CN204316350U - T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器 - Google Patents

T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器,T型三电平桥臂模块包括单独的共射极IGBT模块和半桥IGBT模块,因此便于散热,安装结构包括容置该共射极IGBT模块和半桥IGBT模块的机箱以及位于机箱内的散热器、母线电容组件、用于插接直流电源的直流母线端子;散热器和母线电容组件固定安装在机箱的同一侧壁上,且散热器位于母线电容组件的上方,散热器的抽风方向为竖直向上,共射极IGBT模块和半桥IGBT模块并排安装在散热器的远离该机箱侧壁的端面上,且共射极IGBT模块和半桥IGBT模块在散热器的抽风方向上间隔设置。这种布局可以进一步提高热量驱散效率,解决二极管结温过高的问题,基本上不会增加变换器的体积、且成本较低。

Description

T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及功率变换器领域,更具体地说,涉及一种T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器。
背景技术
[0002] 随着电力电子技术的发展,T型三电平变换器得到广泛应用,上述T型三电平变换器可以为单相或三相T型三电平变换器,通常使用完整的T型三电平桥臂模块搭出,如图1所示。该方案中的T型三电平桥臂模块是由4个分别具有反并联二极管的功率开关器件集成在一起形成的。其中,DC+端连接直流母线正极,DC-端连接正直流母线负极,N端接直流母线中点。
[0003] 在完整的T型三电平桥臂模块中,二极管D2/D3的额定电流较之IGBT模块的额定电流要小、且损耗较大,因此容易出现二极管D2/D3结温过高的问题。通常使用额定电流更大的T型三电平桥臂模块或者设计散热效果更好的散热器来解决D2/D3结温过高的问题,但是这两种方法增加了 T型三电平变换器的成本、体积。
实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种一种T型三电平桥臂模块安装结构,所述T型三电平桥臂模块包括共射极IGBT模块和半桥IGBT模块,所述安装结构包括容置该共射极IGBT模块和半桥IGBT模块的机箱以及位于机箱内的散热器、母线电容组件、用于插接直流电源的直流母线端子;
[0006] 所述散热器和母线电容组件固定安装在所述机箱的同一侧壁上,且所述散热器位于所述母线电容组件的上方,所述散热器的抽风方向为竖直向上,所述共射极IGBT模块和半桥IGBT模块并排安装在所述散热器的远离该机箱侧壁的端面上,且共射极IGBT模块和半桥IGBT模块在散热器的抽风方向上间隔设置。
[0007] 本实用新型所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其中,直流母线端子包括正直流母线端子、负直流母线端子、中间端子,母线电容组件包括与正直流母线端子、负直流母线端子、中间端子一一对应连接的电容正极端子、电容负极端子、电容中点;
[0008] 所述共射极IGBT模块和半桥IGBT模块远离所述散热器的端面上分别设置有3个功率端子,其中,所述共射极IGBT模块的第一个功率端子与半桥IGBT模块的第一个功率端子连接,共射极IGBT模块的第二个功率端子为与共射极IGBT模块内部的两个功率开关管的射极电连接的端子,共射极IGBT模块的第三个功率端子通过N母排连接至所述电容中点;所述半桥IGBT模块的第二个功率端子通过负母排与所述电容负极端子连接,第三个功率端子通过正母排与所述电容正极端子连接;
[0009]固定后的共射极IGBT模块的第一个功率端子至第三个功率端子的排布方向与固定后的半桥IGBT模块的第一个功率端子至第三个功率端子的排布方向一致。
[0010] 本实用新型所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其中,所述共射极IGBT模块和半桥IGBT模块在水平方向相互错开一定距离,并使所述共射极IGBT模块的第三个功率端子位于所述半桥IGBT模块的第二个功率端子和第三个功率端子所确定的线段的中线上。
[0011] 本实用新型所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其中,所述母线电容组件包括N个母线电容,N为正偶数;
[0012] N个母线电容中的每两个母线电容串联后再相互并联构成并联在所述正直流母线端子和负直流母线端子之间的N/2条串联支路,每条串联支路中的两个母线电容的串接点为所述电容中点,所述电容中点连接至中间端子,与正直流母线端子连接的母线电容的端子为所述电容正极端子,与负直流母线端子连接的母线电容的端子为所述电容负极端子。
[0013] 本实用新型所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其中,所述共射极IGBT模块安装在所述半桥IGBT模块的沿所述抽风方向的上方;
[0014] 或者,所述半桥IGBT模块安装在所述共射极IGBT模块的沿所述抽风方向的上方。
[0015] 本实用新型还公开了一种功率变换器,包括T型三电平桥臂模块,且所述T型三电平桥臂模块按照所述的T型三电平桥臂模块安装结构。
[0016] 实施本实用新型的T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器,具有以下有益效果:本实用新型中,并不是将所有的功率开关器件直接封装为一个桥臂模块,而是采用相互独立的共射极IGBT模块和半桥IGBT模块组装得到桥臂模块,因此便于散热,并且在组装时将两个IGBT模块设置在散热器上,两个IGBT模块在散热器的抽风方向上间隔设置,这种布局可以进一步提高热量驱散效率,解决二极管结温过高的问题,基本上不会增加变换器的体积、且成本较低。
[0017] 进一步的,本实用新型中两个IGBT模块的3个功率端子的排布方向一致,且连接电容中点的功率端子位于连接电容正、负极端子的两个功率端子的中线上,这种对称结构,使得直流母线的正极、负极和中点到IGBT模块的正极、负极和中点的距离减小,降低连接直流母线电容和IGBT模块的正母排、负母排、N母排的杂散电感。
附图说明
[0018] 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:
[0019] 图1是T型三电平桥臂模块的电路示意图;
[0020]图2是本实用新型T型三电平桥臂模块安装结构的第一实施例的结构示意图;
[0021]图3是本实用新型T型三电平桥臂模块安装结构的第一实施例的布局示意图;
[0022] 图4是对图3中的共射极IGBT模块的功率端子进行阐释的电路原理图;
[0023] 图5是对图3中的连接半桥IGBT模块的功率端子进行阐释的电路原理图;
[0024] 图6是本实用新型T型三电平桥臂模块安装结构的第二实施例的布局示意图。
具体实施方式
[0025] 为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
[0026] 本实用新型的基本电路原理与现有技术相同(如图1所示),不同的是,本实用新型中将图1中的二极管D2、D3所对应的两个功率开关器件用共射极IGBT模块2代替,另外两个功率开关器件用半桥IGBT模块3代替,并且通过将该两个IGBT模块结合散热器进行合理布局,可以有效解决二极管结温过高的问题。
[0027] 参考图2,该安装结构包括容置该共射极IGBT模块2和半桥IGBT模块3的机箱I以及位于机箱I内的散热器4、母线电容组件5、用于插接直流电源的直流母线端子6。其中,半桥IGBT模块3为62mm封装的半桥IGBT模块3,所述共射极IGBT模块2为62mm封装的共射极IGBT模块2。
[0028] 所述散热器4和母线电容组件5固定安装在所述机箱I的同一个侧壁上,且所述散热器4位于所述母线电容组件5的上方,所述散热器4的抽风方向为竖直向上,所述共射极IGBT模块2和半桥IGBT模块3并排安装在所述散热器4的远离该机箱I侧壁的端面上,且共射极IGBT模块2和半桥IGBT模块3在散热器4的抽风方向上间隔设置,间隔距离如图3中LI所示,LI的具体数值可以根据情况确定。
[0029]由于采用相互独立的两个IGBT模块组装得到桥臂模块,因此便于散热,并且两个IGBT模块在散热器的抽风方向上间隔设置,这种布局可以进一步提高热量驱散效率,解决二极管结温过高的问题,基本上不会增加变换器的体积、且成本较低。
[0030] 其中,直流母线端子6的固定位置不做限制,可以根据情况选择,本实施例中直流母线端子6设置在母线电容组件5所在机箱I侧壁上,并位于母线电容组件5的正下方。直流母线端子6包括正直流母线端子61、负直流母线端子62、中间端子63,母线电容组件5包括与正直流母线端子61、负直流母线端子62、中间端子63 —一对应连接的电容正极端子、电容负极端子、电容中点。
[0031 ] 具体的,所述母线电容组件5包括N个母线电容,每个母线电容具有两个端子51,N为正偶数;N个母线电容中的每两个母线电容串联后再相互并联构成并联在所述正直流母线端子61和负直流母线端子62之间的N/2个串联支路,每条串联支路中的两个母线电容的串接点为所述电容中点,所述电容中点连接至中间端子63,与正直流母线端子61连接的母线电容的端子51为所述电容正极端子,与负直流母线端子62连接的母线电容的端子51为所述电容负极端子。
[0032] 需要明确的是,本实施例中仅仅示意出了 N为2的情况,母线电容的数量只要保证偶数个即可,具体多少个可以根据情况选择,本实用新型对此并不做限制。
[0033] 结合图2,参考图3,所述共射极IGBT模块2和半桥IGBT模块3远离所述散热器4的端面上分别设置有3个功率端子:
[0034] 共射极IGBT模块2的3个功率端子的定义可参考图4,可见其第一个功率端子21相当于图1中的AC节点,其第二个功率端子22为与共射极IGBT模块2内部的两个功率开关管的射极电连接的端子,其第三个功率端子23相当于图1中的N节点。
[0035] 连接半桥IGBT模块3的3个功率端子的定义可参考图5,其第一个功率端子31相当于图1中的AC节点,其第二个功率端子32相当于图1中的DC-,其第三个功率端子33相当于图1中的DC+。
[0036]因此,所述共射极IGBT模块2的第一个功率端子21与半桥IGBT模块3的第一个功率端子31连接,共射极IGBT模块2的第三个功率端子23通过N母排连接至所述电容中点;所述半桥IGBT模块3的第二个功率端子32通过负母排与所述电容负极端子连接,第三个功率端子33通过正母排与所述电容正极端子连接。
[0037] 优选的,固定后的共射极IGBT模块2的第一个功率端子21至第三个功率端子23的排布方向与固定后的半桥IGBT模块3的第一个功率端子31至第三个功率端子33的排布方向一致,且与正直流母线端子61连接的母线电容、与负直流母线端子62连接的母线电容分居半桥IGBT模块3的第二个功率端子32和第三个功率端子33的中线的两侧并关于该中线对称。如此,在利用母排连接母线电容和IGBT模块时,可以降低母排(正母排、负母排、N母排)的杂散电感。
[0038] 需要明确的是,安装在散热器4上的共射极IGBT模块2、半桥IGBT模块3的个数不做限制,共射极IGBT模块2、半桥IGBT模块3的个数相同且为正整数即可。另外,共射极IGBT模块2与半桥IGBT模块3的在抽风方向上的上下位置关系不做限制。优选的,共射极IGBT模块2安装在所述半桥IGBT模块3的沿所述散热器4的抽风方向的上方,因为如果反过来安装,则会增加正母排、负母排的杂散电感。
[0039] 参考图6,本实用新型的第二实施例与第一实施例的不同在于,共射极IGBT模块2和半桥IGBT模块3在水平方向相互错开一定距离,如图6中L2所示,将共射极IGBT模块2往外移出L2即可。该距离L2使得所述共射极IGBT模块2的第三个功率端子23位于所述半桥IGBT模块3的第二个功率端子32和第三个功率端子33所确定的线段的中线上。如此,在利用母排连接母线电容和IGBT模块时,与第一实施例相比,可以进一步降低母排(正母排、负母排、N母排)的杂散电感。
[0040] 本实用新型还公开了一种包括所述的T型三电平桥臂模块安装结构的功率变换器。
[0041] 综上所述,本实用新型的T型三电平桥臂模块安装结构以及功率变换器,并不是将所有的功率开关器件直接封装为一个桥臂模块,而是采用相互独立的共射极IGBT模块和半桥IGBT模块组装得到桥臂模块,因此便于散热,并且在组装时将两个IGBT模块设置在散热器上,两个IGBT模块在散热器的抽风方向上间隔设置,这种布局可以进一步提高热量驱散效率,解决二极管结温过高的问题,基本上不会增加变换器的体积、且成本较低。进一步的,本实用新型中两个IGBT模块的3个功率端子的排布方向一致,且连接电容中点的功率端子位于连接电容正、负极端子的两个功率端子的中线上,这种对称结构,使得直流母线的正极、负极和中点(相当于直流电容的正极、负极和中点)到IGBT模块的正极、负极和中点距离减小,降低连接直流母线电容和IGBT模块的正母排、负母排、N母排的杂散电感。
[0042] 上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述,但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下,在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种T型三电平桥臂模块安装结构,其特征在于,所述T型三电平桥臂模块包括共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3),所述安装结构包括容置该共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3)的机箱⑴以及位于机箱⑴内的散热器(4)、母线电容组件(5)、用于插接直流电源的直流母线端子(6); 所述散热器(4)和母线电容组件(5)固定安装在所述机箱(I)的同一侧壁上,且所述散热器(4)位于所述母线电容组件(5)的上方,所述散热器(4)的抽风方向为竖直向上,所述共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3)并排安装在所述散热器(4)的远离该机箱(I)侧壁的端面上,且共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3)在散热器(4)的抽风方向上间隔设置。
2.根据权利要求1所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其特征在于,直流母线端子(6)包括正直流母线端子(61)、负直流母线端子(62)、中间端子(63),母线电容组件(5)包括与正直流母线端子(61)、负直流母线端子(62)、中间端子(63) —一对应连接的电容正极端子、电容负极端子、电容中点; 所述共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3)远离所述散热器(4)的端面上分别设置有3个功率端子,其中,所述共射极IGBT模块(2)的第一个功率端子(21)与半桥IGBT模块(3)的第一个功率端子(31)连接,共射极IGBT模块(2)的第二个功率端子(22)为与共射极IGBT模块(2)内部的两个功率开关管的射极电连接的端子,共射极IGBT模块(2)的第三个功率端子(23)通过N母排连接至所述电容中点;所述半桥IGBT模块(3)的第二个功率端子(32)通过负母排与所述电容负极端子连接,第三个功率端子(33)通过正母排与所述电容正极端子连接; 固定后的共射极IGBT模块(2)的第一个功率端子(21)至第三个功率端子(23)的排布方向与固定后的半桥IGBT模块(3)的第一个功率端子(31)至第三个功率端子(33)的排布方向一致。
3.根据权利要求2所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其特征在于,所述共射极IGBT模块(2)和半桥IGBT模块(3)在水平方向相互错开一定距离,并使所述共射极IGBT模块(2)的第三个功率端子(23)位于所述半桥IGBT模块(3)的第二个功率端子(32)和第三个功率端子(33)所确定的线段的中线上。
4.根据权利要求2所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其特征在于,所述母线电容组件(5)包括N个母线电容,N为正偶数; N个母线电容中的每两个母线电容串联后再相互并联构成并联在所述正直流母线端子(61)和负直流母线端子¢2)之间的N/2条串联支路,每条串联支路中的两个母线电容的串接点为所述电容中点,所述电容中点连接至中间端子(63),与正直流母线端子¢1)连接的母线电容的端子为所述电容正极端子,与负直流母线端子(62)连接的母线电容的端子为所述电容负极端子。
5.根据权利要求1所述的T型三电平桥臂模块安装结构,其特征在于,所述共射极IGBT模块(2)安装在所述半桥IGBT模块(3)的沿所述抽风方向的上方; 或者,所述半桥IGBT模块(3)安装在所述共射极IGBT模块(2)的沿所述抽风方向的上方。
6.一种功率变换器,其特征在于,包括T型三电平桥臂模块,且所述T型三电平桥臂模块按照如权利要求1-5任一项所述的结构安装。
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