CN206023592U - 一种新型的使用热管散热器散热的压接式igbt三电平功率单元 - Google Patents
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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三电平功率单元，包括含四个压接式IGBT器件和两个压接式钳位二极管，电路结构为NPC1型三电平拓扑；在每个IGBT器件下方均安装有专用热管散热器，热管散热器可以在IGBT工作时对整个功率单元进行散热；本功率单元上压板的下方安装有中心顶压装置，可以使压力均匀分布到每个IGBT器件的压接面上；在功率单元的下压板的上方安装有碟型弹簧，它可以对压接后的压力进行长期保持。该发明可用作为风力发电、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
技术领域
该实用新型可用做工业领域的可控整流及逆变单元核心部件使用，具体涉及一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT三电平功率单元。
背景技术
在柔性直流输电换流阀，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功率逆变及整流单元在其中起着重要的作用。
随着人类社会生产力的发展，可再生能源越来越受到各个国家的重视，清洁能源已经成为了全世界未来发展的方向。为了提高能源的利用效率，柔性直流输电以及中高压变频器在工业领域中的应用将会越来越广泛。现阶段在太阳能和风能发电为主的变流器，柔性直流输电系统中的换流阀，到用户端的变频器，其核心的IGBT变流装置仍然以两电平功率单元为主。
为了进一步的提高电力利用效率，1980年日本长冈科技大学的南波江章(A.Nabae)等人提出了二极管中点钳位型(neutral-point-clamped，NPC)三电平电路结构。与传统IGBT两电平结构相比，二极管中点钳位型三电平结构具有如下优点：1)在相同的母线电压情况下，开关器件的耐压等级可以减小一半；2)在相同开关频率下，输出的电压和电流波形的谐波含量可以降低50％；3)在IGBT器件导通和关断过程中，每只IGBT器件只承担一半的直流侧电压，因此器件的开关损耗比较低。
现阶段虽然IGBT两电平功率模块仍然为主流产品，IGBT三电平功率模块也已经有了广泛的应用。但随着电力电子技术的发展，模块式IGBT器件的功率密度已经不能满足现有市场的需求，压接式IGBT将会成为市场的主流产品。传统的压接式IGBT散热采用水冷板进行双面散热，虽然可以提高系统的散热效率及减小系统体积，但是由于水冷散热器成本太高，而且必须配备去离子水冷却装置，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三电平功率单元，以克服现有IGBT三电平功率单元采用水冷散热系统成本过高，系统复杂的技术缺陷。
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三电平功率单元，包括NPC1型三电平拓扑电路结构，NPC1型三电平拓扑电路结构包括四支压接式IGBT器件、两支压接式钳位二极管和热管散热系统，四支压接式IGBT器件包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，两支压接式钳位二极管包括第一二极管和第二二极管，其特征在于：
所述热管散热系统由第一热管散热器、第二热管散热器、第三热管散热器、第四热管散热器、第五热管散热器、第六热管散热器、第七热管散热器、第八热管散热器和第九热管散热器组成热管式风冷散热系统，它们既作为风冷散热器使用，也作为导电母排使用。热管式风冷散热系统替代了传统的水冷散热系统，既降低了系统成本，又提高了系统的可靠性；
所述第一IGBT上方安装有第一热管散热器，下方安装有第二热管散热器，第一热管散热器上方依次安装有上压板、中心顶压装置、上压块和上绝缘块；所述第二IGBT上方安装有第二热管散热器，下方安装有第三热管散热器；所述第三IGBT上方安装有第七热管散热器，下方安装有第八热管散热器；所述第四IGBT上方安装有第八热管散热器，下方安装有第九热管散热器；第九热管散热器下方依次安装有下绝缘块、下压块、碟型弹簧、碟型弹簧导柱和下压板；第二IGBT的发射极和第三IGBT的集电极跨接第一导电排，第二导电排跨接在第一二极管的阴极和第一IGBT的发射极和第二IGBT的集电极之间；第三导电排跨接在第二二极管的阳极和第三IGBT的发射极和第四IGBT的集电极之间；连接上压板和下压板通过锁紧组件进行连接，通过碟型弹簧将压力保持在IGBT器件需要的范围之内；绝缘套管套在锁紧组件的4根螺栓固定绝缘套管，用来进行电气绝缘隔离；
所述第一二极管上方安装有第四热管散热器，下方安装有第五热管散热器；第二二极管上方安装有第五热管散热器，下方安装有第六热管散热器；第六热管散热器和第七热管散热器之间安装有下过渡绝缘块；第三热管散热器和第四热管散热器之间安装有上过渡绝缘块；
进一步地，所述第一导电排、第二导电排和第三导电排将压接式IGBT器件和二极管按照NPC1型三电平拓扑的形式连接在一起，形成了具有完整电气特性的二极管中点钳位型三电平电路结构。
进一步地，所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英寸的圆面。
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为本实用新型的电路拓扑图；
图2为本实用新型的电气结构图；
图3为本实用新型的主视图；
图4为本实用新型的正视图；
图5为本实用新型的剖面图。
如图1～图5所述，本实用新型的具体附图标记如下：
1、第三导电排；2、第一导电排；3、第二导电排；4、上压板；5、锁紧组件；6、绝缘套管；7、第一IGBT；8、第二IGBT；9、第一二极管；10、第二二极管；11、第三IGBT；12、第四IGBT；13、下压板；14、中心顶压装置；15、上压块；16、上绝缘块；17、第一热管散热器；18、第二热管散热器；19、第三热管散热器；20、上过渡绝缘块；21、第四热管散热器；22、第五热管散热器；23、第六热管散热器；24、下过渡绝缘块；25、第七热管散热器；26、第八热管散热器；27、第九热管散热器；28、下绝缘块；29、碟型弹簧；30、碟型弹簧导柱；31、下压块。
具体实施方式
一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT三电平功率单元，包括NPC1型三电平拓扑电路结构，NPC1型三电平拓扑电路结构包括四支压接式IGBT器件、两支压接式钳位二极管和热管散热系统，四支压接式IGBT器件包括：第一IGBT7、第二IGBT8、第三IGBT11和第四IGBT12，两支压接式钳位二极管包括第一二极管9和第二二极管10，其特征在于：
所述热管散热系统由第一热管散热器17、第二热管散热器18、第三热管散热器19、第四热管散热器21、第五热管散热器22、第六热管散热器23、第七热管散热器25、第八热管散热器26和第九热管散热器27组成热管式风冷散热系统，它们既作为风冷散热器使用，也作为导电母排使用。热管式风冷散热系统替代了传统的水冷散热系统，既降低了系统成本，又提高了系统的可靠性；
所述第一IGBT7上方安装有第一热管散热器17，下方安装有第二热管散热器18，第一热管散热器17上方依次安装有上压板4、中心顶压装置14、上压块15和上绝缘块16；所述第二IGBT8上方安装有第二热管散热器18，下方安装有第三热管散热器19；所述第三IGBT11上方安装有第七热管散热器25，下方安装有第八热管散热器26；所述第四IGBT12上方安装有第八热管散热器26，下方安装有第九热管散热器27；第九热管散热器27下方依次安装有下绝缘块28、下压块31、碟型弹簧29、碟型弹簧导柱30和下压板13；第二IGBT8的发射极和第三IGBT11的集电极跨接第一导电排2，第二导电排3跨接在第一二极管9的阴极和第一IGBT7的发射极和第二IGBT8的集电极之间；第三导电排1跨接在第二二极管10的阳极和第三IGBT11的发射极和第四IGBT12的集电极之间；连接上压板4和下压板13通过锁紧组件5进行连接，通过碟型弹簧29将压力保持在IGBT器件需要的范围之内；绝缘套管6套在锁紧组件5的4根螺栓固定绝缘套管6，用来进行电气绝缘隔离；
所述第一二极管9上方安装有第四热管散热器21，下方安装有第五热管散热器22；第二二极管10上方安装有第五热管散热器22，下方安装有第六热管散热器23；第六热管散热器23和第七热管散热器25之间安装有下过渡绝缘块24；第三热管散热器19和第四热管散热器21之间安装有上过渡绝缘块20；
进一步地，所述第一导电排2、第二导电排3和第三导电排1将压接式IGBT器件和二极管按照NPC1型三电平拓扑的形式连接在一起，形成了具有完整电气特性的二极管中点钳位型三电平电路结构。
进一步地，所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英寸的圆面。
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 (3)
1.一种新型的使用热管散热器散热的压接式IGBT三电平功率单元，包括NPC1型三电平拓扑电路结构，NPC1型三电平拓扑电路结构包括四支压接式IGBT器件、两支压接式钳位二极管和热管散热系统，四支压接式IGBT器件包括：第一IGBT(7)、第二IGBT(8)、第三IGBT(11)和第四IGBT(12)，两支压接式钳位二极管包括第一二极管(9)和第二二极管(10)，其特征在于：
所述热管散热系统由第一热管散热器(17)、第二热管散热器(18)、第三热管散热器(19)、第四热管散热器(21)、第五热管散热器(22)、第六热管散热器(23)、第七热管散热器(25)、第八热管散热器(26)和第九热管散热器(27)组成；
所述第一IGBT(7)上方安装有第一热管散热器(17)，下方安装有第二热管散热器(18)，第一热管散热器(17)上方依次安装有上压板(4)、中心顶压装置(14)、上压块(15)和上绝缘块(16)；所述第二IGBT(8)上方安装有第二热管散热器(18)，下方安装有第三热管散热器(19)；所述第三IGBT(11)上方安装有第七热管散热器(25)，下方安装有第八热管散热器(26)；所述第四IGBT(12)上方安装有第八热管散热器(26)，下方安装有第九热管散热器(27)；第九热管散热器(27)下方依次安装有下绝缘块(28)、下压块(31)、碟型弹簧(29)、碟型弹簧导柱(30)和下压板(13)；第二IGBT(8)的发射极和第三IGBT(11)的集电极跨接第一导电排(2)，第二导电排(3)跨接在第一二极管(9)的阴极和第一IGBT(7)的发射极和第二IGBT(8)的集电极之间；第三导电排(1)跨接在第二二极管(10)的阳极和第三IGBT(11)的发射极和第四IGBT(12)的集电极之间；连接上压板(4)和下压板(13)通过锁紧组件(5)进行连接，通过碟型弹簧(29)将压力保持在IGBT器件需要的范围之内；绝缘套管(6)套在锁紧组件(5)的4根螺栓固定绝缘套管(6)；
所述第一二极管(9)上方安装有第四热管散热器(21)，下方安装有第五热管散热器(22)；第二二极管(10)上方安装有第五热管散热器(22)，下方安装有第六热管散热器(23)；第六热管散热器(23)和第七热管散热器(25)之间安装有下过渡绝缘块(24)；第三热管散热器(19)和第四热管散热器(21)之间安装有上过渡绝缘块(20)。
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三电平功率单元，其特征在于：所述第一导电排(2)、第二导电排(3)和第三导电排(1)将压接式IGBT器件和二极管按照NPC1型三电平拓扑的形式连接在一起，形成了具有完整电气特性的二极管中点钳位型三电平电路结构。
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三电平功率单元，其特征在于：所述压接式IGBT器件的压接面是直径五英寸的圆面。
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