正极连接后，再通过导线与输出侧母排DC+2（30）相连，而负极分别通过导线分别与IGBT模块（25）的U、V、W端相连； 

所述的温度继电器为2个，通过导线把2个继电器串联，再通过导线分别将继电器的另一侧与穿墙端子的端口7、端口8相连； 

所述电阻采样板的UDC+端、UDC-端，分别通过导线与输入侧母排DC+（32）、公共母排DC-（31）相连； 

所述风机（28）的L端、N端分别通过导线与穿墙端子的端口1、端口2相连，风机的M端接地； 

IGBT驱动板的输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端连接IGBT模块（25）的控制端驱动门极。 

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