CN207588718U - 一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块，叠排结构为三层层叠结构，包括负极铜排和正极铜排，在负极铜排和正极铜排之间设置有N极铜排，负极铜排和正极铜排表面涂覆有绝缘漆用于相互绝缘，负极铜排、正极铜排和N极铜排均纵向弯折为直角结构，正极铜排和N极铜排的直角结构与负极铜排的直角结构方向相反设置。本实用新型叠排结构不仅能够增大回路面积，减小线路杂散电感，而且减小了转接排引入的连接杂散电感。

Description

一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块

技术领域

本实用新型属于电路结构设计技术领域，具体涉及一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块。

背景技术

当今社会中，小到手机、电脑、电视，大到航母卫星，电力电子设备在人类生活中扮演着越来越重要的角色。而在这些形形色色的电力电子设备中，或多或少都有着逆变器的身影。特别是在新兴能源行业，发电设备中逆变器都占据着绝对的地位。

对于逆变器设备来说，功率模块单元是其核心设备之一。功率模块单元直接决定了逆变器设备的功率等级，输出电压电流能力。因此功率模块单元的设计一直都是逆变器设计的核心内容之一，而功率开关管的选取就是重中之重。根据逆变器的输入输出特性，可以决定出功率开关管的最小电压电流应力。然而在实际的产品设计中，需要留有一定的电压电流余量以，应对复杂的电路结构设计中带入的分布参数以及特殊情况。余量设计过大就需要选取更高应力的开关管，会极大的提高产品成本。因此良好的电路结构设计可以减小分布参数的影响，降低开关管的余量设计，从而减小产品成本。

目前集中式逆变器设备为了减小母线电容，会采用母线电容集中排列的电容池结构，如图1所示，常规功率模块单元采用的是叠排加转接短排，通过转接短排与母线电容排连接。这种方式不仅正负极铜排对N极铜排的回路面积小，而且排间转接时会在电路中额外引入杂散电感。而该设计直接导致与之相连的功率模块单元同样需要使用叠排结构。功率模块单元叠排结构是一个较为复杂的结构设计，一种好的叠排结构设计可以通过增大回路面积，减小电路中的分布电感，减小开关管电压应力要求，减小设计成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块，通过增大正负母排与N极铜排之间的回路面积以及节省一级转接铜排，减小回路分布电感与杂散电感，从而减小开关管的开通关断电压应力。

本实用新型采用以下技术方案：

一种功率模块单元叠排结构，叠排结构为三层层叠结构，包括负极铜排和正极铜排，在负极铜排和正极铜排之间设置有N极铜排，负极铜排和正极铜排表面涂覆有绝缘漆用于相互绝缘，负极铜排、正极铜排和N极铜排均纵向弯折为直角结构，正极铜排和N极铜排的直角结构与负极铜排的直角结构方向相反设置。

具体的，负极铜排、正极铜排和N极铜排的水平部分均设置有相互对应的功率模块连接孔，负极铜排、正极铜排和N极铜排的竖直部分均设置有相互对应的电容池连接孔。

具体的，N极铜排和正极铜排之间设置有绝缘板。

具体的，三层层叠结构采用热压方式合成为一体。

一种逆变器功率模块，包括所述的叠排结构。

具体的，叠排结构的等效电路具体如下：

包括电感L1、电感L2和电感L3，电感L1的一端与母线电容排正极连接，另一端与开关管T1的C端连接，经过开关管T1的E端与输出连接；电感L2的一端与N级连接，另一端分两路，一路经过正向二极管D1与开关管T2的C端连接，经过开关管T2的E端与输出连接，另一路经过反向二极管D2与开关管T3的E端连接，经过开关管T3的C端与输出连接；电感L3的一端与母线电容排负级连接，另一端与开关管T4的E端连接，经过开关管T4的C端与输出连接。

进一步的，当输出电流为正时，开关管T1关断时，电感L1上电流减小，电感L2上电流增加，开关管T1的关断电压ΔVCE等于两电感上的电压。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型叠排结构为三层层叠结构，在负极铜排和正极铜排之间设置有N极铜排，负极铜排、正极铜排和N极铜排均纵向弯折为直角结构，使用延伸的方式出排，通过改变正负母排与N极铜排的叠排方式，增大了三路叠排之间的回路面积，正极铜排和N极铜排的直角结构与负极铜排的直角结构方向相反设置，增加了正负母排对N极铜排的回路面积，减小了排间回路的杂散电感，从而减小开关管开通关断电压应力。

进一步的，新的叠排结构通过延伸功率叠排，使功率叠排与电容池叠排直接相连，节省了转接小铜排，减小了不必要的固定件，从而减小电路杂散电感，减小开关管电压应力。

进一步的，叠层母排的各层结构通过热压合而成，可以减少不必要零件如固定件和螺钉等，从而减轻了整体重量；也使整个叠层母排的结构更加简单，更加小巧美观。

本实用新型还公开了一种设置有此叠排结构的逆变器功率模块，模块单元回路中的电感L会减小，开关管开通关断电压会下降，相同功率等级下，可以采用更小电压等级的开关管，从而减小成本。

综上所述，本实用新型叠排结构不仅能够增大回路面积，减小线路杂散电感，而且减小了转接排引入的连接杂散电感。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有结构示意图；

图2为本实用新型结构俯视图；

图3为本实用新型结构立体图；

图4为本实用新型电路影响示意图。

其中：1.负极铜排；2.正极铜排；3.N极铜排；4.电容池连接孔；5.功率模块连接孔。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块，尤其适用于直流母线电容集中设计且功率开关管设计余量较小的逆变器设备。通过改进的新型叠排结构，能够增大功率模块单元正负母线与中点之间的回路面积，从而减小功率模块回路的分布电感，减小功率模块换流过程中开关管的开通关断电压。设计时可以使用耐压等级更小的功率开关管，极大程度减小设计以及生产的成本。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本实用新型实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2和图3，本实用新型一种功率模块单元叠排结构及逆变器功率模块，叠排结构为三层层叠结构，包括负极铜排1、正极铜排2和N极铜排3，负极铜排1和正极铜排2表面涂覆有绝缘漆用于相互绝缘，N极铜排3设置在负极铜排1和正极铜排2之间，负极铜排1、正极铜排2和N极铜排3均纵向弯折为直角结构，正极铜排2和N极铜排3的直角结构与负极铜排1的直角结构方向相反设置。

取消了传统的转接短排，采用将模块内部的回路叠排延伸出来，做成90°弯角与母线电容排连接，同时为了保证排与排之间的绝缘间隙，叠排结构采用负极铜排1向上弯曲，N极铜排3与正极铜排2向下弯曲。

负极铜排1、正极铜排2和N极铜排3的水平部分均设置有功率模块连接孔5，负极铜排1、正极铜排2和N极铜排3的竖直部分均设置有电容池连接孔4。

N极铜排3和正极铜排2之间垫绝缘板保证绝缘强度。

正极铜排2、N极铜排3和负极铜排1的等效分布电感作用到电路原理图中可以等效为图4中的L1、L2和L3，电感L1的一端接母线电容排正极，另一端连接开关管T1的C端，经过开关管T1的E端与输出连接；

电感L2的一端接N，另一端分两路，一路与二极管D1的正极连接，二极管的负极与开关管T2的C端，经过开关管T2的E端与输出连接，另一路与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与开关管T3的E端连接，经过开关管T3的C端与输出连接；

电感L3的一端接母线电容排负极，另一端与开关管T4的E端连接，经过开关管T3的C端与输出连接，母线电容排正极和母线电容排负极之间串联有两个等效母线电容。

当电流i为图中所示方向时，开关管T1与T2交替导通，T3管常通；

当T1管由导通到关断时，电感L1上电流减小，L2上电流增加，开关管T1的关断电压ΔVCE等于两电感上的电压即：

本实用新型等效到模块单元回路中的电感L会减小，开关管开通关断电压会下降，相同功率等级下，可以采用更小电压等级的开关管，从而减小成本。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种功率模块单元叠排结构，其特征在于，叠排结构为三层层叠结构，包括负极铜排(1)和正极铜排(2)，在负极铜排(1)和正极铜排(2)之间设置有N极铜排(3)，负极铜排(1)和正极铜排(2)表面涂覆有绝缘漆用于相互绝缘，负极铜排(1)、正极铜排(2)和N极铜排(3)均纵向弯折为直角结构，正极铜排(2)和N极铜排(3)的直角结构与负极铜排(1)的直角结构方向相反设置。

2.根据权利要求1所述的一种功率模块单元叠排结构，其特征在于，负极铜排(1)、正极铜排(2)和N极铜排(3)的水平部分均设置有相互对应的功率模块连接孔(5)，负极铜排(1)、正极铜排(2)和N极铜排(3)的竖直部分均设置有相互对应的电容池连接孔(4)。

3.根据权利要求1或2所述的一种功率模块单元叠排结构，其特征在于，N极铜排(3)和正极铜排(2)之间设置有绝缘板。

4.根据权利要求1所述的一种功率模块单元叠排结构，其特征在于，三层层叠结构采用热压方式合成为一体。

5.一种逆变器功率模块，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一所述的叠排结构。

6.根据权利要求5所述的一种逆变器功率模块，其特征在于，叠排结构的等效电路具体如下：

包括电感L1、电感L2和电感L3，电感L1的一端与母线电容排正极连接，另一端与开关管T1的C端连接，经过开关管T1的E端与输出连接；电感L2的一端与N级连接，另一端分两路，一路经过正向二极管D1与开关管T2的C端连接，经过开关管T2的E端与输出连接，另一路经过反向二极管D2与开关管T3的E端连接，经过开关管T3的C端与输出连接；电感L3的一端与母线电容排负级连接，另一端与开关管T4的E端连接，经过开关管T4的C端与输出连接。

7.根据权利要求6所述的一种逆变器功率模块，其特征在于，当输出电流为正时，开关管T1关断时，电感L1上电流减小，电感L2上电流增加，开关管T1的关断电压ΔVCE等于两电感上的电压。