CN205911941U - 一种新型的使用热管散热器散热的压接式igbt两电平功率单元 - Google Patents

一种新型的使用热管散热器散热的压接式igbt两电平功率单元 Download PDF

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李卓智
吴企尧
张朝山
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Abstract

本实用新型涉及一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元。该功率单元包含两个大功率压接式IGBT器件；在两个IGBT器件中间及两侧安装有三个热管散热系统，可以对压接式IGBT器件进行散热；在热管器外侧分别安装有绝缘压板及碟型弹簧压紧装置；整个功率单元用上下压板进行固定安装；上压板与上绝缘压块之间采用中心顶压的压紧方式，保证压在IGBT器件压接面上的压力可以均匀分布。本实用新型可用作为柔性直流输电换流阀，静止无功补偿功率单元，风力发电、太阳能发电变流器，中高压变频器等工业领域的可控整流及逆变单元核心部件使用。

Description

一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率 单元
技术领域
本实用新型是工业领域的可控整流及逆变单元的核心部件，具体涉及一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元。
背景技术
在风力发电、太阳能发电变流器，中高压变频器等工业领域中，IGBT可控整流及逆变单元在其中起着重要的作用。
随着人类社会生产力的发展，由于煤、石油、天然气为主的不可再生能源开始渐渐枯竭。因此，可太阳能，风能，水能等清洁能源的使用越来越受到各个国家的重视。为了增加清洁能源的传输效率，柔性直流输电将会逐步替代高压交流输电和普通的高压直流输电系统；在电能的使用方面，为了提高电能的使用效率，中高压变频器会在工业领域中起到不可替代的作用。
目前在市场上的变流器或变频器产品中，模块化的IGBT占据着主导地位。但是随着变流器和逆变器功率等级的提高，模块化的IGBT已经不能满足现有市场的需求。由于模块化的IGBT为单面散热，使得模块化的IGBT功率密度等级很低，最终会让使用模块化的IGBT的变流器或变频器体积过大。
压接式IGBT器件采用双面散热的结构，可以大大提高IGBT器件芯片单位面积下的功率密度。与传统的模块化的IGBT器件相比，在相同功率等级下，可大大减小IGBT组成的变流器或变频器的体积。但是对于压接式IGBT器件而言，由于其功率密度大，对散热性能要求非常高，必须采用合适的散热方案。传统的压接式IGBT散热采用水冷板进行双面散热，虽然可以减小系统体积，但是由于水冷散热器成本过高，而且还增加了系统的复杂性；因此需要另外一种成本比较低、结构简单、可靠的新型散热器，来替代昂贵复杂的水冷散热系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，以克服现有压接式IGBT功率单元采用水冷散热系统复杂、成本过高、故障率高的缺陷。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，包括由第一IGBT、第二IGBT和热管散热系统，热管散热系统由一热管散热器、第二热管散热器和第三热管散热器组成，其特征在于：
所述第一IGBT上方安装有第一热管散热器，在第一IGBT和第二IGBT之间安装有第二热管散热器，在第二IGBT下方安装有第三热管散热器；
所述第一热管散热器上部设置上绝缘块，上绝缘块通过上压块与中心顶压装置相连接，中心顶压装置顶部连接上压板，上压板设置安装孔，锁紧组件通过安装孔固定上压板；
所述第三热管散热器的下部设置下绝缘块，下绝缘块连接下压块，下压块连接碟形弹簧导柱，碟形弹簧导柱通过碟形弹簧连接下压板。
进一步地，所述锁紧组件下方连接螺栓，螺栓固定绝缘套管，绝缘套管用来隔离IGBT器件与热管散热器和外界的绝缘作用。
进一步地，所述上绝缘块设置多个螺旋沟槽，可以增大电流的爬电距离。
进一步地，所述下绝缘块设置多个螺旋沟槽，可以增大电流的爬电距离。
进一步地，所述的中心顶压装置由中心顶压螺杆和螺帽组成，其主要功能是保证压接力能够均匀分布到IGBT器件压接面上，满足IGBT器件要求的均匀压接效果；另外螺杆和螺帽也可以对压接面的高度进行微调。
进一步地，所述的第一IGBT和第二IGBT为压接式IGBT器件，压接式IGBT器件区别于传统的模块式IGBT器件的主要特征在于，压接式IGBT器件为双面导电结构，IGBT器件的两端面分别为集电极和发射极，且兼具导电及散热功能；压接式IGBT器件对散热器的平面度要求极高，对压接力也有很高的要求。
更进一步地，所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英吋的圆面。
有益效果：
本实用新型通过上压板和下压板将压力存储在碟型弹簧中，碟型弹簧受压变形后存储的能量将持续的对组件产生反作用力，可以保证压接式IGBT器件的压接力的要求，保证了压接式IGBT器件具有良好的压接平整度。本实用新型采用热管散热器替代传统的水冷散热器，既保证了压接式IGBT的散热要求，又降低了系统的经济成本和减小了系统的故障率。
附图说明
图1为本实用新型的立体图的结构图；
图2为本实用新型的正视图的结构图；
图3为本实用新型的剖面图的结构图。
结合图1～图3所示，具体附图标记如下：
1、热管散热系统；2、上压板；3、锁紧组件；4、绝缘套管；5、第一IGBT；6、第二IGBT；7、下压板；8、中心顶压装置；9、上压块；10、上绝缘块；11、第一热管散热器；12、第二热管散热器；13、第三热管散热器；14、下压块；15、碟型弹簧导柱；16、碟型弹簧；17、下绝缘块。
具体实施方式
结合图1～图3所示，本实用新型的具体实施方式为：
一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，包括由第一IGBT5、第二IGBT6和热管散热系统1，热管散热系统1由一热管散热器11、第二热管散热器12和第三热管散热器13组成，其特征在于：
所述第一IGBT5上方安装有第一热管散热器11，在第一IGBT5和第二IGBT6之间安装有第二热管散热器12，在第二IGBT6下方安装有第三热管散热器13；
所述第一热管散热器11上部设置上绝缘块10，上绝缘块10通过上压块9与中心顶压装置8相连接，中心顶压装置8顶部连接上压板2，上压板2设置安装孔，锁紧组件3通过安装孔固定上压板2；
所述第三热管散热器13的下部设置下绝缘块17，下绝缘块17连接下压块14，下压块14连接碟形弹簧导柱15，碟形弹簧导柱15通过碟形弹簧16连接下压板7。
进一步地，所述锁紧组件3下方连接螺栓，螺栓固定绝缘套管4，绝缘套管4用来隔离IGBT器件与热管散热器和外界的绝缘作用。
进一步地，所述上绝缘块10设置多个螺旋沟槽，可以增大电流的爬电距离。
进一步地，所述下绝缘块17设置多个螺旋沟槽，可以增大电流 的爬电距离。
进一步地，所述的中心顶压装置8由中心顶压螺杆和螺帽组成，其主要功能是保证压接力能够均匀分布到IGBT器件压接面上，满足IGBT器件要求的均匀压接效果；另外螺杆和螺帽也可以对压接面的高度进行微调。
进一步地，所述的第一IGBT5和第二IGBT6为压接式IGBT器件，压接式IGBT器件区别于传统的模块式IGBT器件的主要特征在于，压接式IGBT器件为双面导电结构，IGBT器件的两端面分别为集电极和发射极，且兼具导电及散热功能；压接式IGBT器件对散热器的平面度要求极高，对压接力也有很高的要求。
更进一步地，所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英吋的圆面。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，包括由第一IGBT(5)、第二IGBT(6)和热管散热系统(1)，热管散热系统(1)由一热管散热器(11)、第二热管散热器(12)和第三热管散热器(13)组成，其特征在于：
所述第一IGBT(5)上方安装有第一热管散热器(11)，在第一IGBT(5)和第二IGBT(6)之间安装有第二热管散热器(12)，在第二IGBT(6)下方安装有第三热管散热器(13)；
所述第一热管散热器(11)上部设置上绝缘块(10)，上绝缘块(10)通过上压块(9)与中心顶压装置(8)相连接，中心顶压装置(8)顶部连接上压板(2)，上压板(2)设置安装孔，锁紧组件(3)通过安装孔固定上压板(2)；
所述第三热管散热器(13)的下部设置下绝缘块(17)，下绝缘块(17)连接下压块(14)，下压块(14)连接碟形弹簧导柱(15)，碟形弹簧导柱(15)通过碟形弹簧(16)连接下压板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述锁紧组件(3)下方连接螺栓，螺栓固定绝缘套管(4)。
3.根据权利要求1所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述上绝缘块(10)设置多个螺旋沟槽。
4.根据权利要求1所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述下绝缘块(17)设置多个螺旋沟槽。
5.根据权利要求1所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述的中心顶压装置(8)由中心顶压螺杆和螺帽组成，螺杆和螺帽也可以对压接面的高度进行微调。
6.根据权利要求1所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述的第一IGBT(5)和第二IGBT(6)为压接式IGBT器件，压接式IGBT器件为双面导电结构，IGBT器件的两端面分别为集电极和发射极，且兼具导电及散热功能。
7.根据权利要求6所述的一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于：所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英吋的圆面。
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