CN204886737U - 集成门极可关断晶闸管三电平功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其包括金属架体，在所述金属架体内设有与所述金属架体绝缘隔离的第一功率串、第二功率串以及第三功率串，且第一功率串、第二功率串以及第三功率串通过金属架体顶部的压装紧固体与所述金属架体紧固连接；所述第一功率串内包括四组上下依次分布的门极可关断晶闸管体；第二功率串内包括四组反并联续流二极管，第三功率串包括上吸收二极管、上箝位二极管、下箝位二极管、上吸收电容体、下吸收电容体以及下吸收二极管。本实用新型结构紧凑，能承受高电压以及大电流，损耗低，开关频率高，适应范围广，安全可靠。

Description

集成门极可关断晶闸管三电平功率模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率模块，尤其是一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，属于大功率电力电子传动技术领域。

背景技术

在中小功率变流器中，采用的是小功率的电力电子器件，器件的裕量可以选取的很高，失效率低，整个系统的可靠性较高。但是，大容量变流器由于同时存在高压和大电流，功率器件的能力不足，杂散参数影响大、器件的大热量大、散热设计难度大，使大功率变流器的设计使用难度大大提高。目前，大功率变流器还是以国外垄断型公司的产品为主流，国内该技术基础薄弱，其核心就是缺少将大功率器件和续流二极管、吸收电路、散热器、母排等元件紧凑可靠的组合在一起，设计成整体功率模块的能力。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其结构紧凑，能承受高电压以及大电流，损耗低，开关频率高，适应范围广，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，包括金属架体，在所述金属架体内设有与所述金属架体绝缘隔离的第一功率串、第二功率串以及第三功率串，且第一功率串、第二功率串以及第三功率串通过金属架体顶部的压装紧固体与所述金属架体紧固连接；

所述第一功率串内包括四组上下依次分布的门极可关断晶闸管体，每一门极可关断晶闸管体内包含至少一个门极可关断晶闸管，且在所述第一功率串内，位于上方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与相邻下方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端连接；

第二功率串内包括四组反并联续流二极管，所述第二功率串内的反并联续流二极管分别与相应的门极可关断晶闸管体相并联，且反并联续流二极管的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接，反并联续流二极管的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接；

第三功率串包括上吸收二极管、上箝位二极管、下箝位二极管、上吸收电容体、下吸收电容体以及下吸收二极管；上吸收二极管的阳极端与第一功率串内位于最上方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端连接，上吸收二极管的阴极端与上吸收电容体的上端连接，上吸收电容体的下端与下吸收电容体的上端、上箝位二极管的阳极端、下箝位二极管的阴极端连接，下箝位二极管的阳极端与第一功率串内位于最下方门极可关断晶闸管体的阳极端连接，上箝位二极管的阴极端与第一功率串内紧邻最上方门极可关断晶闸管体的门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管体的阳极端连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管的阳极端连接，下吸收二极管的阴极端与第一功率串内位于最下方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接。

所述金属架体包括下导电支撑板以及位于所述下导电支撑板正上方的上导电盖板，下导电支撑板与上导电盖板间设有用于支撑所述上导电盖板的导电支撑杆，所述导电支撑杆的两端分别与下导电支撑板以及上导电盖板连接，且在所述导电支撑杆上套有绝缘套管。

所述第一功率串、第二功率串以及第三功率串分别支撑在金属框架底端相应的下绝缘支撑块上，第一功率串的上端、第二功率串的上端、第三功率串的上端分别通过相应的上绝缘连接块与金属框架内的顶端连接，压装紧固体穿过金属框架后与上绝缘连接块连接，以分别将第一功率串、第二功率串以及第三功率串压装紧固在金属框架内。

在所述第一功率串内还包括若干用于对每个门极可关断晶闸管体分别进行散热的晶闸管散热器，在第二功率串内还包括用于对每个反并联续流二极管分别进行散热的第一二极管散热器，第三功率串内还包括用于对上吸收二极管、上箝位二极管、下箝位二极管以及下吸收二极管分别进行散热的第二二极管散热器；

所述晶闸管散热器、第一二极管散热器以及第二二极管散热器均与金属框架内的水循环散热机构连接。

所述水循环散热机构包括主进水管以及主出水管，所述主进水管、主出水管分别位于金属框架内的两侧；主进水管通过主进分水管道分别与晶闸管散热器的进水端、第一二极管散热器的进水端以及第二二极管散热器的进水端连接，晶闸管散热器的出水端、第一二极管散热器的出水端以及第二二极管散热器的出水端通过相应的主出分水管道与主出水管连接。

在所述金属框架内设置用于支撑并使得第一功率串、第二功率串以及第三功率串进行所需电连接的连接母排，第一功率串、第二功率串以及第三功率串在金属框架内呈品字型；所述连接母排包括在金属框架内从上至下依次设置的P相母排、上IGTO支路母排、O相母排、下IGTO支路母排以及N相母排。

所述第一功率串内四组门极可关断晶闸管体从上至下依次为第一门极可关断晶闸管体、第二门极可关断晶闸管体、第三门极可关断晶闸管体以及第四门极可关断晶闸管体，其中，第一门极可关断晶闸管体位于P相母排与上IGTO支路母排间，且第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与P相母排电连接，第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与上IGTO支路母排电连接；

第二门极可关断晶闸管体位于上IGTO支路母排与O相母排间，且第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与上IGTO支路母排电连接，第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与O相母排电连接；

第三门极可关断晶闸管体位于O相母排与下IGTO支路母排间，且第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与O相母排电连接，第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与下IGTO支路母排电连接；

第四门极可关断晶闸管体位于下IGTO支路母排与N相母排间，且第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与下IGTO支路母排电连接，第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与N相母排电连接。

所述第二功率串内的反并联续流二极管位于连接母排间，并通过连接母排与第一功率串内的门极可关断晶闸管体对应连接，其中，位于P相母排与上IGTO支路母排之间反并联续流二极管的阴极端与P相母排电连接，位于P相母排与上IGTO支路母排之间的反并联续流二极管的阳极端与上IGTO支路母排电连接；

位于上IGTO支路母排与O相母排之间反并联续流二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，位于上IGTO支路母排与O相母排之间的反并联续流二极管的阳极端与O相母排电连接；

位于O相母排与下IGTO支路母排之间反并联续流二极管的阴极端与O相母排电连接，位于O相母排与下IGTO支路母排之间的反并联续流二极管的阳极端与下IGTO支路母排电连接；

位于下IGTO支路母排与N相母排之间反并联续流二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，位于下IGTO支路母排与N相母排之间反并联续流二极管的阳极端与N相母排电连接。

第三功率串内的上吸收二极管位于P相母排与上IGTO支路母排间，且上吸收二极管的阳极端与P相母排电连接，上吸收二极管的阴极端通过上吸收电容母排与上吸收电容体的上端电连接，上吸收电容体的下端通过中吸收电容母排与下吸收电容体的上端、上箝位二极管的阳极端电连接，上箝位二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，下箝位二极管位于所述上箝位二极管的正下方，下箝位二极管的阳极端与下IGTO支路母排电连接，下箝位二极管的阴极端与上箝位二极管的阳极端电连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管的阳极端连接，下吸收二极管位于下IGTO支路母排与N相母排间，下吸收二极管的阴极端与N相母排电连接。

所述P相母排、上IGTO支路母排、下IGTO支路母排以及N相母排均呈U型。

本实用新型的优点：在金属框架内设置第一功率串、第二功率串以及第三功率串，第一功率串、第二功率串以及第三功率串间通过连接母排进行相互电连接，第一功率串通过晶闸管散热器进行散热，第二功率串通过第一二极管散热器进行散热，第三功率串通过第二二极管散热器进行散热，从而使得形成的功率模块具有场控型关断的能力，功率模块结合了晶体管和晶闸管的优点，具有高电压、大电流、低损耗、开关频率高等特点，降低了杂散电感，适应范围广，结构紧凑，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型使用时的等效电路原理图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为图2的后视图。

图4为本实用新型去除上导电盖板时的立体图。

图5为本实用新型连接母排的结构示意图。

图6为本实用新型连接母排中移去P相母排、上支路IGTO母排时的结构示意图。

附图标记说明：1-下导电支撑板、2-下绝缘支撑块、3-主进水管、4-晶闸管散热器、5-反并联续流二极管、6-绝缘套管、7-导电支撑杆、8-上导电盖板、9-压装紧固体、10-主出分水管道、11-P相母排、12-上IGTO支路母排、13-O相母排、14-下IGTO支路母排、15-N相母排、16-上吸收电容母排、17-中吸收电容母排、18-下吸收电容母排、19-折弯、20-门极可关断晶闸管体、21-主出水管、22-上绝缘连接块、23-主进水第一支管23、24-主进分水管道、25-第一二极管散热器、26-第二二极管散热器、27-上吸收二极管、28-上箝位二极管、29-下箝位二极管、30-下吸收二极管、31-第一上吸收电容、32-第一下吸收电容、33-主出水第一支管、34-第一功率串、35-第二功率串、36-第三功率串、37-主进水第二支管、38-主出水第二支管、39-第二上吸收电容以及40-第二下吸收电容。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示：为了能使得功率变流器能承受高电压以及大电流，损耗低，开关频率高，适应范围广，本实用新型包括金属架体，在所述金属架体内设有与所述金属架体绝缘隔离的第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36，且第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36通过金属架体顶部的压装紧固体9与所述金属架体紧固连接；

所述第一功率串34内包括四组上下依次分布的门极可关断晶闸管体20，每一门极可关断晶闸管体20内包含至少一个门极可关断晶闸管，且在所述第一功率串34内，位于上方门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阴极端与相邻下方门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阳极端连接；

第二功率串35内包括四组反并联续流二极管5，所述第二功率串35内的反并联续流二极管5分别与相应的门极可关断晶闸管体20相并联，且反并联续流二极管5的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阴极端连接，反并联续流二极管5的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阴极端连接；

第三功率串36包括上吸收二极管27、上箝位二极管28、下箝位二极管29、上吸收电容体、下吸收电容体以及下吸收二极管30；上吸收二极管27的阳极端与第一功率串34内位于最上方门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阳极端连接，上吸收二极管27的阴极端与上吸收电容体的上端连接，上吸收电容体的下端与下吸收电容体的上端、上箝位二极管28的阳极端、下箝位二极管29的阴极端连接，下箝位二极管29的阳极端与第一功率串34内位于最下方门极可关断晶闸管体20的阳极端连接，上箝位二极管28的阴极端与第一功率串34内紧邻最上方门极可关断晶闸管体20的门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管体的阳极端连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管30的阳极端连接，下吸收二极管30的阴极端与第一功率串34内位于最下方门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管的阴极端连接。

具体地，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36呈竖直状态分布在金属框架内，第一功率串34、第二功率串35、第三功率36间层平行状态，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36与金属框架间绝缘，金属框架用于接地，通过第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36的电连接配合以形成所需的功率模块，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36间电连接状态可以等效为图1中虚线包围的电路，只是电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6需要在使用时需要外接，电阻R1、电阻R2为吸收电阻，电阻R3~电阻R6为吸入电容反并联电阻。

第一功率串34内每个门极可关断晶闸管体20内所包含的门极可关断晶闸管的数量相一致，当门极可关断晶闸管体20内包含多个门极可关断晶闸管时，每个门极可关断晶闸管体20内所有的门极可关断晶闸管相互串接，即当含有多个门极可关断晶闸管时，一门极可关断晶闸管的阳极端与另一相邻门极可关断晶闸管的阴极端连接。门极可关断晶闸管体20内门极可关断晶闸管为多个时，则能提高功率模块的耐压能力。图1中，第一功率串34内的门极可关断晶闸管体20从上至下分别等效于门极可关断晶闸管S1、门极可关断晶闸管体S2、门极可关断晶闸管体S3以及门极可关断晶闸管S4，其中，门极可关断晶闸管S1的阴极端与门极可关断晶闸管S2的阳极端连接，门极可关断晶闸管S2的阴极端与门极可关断晶闸管S3的阳极端连接，门极可关断晶闸管S3的阴极端与门极可关断晶闸管S4的阳极端连接，具体实施时，第一功率串34内四组门极可关断晶闸管体20之间的连接状态，与门极可关断晶闸管S1~门极可关断晶闸管S4之间的连接状态相一致。具体实施时，门极可关断晶闸管体20可以直接采用现有的压接式门极可关断晶闸管配合驱动电路组成，不需要采用特制封装的门极可关断晶闸管，这种设计降低了对主开关器件的设计要求，提高了模块的通用性。

第二功率串35内包含四组反并联续流二极管5，四组反并联续流二极管5可以分别等效为图1中的反并联续流二极管D5、反并联续流二极管D6、反并联续流二极管D7以及反并联续流二极管D8，其中，反并联续流二极管D5的阳极端与门极可关断晶闸管S1的阴极端连接，反并联续流二极管D5的阴极端与门极可关断晶闸管S1的阳极端连接，反并联续流二极管D6的阳极端与门极可关断晶闸管S2的阴极端连接，反并联续流二极管D6的阴极端与门极可关断晶闸管S2的阳极端连接，反并联续流二极管D7的阳极端与门极可关断晶闸管S3的阴极端连接，反并联续流二极管D7的阴极端与门极可关断晶闸管S3的阳极端连接，反并联续流二极管D8的阳极端与门极可关断晶闸管S4的阴极端连接，反并联续流二极管D8的阴极端与门极可关断晶闸管S4的阳极端连接。具体实施时，第二功率串35内四组反并联续流二极管5与第一功率串34内门极可关断晶闸管体20间的连接状态，与图1中等效电路的连接状态相一致。

第三功率串36内上吸收二极管27可以等效于图1中的吸收二极管D1，下吸收二极管30可等效为图1中的吸收二极管S2，上箝位二极管28可等效为图1中的中点箝位二极管D3，下箝位二极管29可等效为图1中的中点箝位二极管D4，吸收二极管D1的阳极端与门极可关断晶闸管S1的阳极端连接，吸收二极管D2的阴极端与门极可关断晶闸管S4的阴极端连接，中点箝位二极管D3的阴极端与门极可关断晶闸管S2的阳极端、门极可关断晶闸管S1的阴极端连接，中点箝位二极管D4的阳极端与门极可关断晶闸管S4的阳极端、门极可关断晶闸管S3的阴极端连接，中点箝位二极管D4的阴极端与中点箝位二极管D3的阳极端连接，且中点箝位二极管D4的阴极端通过上吸收电容体与吸收二极管D1的阴极端连接，中点箝位二极管D4的阴极端通过下吸收电容体与吸收二极管D2的阳极端连接。上吸收电容体可以为吸收电容C1与吸收电容C2并联后的等效电容，下吸收电容体可以为吸收电容C3与吸收电容C4并联后的等效电容。具体实施时，第三功率串36与第一功率串34、第二功率串35之间的电连接状态，与图1中等效电路原理图的连接状态一致。

进一步地，所述金属架体包括下导电支撑板1以及位于所述下导电支撑板1正上方的上导电盖板8，下导电支撑板1与上导电盖板8间设有用于支撑所述上导电盖板8的导电支撑杆7，所述导电支撑杆7的两端分别与下导电支撑板1以及上导电盖板8连接，且在所述导电支撑杆7上套有绝缘套管6。

本实用新型实施例中，下导电支撑板1、上导电盖板8可以采用铝合金板，上导电盖板8通过三根导电支撑杆7支撑在下导电支撑板1上，上导电支撑板1与上导电盖板8可以通过导电支撑杆7保持等电位的连接状态。

所述第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36分别支撑在金属框架底端相应的下绝缘支撑块2上，第一功率串34的上端、第二功率串35的上端、第三功率串35的上端分别通过相应的上绝缘连接块22与金属框架内的顶端连接，压装紧固体9穿过金属框架后与上绝缘连接块22连接，以分别将第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36压装紧固在金属框架内。

在具体实施时，由于下导电支撑板1、上导电盖板8均由导体制成，为了达到第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36与金属架体间的电绝缘状态，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36各自通过相应的下绝缘支撑块2支撑在下导电支撑板1上，而第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36的上端通过上绝缘连接块22与上导电盖板8的下表面连接。压装紧固体9可以采用紧固螺钉等形式，只要能将第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36压装紧固在金属框架内即可，压装紧固体9的具体实施形式此处不再赘述。

在所述第一功率串34内还包括若干用于对每个门极可关断晶闸管体20分别进行散热的晶闸管散热器4，在第二功率串35内还包括用于对每个反并联续流二极管5分别进行散热的第一二极管散热器25，第三功率串36内还包括用于对上吸收二极管27、上箝位二极管28、下箝位二极管29以及下吸收二极管30分别进行散热的第二二极管散热器26；

所述晶闸管散热器4、第一二极管散热器25以及第二二极管散热器26均与金属框架内的水循环散热机构连接。

本实用新型实施例中，第一功率串34内晶闸管散热器4的数量至少与门极可关断晶闸管体20的数量相一致，第二功率串35内第一二极管散热器25的数量也至少与反并联续流二极管5的数量相一致，第三功率串36内第二二极管散热器26的数量也至少是一个，在具体实施时，晶闸管散热器4、第一二极管散热器25以及第二二极管散热器26采用相同类型且壳体能导电的散热器，且晶闸管散热器4、第一二极管散热器25、第二二极管散热器26的数量均为五个。

所述水循环散热机构包括主进水管3以及主出水管21，所述主进水管3、主出水管21分别位于金属框架内的两侧；主进水管3通过主进分水管道24分别与晶闸管散热器4的进水端、第一二极管散热器25的进水端以及第二二极管散热器26的进水端连接，晶闸管散热器4的出水端、第一二极管散热器25的出水端以及第二二极管散热器26的出水端通过相应的主出分水管道10与主出水管21连接。

本实用新型实施例中，主进水管3、主出水管21垂直于导电支撑杆7的方向，主出水管21邻近设置第三功率串36的一侧。在主进水管3上设置两呈平行分布的主进水第一支管23以及主进水第二支管37，主进水第一支管23、主进水第二支管3与主进水管3相连通，主进水第一支管23、主进水第二支管37还与导电支撑杆7相互平行。同样，在主出水管21上设有两呈平行分布的主出水第一支管33以及主出水第二支管38，主出水第一支管33、主出水第二支管38与导电支撑杆7相平行。在主进水第一支管34、主进水第二支管37上分别设有主进分水管道24，通过主进分水管道24分别与上述晶闸管散热器4、第一二极管散热器25、第二二极管散热器26对应的进水端连接。在主出水第一支管33、主出水第二支管38上分别设有主出分水管道10，通过主出分水管道10分别与晶闸管散热器4、第一二极管散热器25、第二二极管散热器26对应的出水端连接。由主进水管3进入，再由主出水管21排出的离子水在在所有的晶闸管散热器4、第一二极管散热器25以及第二二极管散热器26内循环，以实现对第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36的散热。

如图5和图6所示，在所述金属框架内设置用于支撑并使得第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36进行所需电连接的连接母排，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36在金属框架内呈品字型；所述连接母排包括在金属框架内从上至下依次设置的P相母排11、上IGTO支路母排12、O相母排13、下IGTO支路母排14以及N相母排15。

本实用新型实施例中，所述P相母排11、上IGTO支路母排12、下IGTO支路母排14以及N相母排15均呈U型。第二功率串35、第三功率串36分别位于第一功率串34的两侧。N相母排15位于连接母排的最下方，N相母排11通过下方的三个下绝缘支撑块2支撑在下导电支撑板1上。下IGTO支路母排14、O相母排13、上IGTO支路母排12以及P相母排11依次位于N相母排15的上方，且均与N相母排15呈相互平行的分布状态。在具体实施时，第一功率串34、第二功率串35、第三功率串36只通过连接母排、晶闸管散热器4、第一二极管散热器25以及第三二极管散热器26进行相互电连接，P相母排11、上IGTO支路母排12、O相母排13、下IGTO支路母排14以及N相母排15可以采用铜排，提高功率模块的过流能力。在具体使用时，本实用新型的功率模块通过连接母排与外部电连接。

所述第一功率串34内四组门极可关断晶闸管体20从上至下依次为第一门极可关断晶闸管体、第二门极可关断晶闸管体、第三门极可关断晶闸管体以及第四门极可关断晶闸管体，其中，第一门极可关断晶闸管体位于P相母排11与上IGTO支路母排12间，且第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与P相母排11电连接，第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与上IGTO支路母排12电连接；

第二门极可关断晶闸管体位于上IGTO支路母排12与O相母排13间，且第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与上IGTO支路母排12电连接，第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与O相母排13电连接；

第三门极可关断晶闸管体位于O相母排13与下IGTO支路母排14间，且第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与O相母排13电连接，第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与下IGTO支路母排14电连接；

第四门极可关断晶闸管体位于下IGTO支路母排14与N相母排15间，且第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与下IGTO支路母排14电连接，第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与N相母排15电连接。

本实用新型实施例中，第一门极可关断晶闸管体可以等效为图1中的门极可关断晶闸管S1、第二门极可关断晶闸管体可以等效为图1中的门极可关断晶闸管S2，第三门极可关断晶闸管体可以等效为图1中的门极可关断晶闸管体S3，第四门极可关断晶闸管体可以等效为图1中的门极可关断晶闸管体S4。

第一门极可关断晶闸管体位于P相母排11与上IGTO支路母排12间，且第一门极可关断晶闸管体的阳极端通过位于所述第一门极可关断晶闸管体上的晶闸管体散热器4与P相母排11电连接，第一门极可关断晶闸管体的阴极端通过位于所述第一门极可关断晶闸管体下的晶闸管散热器4与上IGTO支路母排12电连接，即通过两晶闸管散热器4既能实现对第一门极可关断晶闸管体的有效散热，又能实现与P相母排11、上IGTO支路母排12的电连接。

第二门极可关断晶闸管体位于上IGTO支路母排12与O相母排13间，第二门极可关断晶闸管体的阳极端直接与上IGTO支路母排12电连接，第二门极可关断晶闸管体的阴极端通过位于所述第二门极可关断晶闸管体下方的晶闸管散热器4与O相母排13电连接。

第三门极可关断晶闸管体位于O相母排13与下IGTO支路母排14间，第三门极可关断晶闸管体的阳极端直接与O相母排13电连接，第三门极可关断晶闸管的阴极端通过位于所述第三门极可关断晶闸管体下方的晶闸管散热器4与下IGTO支路母排14电连接。

第四门极可关断晶闸管体位于下IGTO支路母排14与N相母排15间，第四门极可关断晶闸管体的阳极端直接与下IGTO支路母排14电连接，第四门极可关断晶闸管体的阴极端通过位于所述第四门极可关断晶闸管体下方的晶闸管散热器4与N相母排15连接。N相母排15支撑在下绝缘支撑块2上，上绝缘连接块22位于P相母排11上，通过上述连接后，实现第一功率串34内四组门极可关断晶闸管体20的连接。

进一步地，所述第二功率串35内的反并联续流二极管5位于连接母排间，并通过连接母排与第一功率串34内的门极可关断晶闸管体20对应连接，其中，位于P相母排11与上IGTO支路母排12之间反并联续流二极管5的阴极端与P相母排11电连接，位于P相母排11与上IGTO支路母排12之间的反并联续流二极管5的阳极端与上IGTO支路母排12电连接；

位于上IGTO支路母排12与O相母排13之间反并联续流二极管5的阴极端与上IGTO支路母排12电连接，位于上IGTO支路母排12与O相母排13之间的反并联续流二极管5的阳极端与O相母排13电连接；

位于O相母排13与下IGTO支路母排14之间反并联续流二极管5的阴极端与O相母排13电连接，位于O相母排13与下IGTO支路母排14之间的反并联续流二极管5的阳极端与下IGTO支路母排14电连接；

位于下IGTO支路母排14与N相母排15之间反并联续流二极管5的阴极端与上IGTO支路母排14电连接，位于下IGTO支路母排14与N相母排15之间反并联续流二极管5的阳极端与N相母排15电连接。

本实用新型实施例中，位于P相母排11与上IGTO支路母排12之间的反并联续流二极管5分别通过第一二极管散热器25与P相母排11、IGTO支路母排12电连接，其中，所述反并联续流二极管5的阳极端通过第一二极管散热器25与IGTO支路母排12电连接，其阴极端通过第一二极管散热器25与P相母排11电连接。

位于上IGTO支路母排12与O相母排13之间的反并联续流二极管5的阴极端直接与上IGTO支路母排12电连接，所述反并联续流二极管5的阳极端通过位于其下方第一二极管散热器25与O相母排13电连接。

位于O相母排13与下IGTO支路母排14之间的反并联续流二极管5的阴极端直接与O相母排13电连接，所述反并联续流二极管5的阳极端通过位于其下方的第一二极管散热器25与下IGTO支路母排14电连接。

位于下IGTO支路母排14与N相母排15之间的反并联续流二极管5的阴极端直接与下IGTO支路母排14电连接，所述反并联续流二极管5的阳极端通过位于其下方的第一二极管散热器25与N相母排15电连接。通过上述连接后，能实现反并联续流二极管5与门极可关断晶闸管体20之间的连接，且通过第一二极管散热器25能实现对相应反并联续流二极管5的散热作用。

第三功率串36内的上吸收二极管27位于P相母排11与上IGTO支路母排12间，且上吸收二极管27的阳极端与P相母排11电连接，上吸收二极管27的阴极端通过上吸收电容母排16与上吸收电容体的上端电连接，上吸收电容体的下端通过中吸收电容母排17与下吸收电容体的上端、上箝位二极管28的阳极端电连接，上箝位二极管28的阴极端与上IGTO支路母排12电连接，下箝位二极管29位于所述上箝位二极管28的正下方，下箝位二极管28的阳极端与下IGTO支路母排14电连接，下箝位二极管28的阴极端与上箝位二极管28的阳极端电连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管30的阳极端连接，下吸收二极管30位于下IGTO支路母排14与N相母排15间，下吸收二极管30的阴极端与N相母排15电连接。

本实用新型实施例中，上吸收二极管27等效为图1中的吸收二极管D1，上吸收二极管27位于P相母排11与上IGTO支路母排12间，上吸收二极管27的阳极端通过第二二极管散热器26与P相母排11电连接，上吸收二极管27的阴极端通过绝缘块与上IGTO支路母排12之间连接，以实现将上吸收二极管27安装在P相母排11与上IGTO支路母排12间。上吸收二极管27的阴极端通过上吸收电容母排16与上吸收电容体的上端电连接，上吸收电容母排16上设有折弯19，以便使得上吸收电容体、下吸收电容体位于P相母排11的外侧。

在形成第三功率串36的连接区域，上IGTO支路母排12与下IGTO支路母排14间未有O相母排13，即O相母排13为非完整的U型，O相母排13缺少的部分，便于位于外侧的上吸收电容体、下吸收电容体的安装连接。在上IGTO支路母排12下方设有上箝位二极管28，所述上箝位二极管28可等效为图1中的中点箝位二极管D3，上箝位二极管28的阴极端通过第二二极管散热器26与上IGTO支路母排12电连接，上箝位二极管28的阳极端直接与中吸收电容母排17电连接，上吸收电容母排16与中吸收电容母排17之间的上吸收电容体包括第一上吸收电容31以及第二上吸收电容32，第一上吸收电容31与第二上吸收电容32相并联，第一上吸收电容31、第二上吸收电容32可以分别等效为图1中的吸收电容C1以及吸收电容C2。

在中吸收电容母排17的下方设有下箝位二极管29，所述下箝位二极管29可等效为图1中的中点箝位二极管D4，下箝位二极管29的阴极端通过所述下箝位二极管29上方的第二二极管散热器26与中吸收电容母排17电连接，下箝位二极管29的阳极端直接与所述下箝位二极管29下方的下IGTO支路母排14电连接。

下吸收二极管29位于下IGTO支路母排14与N相母排15之间，下吸收二极管29可等效图1中的吸收二极管D2，下吸收二极管D2的阴极端通过位于所述下吸收二极管D2下方的第二二极管散热器26与N相母排15电连接，下吸收二极管D2的阳极端与下吸收电容母排18电连接，下吸收电容母排18与中吸收电容母排17之间设置下吸收电容体，下吸收电容体包括第一下吸收电容32以及第二下吸收电容40，第一下吸收电容32与第二下吸收电容40并联，第一下吸收电容32、第二下吸收电容40分别等效为图1中的吸收电容C3以及吸收电容C4。此外，下吸收二极管29阳极端的上方还设有第二二极管散热器26，下吸收二极管29的阳极端上方的第二二极管散热器26通过绝缘块与下IGTO支路母排14绝缘。

本实用新型在金属框架内设置第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36，第一功率串34、第二功率串35以及第三功率串36间通过连接母排进行相互电连接，第一功率串34通过晶闸管散热器4进行散热，第二功率串35通过第一二极管散热器25进行散热，第三功率串36通过第二二极管散热器26进行散热，从而使得形成的功率模块具有场控型关断的能力，功率模块结合了晶体管和晶闸管的优点，具有高电压、大电流、低损耗、开关频率高等特点，降低了杂散电感，适应范围广，结构紧凑，安全可靠。

Claims (10)

1.一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：包括金属架体，在所述金属架体内设有与所述金属架体绝缘隔离的第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36），且第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36）通过金属架体顶部的压装紧固体（9）与所述金属架体紧固连接；

所述第一功率串（34）内包括四组上下依次分布的门极可关断晶闸管体（20），每一门极可关断晶闸管体（20）内包含至少一个门极可关断晶闸管，且在所述第一功率串（34）内，位于上方门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阴极端与相邻下方门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阳极端连接；

第二功率串（35）内包括四组反并联续流二极管（5），所述第二功率串（35）内的反并联续流二极管（5）分别与相应的门极可关断晶闸管体（20）相并联，且反并联续流二极管（5）的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阴极端连接，反并联续流二极管（5）的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阴极端连接；

第三功率串（36）包括上吸收二极管（27）、上箝位二极管（28）、下箝位二极管（29）、上吸收电容体、下吸收电容体以及下吸收二极管（30）；上吸收二极管（27）的阳极端与第一功率串（34）内位于最上方门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阳极端连接，上吸收二极管（27）的阴极端与上吸收电容体的上端连接，上吸收电容体的下端与下吸收电容体的上端、上箝位二极管（28）的阳极端、下箝位二极管（29）的阴极端连接，下箝位二极管（29）的阳极端与第一功率串（34）内位于最下方门极可关断晶闸管体（20）的阳极端连接，上箝位二极管（28）的阴极端与第一功率串（34）内紧邻最上方门极可关断晶闸管体（20）的门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管体的阳极端连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管（30）的阳极端连接，下吸收二极管（30）的阴极端与第一功率串（34）内位于最下方门极可关断晶闸管体（20）内门极可关断晶闸管的阴极端连接。

2.根据权利要求1所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述金属架体包括下导电支撑板（1）以及位于所述下导电支撑板（1）正上方的上导电盖板（8），下导电支撑板（1）与上导电盖板（8）间设有用于支撑所述上导电盖板（8）的导电支撑杆（7），所述导电支撑杆（7）的两端分别与下导电支撑板（1）以及上导电盖板（8）连接，且在所述导电支撑杆（7）上套有绝缘套管（6）。

3.根据权利要求1所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36）分别支撑在金属框架底端相应的下绝缘支撑块（2）上，第一功率串（34）的上端、第二功率串（35）的上端、第三功率串（35）的上端分别通过相应的上绝缘连接块（22）与金属框架内的顶端连接，压装紧固体（9）穿过金属框架后与上绝缘连接块（22）连接，以分别将第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36）压装紧固在金属框架内。

4.根据权利要求1所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：在所述第一功率串（34）内还包括若干用于对每个门极可关断晶闸管体（20）分别进行散热的晶闸管散热器（4），在第二功率串（35）内还包括用于对每个反并联续流二极管（5）分别进行散热的第一二极管散热器（25），第三功率串（36）内还包括用于对上吸收二极管（27）、上箝位二极管（28）、下箝位二极管（29）以及下吸收二极管（30）分别进行散热的第二二极管散热器（26）；

所述晶闸管散热器（4）、第一二极管散热器（25）以及第二二极管散热器（26）均与金属框架内的水循环散热机构连接。

5.根据权利要求4所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述水循环散热机构包括主进水管（3）以及主出水管（21），所述主进水管（3）、主出水管（21）分别位于金属框架内的两侧；主进水管（3）通过主进分水管道（24）分别与晶闸管散热器（4）的进水端、第一二极管散热器（25）的进水端以及第二二极管散热器（26）的进水端连接，晶闸管散热器（4）的出水端、第一二极管散热器（25）的出水端以及第二二极管散热器（26）的出水端通过相应的主出分水管道（10）与主出水管（21）连接。

6.根据权利要求1所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：在所述金属框架内设置用于支撑并使得第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36）进行所需电连接的连接母排，第一功率串（34）、第二功率串（35）以及第三功率串（36）在金属框架内呈品字型；所述连接母排包括在金属框架内从上至下依次设置的P相母排（11）、上IGTO支路母排（12）、O相母排（13）、下IGTO支路母排（14）以及N相母排（11）。

7.根据权利要求6所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述第一功率串（34）内四组门极可关断晶闸管体（20）从上至下依次为第一门极可关断晶闸管体、第二门极可关断晶闸管体、第三门极可关断晶闸管体以及第四门极可关断晶闸管体，其中，第一门极可关断晶闸管体位于P相母排（11）与上IGTO支路母排（12）间，且第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与P相母排（11）电连接，第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与上IGTO支路母排（12）电连接；

第二门极可关断晶闸管体位于上IGTO支路母排（12）与O相母排（13）间，且第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与上IGTO支路母排（12）电连接，第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与O相母排（13）电连接；

第三门极可关断晶闸管体位于O相母排（13）与下IGTO支路母排（14）间，且第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与O相母排（13）电连接，第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与下IGTO支路母排（14）电连接；

第四门极可关断晶闸管体位于下IGTO支路母排（14）与N相母排（15）间，且第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与下IGTO支路母排（14）电连接，第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与N相母排（15）电连接。

8.根据权利要求7所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述第二功率串（35）内的反并联续流二极管（5）位于连接母排间，并通过连接母排与第一功率串（34）内的门极可关断晶闸管体（20）对应连接，其中，位于P相母排（11）与上IGTO支路母排（12）之间反并联续流二极管（5）的阴极端与P相母排（11）电连接，位于P相母排（11）与上IGTO支路母排（12）之间的反并联续流二极管（5）的阳极端与上IGTO支路母排（12）电连接；

位于上IGTO支路母排（12）与O相母排（13）之间反并联续流二极管（5）的阴极端与上IGTO支路母排（12）电连接，位于上IGTO支路母排（12）与O相母排（13）之间的反并联续流二极管（5）的阳极端与O相母排（13）电连接；

位于O相母排（13）与下IGTO支路母排（14）之间反并联续流二极管（5）的阴极端与O相母排（13）电连接，位于O相母排（13）与下IGTO支路母排（14）之间的反并联续流二极管（5）的阳极端与下IGTO支路母排（14）电连接；

位于下IGTO支路母排（14）与N相母排（15）之间反并联续流二极管（5）的阴极端与上IGTO支路母排（14）电连接，位于下IGTO支路母排（14）与N相母排（15）之间反并联续流二极管（5）的阳极端与N相母排（15）电连接。

9.根据权利要求7所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：第三功率串（36）内的上吸收二极管（27）位于P相母排（11）与上IGTO支路母排（12）间，且上吸收二极管（27）的阳极端与P相母排（11）电连接，上吸收二极管（27）的阴极端通过上吸收电容母排（16）与上吸收电容体的上端电连接，上吸收电容体的下端通过中吸收电容母排（17）与下吸收电容体的上端、上箝位二极管（28）的阳极端电连接，上箝位二极管（28）的阴极端与上IGTO支路母排（12）电连接，下箝位二极管（29）位于所述上箝位二极管（28）的正下方，下箝位二极管（28）的阳极端与下IGTO支路母排（14）电连接，下箝位二极管（28）的阴极端与上箝位二极管（28）的阳极端电连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管（30）的阳极端连接，下吸收二极管（30）位于下IGTO支路母排（14）与N相母排（15）间，下吸收二极管（30）的阴极端与N相母排（15）电连接。

10.根据权利要求6所述的集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其特征是：所述P相母排（11）、上IGTO支路母排（12）、下IGTO支路母排（14）以及N相母排（15）均呈U型。