CN206259857U - 一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，包括一体化叠母、IGBT功率器件、输出母排、柔性驱动电路、高速光电转换电路以及分别安装在功率模块底板上半部和下半部的薄膜电容和单面压合式散热器。本实用新型是将功率变换器模块化，做成标准化、大容量化产品，大大缩短了制造周期，减小了功率变换器的体积，延长了使用寿命，降低了设计难度，并可以保证质量，提高可靠性。同时，自带储能薄膜电容，实现直‑交流的变换，可通过模块的不同组合实现多种拓扑结构，从而使其产生不同的功能，如可实现三相逆变功能，并能实现更大功率的输出，可作为有源滤波器、大功率太阳能逆变器、大容量通用低压变频器等的功率变换装置。

Description

一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器。

背景技术

随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，中高压大功率变频器、光伏逆变器、有源滤波器等装置不断成熟起来。功率变换装置作为变频器、逆变器和滤波器的核心部分，其工作原理相同，都是进行直-交流变换，所以功率变换装置的好坏直接影响设备的运行。由于设备的不同，功率变换装置需量身定做，因此它是非标准的。非标产品的设计难度大、生产周期长、成本高、体积大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的功率变换器体积大、制造周期长、设计难度大、使用寿命短的技术问题，提供一种标准化、模块化、大容量化，且能缩短制造周期、减小体积、延长使用寿命、降低设计难度、可靠性高的基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，包括一体化叠母、IGBT功率器件、输出母排、柔性驱动电路和高速光电转换电路，所述一体化叠母连接外部电源，所述柔性驱动电路和高速光电转换电路为变换器的控制部分，控制IGBT功率器件的开通和关断，其还包括分别安装在功率模块底板上半部和下半部的薄膜电容和单面压合式散热器，所述薄膜电容和IGBT功率器件与一体化叠母连接，所述单面压合式散热器的上方安装有IGBT功率器件，所述IGBT功率器件上固定有驱动板，所述驱动板上集成有柔性驱动电路和TVS瞬态吸收电路，所述驱动板的一侧设有高速光电转换板，所述高速光电转换板上集成有高速光电转换电路，所述高速光电转换板的一侧设有输出母排和电流传感器，所述输出母排与电流传感器连接。

进一步地，所述薄膜电容的上端通过电容上盖板固定。

进一步地，所述单面压合式散热器的上部通过散热器固定板固定。

进一步地，所述单面压合式散热器上安装有温度传感器。

进一步地，所述高速光电转换板安装在光电转换板支撑架上，所述光电转换板支撑架固定在散热器固定板的一侧。

进一步地，所述输出母排通过母排绝缘子固定在散热器固定板的侧边上。

进一步地，所述电流传感器中间穿设有铜柱且铜柱的一端与输出母排连接，所述电流传感器通过螺钉固定在传感器固定板上，所述传感器固定板安装在功率模块底板上。

进一步地，所述一体化叠母正面经叠母固定件固定在电容上盖板上且与薄膜电容和IGBT功率器件连接，所述一体化叠母一侧经叠母侧固定件固定在叠母侧固定板上并与铜柱的另一端连接，所述叠母侧固定板安装在电容侧封板上，所述电容侧封板的下边沿固定在功率模块底板上。

进一步地，所述一体化叠母包括叠母负、叠母正、正负叠母绝缘纸、交流母排和交流母排绝缘纸，所述交流母排上设有叠母固定孔。

进一步地，所述功率模块底板上设有12只1100V、420uF薄膜电容。

本实用新型相对现有技术具有以下有益效果：本实用新型的基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器是将功率变换器模块化，做成标准化、大容量化产品，大大缩短了制造周期，减小了功率变换器的体积，延长了使用寿命，降低了设计难度，并可以保证质量，提高可靠性。同时，自带储能薄膜电容，实现直-交流的变换，可通过模块的不同组合实现多种拓扑结构，从而使其产生不同的功能，如可实现三相逆变功能，并能实现更大功率的输出，可作为有源滤波器、大功率太阳能逆变器、大容量通用低压变频器等的功率变换装置。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型内部结构示意图；

图3为本实用新型单面压合式散热器安装在功率模块底板上的示意图；

图4为本实用新型一体化叠母的结构示意图；

图5为本实用新型输出母排与电流传感器的安装示意图；

图6为本实用新型滤波器功率变换部分原理简图；

图7为本实用新型变频器逆变部分原理简图。

本实用新型附图标记含义如下：1、一体化叠母；2、柔性驱动电路；3、输出母排；4、高速光电转换电路；5、IGBT功率器件；6、单面压合式散热器；7、薄膜电容；8、TVS瞬态吸收电路；9、驱动板；10、高速光电转换板；11、叠母固定件；12、电容上盖板；13、叠母侧固定板；14、叠母侧固定件；15、电容侧封板；16、散热器固定板；17、光电转换板支撑架；18、传感器固定板；19、功率模块底板；20、温度传感器；21、叠母固定孔；22、交流母排；23、叠母负；24、叠母正；25、正负叠母绝缘纸；26、交流母排绝缘纸；27、电流传感器；28、铜柱；29、母排绝缘子。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-5所示，一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，包括一体化叠母1、IGBT功率器件5（内部已按半桥方式集成FZ3600R17HP4）、输出母排3、柔性驱动电路2、高速光电转换电路4以及分别安装在功率模块底板19上半部和下半部的12只1100V、420uF薄膜电容7和单面压合式散热器6，柔性驱动电路2和高速光电转换电路4为变换器的控制部分，控制IGBT功率器件5的开通和关断，薄膜电容7的上端通过电容上盖板12固定，单面压合式散热器6的上部通过散热器固定板16固定，单面压合式散热器6上安装有温度传感器20，单面压合式散热器6的上方安装有IGBT功率器件5，IGBT功率器件5上通过螺钉固定有驱动板9，驱动板9上集成有柔性驱动电路2和TVS瞬态吸收电路8，驱动板9的一侧设有高速光电转换板10，高速光电转换板10安装在光电转换板支撑架17上，光电转换板支撑架17固定在散热器固定板16的一侧，高速光电转换板10上集成有高速光电转换电路4，高速光电转换电路4的作用是将控制器发来的驱动信号从光信号转换为电信号送入驱动板9进而控制IGBT功率器件5的开通和关断，模块以何种模式工作由此驱动信号决定。高速光电转换板10的一侧设有输出母排3和电流传感器27，电流传感器27主要用于采集输入的电流信号，输出母排3通过母排绝缘子29固定在散热器固定板16的侧边上，电流传感器27中间穿设有铜柱28且铜柱28的一端与输出母排3连接，电流传感器27通过螺钉固定在传感器固定板18上，传感器固定板18安装在功率模块底板19上。一体化叠母1连接外部电源，一体化叠母1正面经叠母固定件11固定在电容上盖板12上且与薄膜电容7和IGBT功率器件5连接，一体化叠母1一侧经叠母侧固定件14固定在叠母侧固定板13上并与铜柱28的另一端连接，叠母侧固定板13安装在电容侧封板15上，电容侧封板15的下边沿固定在功率模块底板19上。一体化叠母1包括叠母负23、叠母正24、正负叠母绝缘纸25、交流母排22和交流母排绝缘纸26，交流母排22上设有叠母固定孔21。

为了尽可能方便使用，本实用新型的基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器按外部接线方式可分为滤波功率模块和变频逆变模块。

⑴滤波功率模块

原理介绍：如图6所示，薄膜电容7作为变换器的储能元件，通过和薄膜电容7连接在一起的一体化叠母1把电流送入由6个IGBT功率器件5（IGBT1-6）组成的变换器，再由输出母排3经过三相电抗器送出至电网。图6中，虚线部分为电网，电网为模块外电路，C1-C3与R1-R3组成RC吸收电路，RC吸收电路也是模块外电路,作用是抑制电网侧尖峰电压，减小功率器件的开关损耗。

IGBT驱动途径说明：控制器通过光纤把控制器信号送至高速光电转换板10，高速光电转换板10将两路光信号分解成四路光信号，再通过光纤将脉冲送至驱动板9以驱动IGBT功率器件5工作，变频逆变模块也是如此。

可实现功能说明：

滤波模式：一个模块作为单独的一相，用三个模块来相互组合，把三个模块的叠母负23、叠母正24用两根汇流母排分别连接起来，这样就构成了滤波器的功率变换部分。通过电流传感器27采集来的信号对电网电流各次谐波进行分析，然后经指令电流运算电路计算的出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流相抵消，最终变成纯净的只有基波成分的电源电流。目前单柜（主要由三个上面所述的模块、电抗器、断路器和控制电路构成的柜体）最大输出电流AC1200A，输出功率为1200KW，如果想要更大的输出功率，可将多个三模块单柜并联。

⑵变频逆变模块

工作原理介绍：如图7所示，叠母负23、叠母正24将整流电路输送来的能量储存到薄膜电容7，6个IGBT功率器件5（IGBT1-6）通过交流母排22把薄膜电容7中储存的能量由输出母排3送至负载，“负载”不在本模块内。图7中虚线部分为负载。

可实现功能说明：

变频逆变模块：用三个模块结合来构成三相逆变器，每个模块都输出直流，将三个模块的直流部分用两个汇流母排连接起来，与滤波模块不同的是连接起来的汇流母排要作为输入端，与外部整流柜连接。通过逆变模块将直流部分逆变成所需频率的电压电流。

滤波功率模块与变频逆变模块原理不同，但本实用新型做到了这两种功率模块外形，安装方式及绝大部分零件，电气元件都一样，除输出母排3外其它元件和机械零件都可以通用。

Claims (10)

1.一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，包括一体化叠母（1）、IGBT功率器件（5）、输出母排（3）、柔性驱动电路（2）和高速光电转换电路（4），所述一体化叠母（1）连接外部电源，所述柔性驱动电路（2）和高速光电转换电路（4）为变换器的控制部分，控制IGBT功率器件（5）的开通和关断，其特征在于：还包括分别安装在功率模块底板（19）上半部和下半部的薄膜电容（7）和单面压合式散热器（6），所述薄膜电容（7）和IGBT功率器件（5）与一体化叠母（1）连接，所述单面压合式散热器（6）的上方安装有IGBT功率器件（5），所述IGBT功率器件（5）上固定有驱动板（9），所述驱动板（9）上集成有柔性驱动电路（2）和TVS瞬态吸收电路（8），所述驱动板（9）的一侧设有高速光电转换板（10），所述高速光电转换板（10）上集成有高速光电转换电路（4），所述高速光电转换板（10）的一侧设有输出母排（3）和电流传感器（27），所述输出母排（3）与电流传感器（27）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述薄膜电容（7）的上端通过电容上盖板（12）固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述单面压合式散热器（6）的上部通过散热器固定板（16）固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述单面压合式散热器（6）上安装有温度传感器（20）。

5.根据权利要求3所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述高速光电转换板（10）安装在光电转换板支撑架（17）上，所述光电转换板支撑架（17）固定在散热器固定板（16）的一侧。

6.根据权利要求3所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述输出母排（3）通过母排绝缘子（29）固定在散热器固定板（16）的侧边上。

7.根据权利要求1所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述电流传感器（27）中间穿设有铜柱（28）且铜柱（28）的一端与输出母排（3）连接，所述电流传感器（27）通过螺钉固定在传感器固定板（18）上，所述传感器固定板（18）安装在功率模块底板（19）上。

8.根据权利要求7所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述一体化叠母（1）正面经叠母固定件（11）固定在电容上盖板（12）上且与薄膜电容（7）和IGBT功率器件（5）连接，所述一体化叠母（1）一侧经叠母侧固定件（14）固定在叠母侧固定板（13）上并与铜柱（28）的另一端连接，所述叠母侧固定板（13）安装在电容侧封板（15）上，所述电容侧封板（15）的下边沿固定在功率模块底板（19）上。

9.根据权利要求1或8所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述一体化叠母（1）包括叠母负（23）、叠母正（24）、正负叠母绝缘纸（25）、交流母排（22）和交流母排绝缘纸（26），所述交流母排（22）上设有叠母固定孔（21）。

10.根据权利要求1所述的一种基于薄膜电容的紧凑型大功率变换器，其特征在于：所述功率模块底板（19）上设有12只1100V、420uF薄膜电容（7）。