CN209046514U - 功率模块及变流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种功率模块及变流器。所述功率模块包括：交流铜排；IGBT单元，所述IGBT单元的交流端子电连接到所述交流铜排；叠层母排，所述IGBT单元的直流正端子和直流负端子分别电连接到所述叠层母排；电容组，所述叠层母排与所述电容组并联连接，其中，所述电容组按照预定距离位于所述IGBT单元的正上方。根据本实用新型的功率模块，由于电容组位于IGBT单元的正上方，所以缩短了功率模块的整体宽度，从而可以实现高功率密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电控领域，特别涉及一种功率模块及变流器。
背景技术
功率模块作为变流器中的核心器件，其性能的优劣直接决定变流器的性能。
图1是现有功率模块的立体图。如图1所示，功率模块1的三相交流铜排10分别穿过各电流传感器与对应的IGBT单元20的交流端子通过螺栓连接，IGBT单元20的直流正端子和直流负端子分别通过螺栓与其上面的叠层母排30连接。叠层母排30通过螺栓与电容组40并联连接，电容组40位于IGBT单元20的后方。考虑均流和发热，叠层母排30的正极通过多点连接螺栓和直流正极铜排51连接在一起，并引出到功率模块1的侧面。类似地，叠层母排30的负极通过多点连接螺栓和直流负极铜排52连接在一起并引出到功率模块1的侧面。
实用新型内容
本实用新型提供一种紧凑型功率模块及变流器，以解决现有功率模块整体尺寸大，功率密度低，并联安装不便捷等的技术问题。
根据本实用新型提供一种功率模块，所述功率模块包括：交流铜排；IGBT单元，所述IGBT单元的交流端子电连接到所述交流铜排；叠层母排，所述IGBT单元的直流正端子和直流负端子分别电连接到所述叠层母排；电容组，所述叠层母排与所述电容组并联连接，其中，所述电容组按照预定距离位于所述IGBT单元的正上方。
所述电容组可包括多个电容器，每个电容器通过绝缘支撑件支撑在所述IGBT单元的正上方。
所述叠层母排上可形成有导流槽。
所述交流铜排可位于所述功率模块的下侧，所述叠层母排的直流正极和直流负极可位于所述功率模块的上侧。
所述功率模块还可包括外壳，所述外壳可覆盖所述IGBT单元、所述叠层母排和所述电容组。
所述外壳的顶部可包括多个通孔。
所述叠层母排可一体地形成。
所述功率模块还可包括与所述IGBT单元相邻地设置的IGBT散热器。
所述功率模块还可包括设置在所述功率模块的侧部的水路接口和供电及信号接口。
根据本实用新型提供一种变流器，所述变流器包括至少两个如上所述的功率模块，所述至少两个功率模块并联或串联连接。
根据本实用新型的功率模块，由于电容组位于IGBT单元的正上方，所以缩短了功率模块的整体宽度，从而可以实现高功率密度。根据本实用新型的功率模块，由于电容组距离IGBT单元更近，所以减小了IGBT单元与电容组之间的杂散电感，有效地抑制了IGBT单元开关时的震荡风险。根据本实用新型的功率模块，由于采用一体化的叠层母排而且叠层母排采用上直流下交流排列方式，所以结构简单，可靠性更高；并且便于并联多个功率模块。根据本实用新型的功率模块，由于叠层母排上形成有导流槽，所以有利于电流均匀流过IGBT单元和电容组，整体均流效果更好，避免由于电流分配不均匀而增加设计裕量，降低设计成本。根据本实用新型的功率模块，由于采用整体外壳防护，整个功率模块除了和外部的必要连接外，没有多余的线缆和器件裸露，所以正常装配和维护时不会触碰到电路板等易损器件。
附图说明
图1是示意性示出现有技术的功率模块的立体图；
图2是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的立体图；
图3是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的主要部件之间的位置关系的示意图；
图4是示意性示出图2中示出的功率模块的下部的防护板拆除之后的主视图；
图5是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的叠层母排的示图；
图6是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的包括功率模块的变流器的示图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的示例性实施例进行详细的描述。在整个说明书中，相同的标号始终指示相同的部件。
图2是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的立体图；图3是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的主要部件之间的位置关系的示意图；图4是示意性示出图2中示出的功率模块的下部的防护板拆除之后的主视图；图5是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的叠层母排的示图。
如图2至图4所示，根据本实用新型的示例性实施例的功率模块1000包括：交流铜排100；IGBT单元200，IGBT单元200的交流端子电连接到交流铜排100；叠层母排300，IGBT单元200的直流正端子和直流负端子分别电连接到叠层母排300；电容组400，叠层母排300与电容组400并联连接，其中，电容组400按照预定距离位于IGBT单元200的正上方。
可选地，交流铜排100为三相交流铜排，IGBT单元200包括多个IGBT201。如图4所示，三相交流铜排100分别穿过各自的电流传感器81连接到两个IGBT 201的交流端子。虽然在示例性实施例中示出每个三相交流铜排100连接到两个IGBT 201，但是根据本实用新型的功率模块1000不限于此，根据功率需要，每个三相交流铜排100可仅连接到一个IGBT201，也可连接到三个或三个以上IGBT 201。
可选地，如图3所示，三相交流铜排100可通过紧固件，例如螺栓连接到IGBT的交流端子。
可选地，如图5所示，叠层母排300一体地形成。即，叠层母排300的直流正极310和直流负极320与叠层母排300的主体部分一体地形成，且叠层母排300的直流正极310和直流负极320位于叠层母排300的一侧，例如，位于叠层母排300的上侧。
可选地，如图5所示，叠层母排300上可形成有导流槽330，通过导流槽330可以使流过叠层母排300和电容组400的电流分布更均匀，叠层母排300发热也更均匀。虽然在示例性实施例中示出导流槽330为直线形形状，但是根据本实用新型的功率模块1000不限于此，根据需要导流槽330可按照其他合适的形状形成。只要能够使流过叠层母排300和电容组400的电流分布均匀即可。
可选地，如图3所示，IGBT单元200的直流正端子和直流负端子可分别通过紧固件，例如螺栓连接到叠层母排300的下侧。
可选地，电容组400包括多个电容器401，每个电容器401通过绝缘支撑件411支撑在IGBT单元200的正上方。虽然在示例性实施例中示出电容组400包括多行排列的26个电容器401，但是根据本实用新型的功率模块1000不限于此，根据功率需要，电容组400包括的电容器401的数量可以变化，并且根据功率模块1000的空间，电容器401可以按照不同的方式进行排列，以节省空间。
可选地，功率模块1000还可包括外壳91，外壳91覆盖IGBT单元200、叠层母排300和电容组400。如图2所示，外壳91可由透明的材料形成为箱型，并且外壳91的顶部包括多个通孔910，以用于散热。虽然在示例性实施例中示出外壳91由透明材料形成，但是根据本实用新型的功率模块1000不限于此，外壳91也可由其他材料形成，例如，可以由不锈钢或者其他不透明塑料等形成，只要能够用于防止异物损伤功率模块1000内的元器件或者掉入功率模块1000中即可。
可选地，功率模块1000还可包括用于对功率模块1000进行散热的水路接口61、用于供电及通信的供电及信号接口71、用于对IGBT单元200散热的IGBT散热器202。供电及信号接口71用于连接变流柜内的控制部分；水路接口61用于连接变流柜内的水路部分，并且供电及信号接口71可根据需求升级为光纤接口；水路接口61的形式可根据维护需求变更。如图2所示，水路接口61和供电及信号接口71可位于功率模块1000的侧部，以易于维护。
图6是示意性示出根据本实用新型的示例性实施例的包括功率模块的变流器的示图。
可选地，根据示例性实施例的变流器可包括N个并联连接的功率模块1000，其中，N为大于等于2的自然数。
具体地，第一功率模块1000的直流接口和第N功率模块1000的直流接口分别连接到系统公共直流排上，通过紧固件，例如螺栓固定。第一功率模块1000的交流接口和第N功率模块1000的交流接口通过外部并联器件最终汇总在一起，第一功率模块1000的供电及信号接口71和第N功率模块1000的供电及信号接口71连接到统一的控制器上。功率模块1000整体采用抽屉式结构实现在电控柜内并联。虽然以上描述了功率模块1000并联连接，但是根据本实用新型的示例性实施例的变流器不限于此，在变流器中，功率模块1000也可以串联连接。
根据本实用新型的功率模块1000，由于电容组400位于IGBT单元200的正上方，所以缩短了功率模块1000的整体宽度，从而可以实现高功率密度。然而，根据现有技术的功率模块1，由于电容组40位于IGBT单元20的后方，所以功率模块1的宽度较宽，无法实现高功率密度。
同时，根据本实用新型的功率模块1000，由于电容组400距离IGBT单元200更近，所以减小了IGBT单元200与电容组400之间的杂散电感，有效地抑制了IGBT单元200开关时的震荡风险。然而，根据现有技术的功率模块1，由于电容组40位于IGBT单元20的后方，从而增加了电容路径上的杂散电感。
根据本实用新型的功率模块1000，由于采用一体化的叠层母排300而且叠层母排300采用上直流下交流(即，叠层母排300的直流正极310和直流负极320位于功率模块1000的上侧，交流铜排100位于功率模块1000的下侧)排列方式，所以不需要额外的螺栓引出排，结构简单，可靠性提高；而且功率模块1000整体电流流动更加顺畅。另外，由于叠层母排300采用上直流下交流的排列方式，所以便于并联多个功率模块1000。此外，由于叠层母排300采用上直流下交流的排列方式，所以功率模块1000的侧面不需要额外的维护空间，可以采用抽屉式放置结构，相应地，可以缩小电控柜的柜体宽度，节约柜体成本。相比之下，根据现有技术的功率模块1，如果叠层母排30直接从侧面引出直流正负极铜排，则会造成叠层母排30局部过热和均流差的问题，所以无法直接从功率模块的侧面引出直流正负极铜排。如图1所示，叠层母排30的直流正极铜排51和直流负极铜排52只能从叠层母排30的侧面引出，以与叠层母排30内部由多个螺栓固定，所以增加了装配的复杂度，功率模块1的可靠性降低。另外，由于叠层母排30的直流正极铜排51和直流负极铜排52从叠层母排30的侧面引出，所以功率模块1难以实现三个及以上并联。
根据本实用新型的功率模块1000，由于叠层母排300上形成有导流槽330，所以有利于电流均匀流过IGBT单元200和电容组400，整体均流效果更好，避免由于电流分配不均匀而增加设计裕量，降低设计成本。
根据本实用新型的功率模块1000，由于采用整体外壳91防护，整个功率模块1000除了和外部的必要连接外，没有多余的线缆和器件裸露，所以正常装配和维护时不会触碰到电路板等易损器件。另外，由于外壳91的正上方形成有多个通孔，即，采用网孔式设计，所以既能配合电控柜对整体功率模块散热又能防止异物掉入或者损害元器件。相比之下，根据现有技术的功率模块1电气件和接线裸露在外面，整体结构没有外壳防护，容易在装配和维护过程中对部件造成损伤或异物掉入。
虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可对本实用新型的实施例做出各种修改和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变型仍将落入权利要求所限定的本实用新型的范围内。
Claims (10)
1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块(1000)包括：
交流铜排(100)；
IGBT单元(200)，所述IGBT单元(200)的交流端子电连接到所述交流铜排(100)；
叠层母排(300)，所述IGBT单元(200)的直流正端子和直流负端子分别电连接到所述叠层母排(300)；
电容组(400)，所述叠层母排(300)与所述电容组(400)并联连接，
其中，所述电容组(400)按照预定距离位于所述IGBT单元(200)的正上方。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电容组(400)包括多个电容器(401)，每个电容器(401)通过绝缘支撑件(411)支撑在所述IGBT单元(200)的正上方。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述叠层母排(300)上形成有导流槽(330)。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述交流铜排(100)位于所述功率模块(1000)的下侧，所述叠层母排(300)的直流正极(310)和直流负极(320)位于所述功率模块(1000)的上侧。
5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块(1000)还包括外壳(91)，所述外壳(91)覆盖所述IGBT单元(200)、所述叠层母排(300)和所述电容组(400)。
6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，所述外壳(91)的顶部包括多个通孔(910)。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述叠层母排(300)一体地形成。
8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块(1000)还包括与所述IGBT单元(200)相邻地设置的IGBT散热器(202)。
9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块(1000)还包括设置在所述功率模块(1000)的侧部的水路接口(61)和供电及信号接口(71)。
10.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括：
至少两个如权利要求1-9中任一项所述的功率模块(1000)，所述至少两个功率模块(1000)并联或串联连接。
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| CN201822168426.4U CN209046514U (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 功率模块及变流器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113097188A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-07-09 | 新疆金风科技股份有限公司 | 模块化功率组件以及风电变流器 |
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2018
- 2018-12-21 CN CN201822168426.4U patent/CN209046514U/zh active Active
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