CN209283108U - 功率模块及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种功率模块及变流器，其中，功率模块包括电容立柱、散热器、IGBT组件和支撑电容；散热器，固定在电容立柱上；IGBT组件贴设于散热器的下表面；支撑电容固定在电容立柱且位于IGBT组件的下方。本实用新型的不仅降低了功率模块的集成度，还降低了功率模块的故障率和制作成本，减少了功率模块的重量和体积，增加了维修空间，降低了发生故障时需要拆分整个功率模块的概率。

Description

功率模块及变流器

技术领域

本实用新型涉及变流器领域，尤其涉及一种功率模块及变流器。

背景技术

功率模块是变流器的核心部件，它的作用是可控地将直流电转换为三相交流电。现有技术中，功率模块集成度较高，重量较大，不易搬动，且集成了包括逻辑控制单元、电压传感器和电流传感器等易发生故障的部件，使功率模块的故障率较高，需要经常维修，由于功率模块集成度较高，在维修发生故障的部件时，功率模块通常无法提供足够维修空间，所以在维修时，一般需要将整个功率模块进行拆分后，再对产生故障的部件进行维修或更换，维修极不便，造成故障恢复时间较长。

实用新型内容

本实用新型提供一种功率模块及变流器，以解决现有技术中功率模块重量大、故障率高、维修不便、故障恢复时长的问题。

本实用新型提出一种功率模块，所述功率模块包括：

电容立柱；

散热器，固定在所述电容立柱上；

IGBT组件，贴设于所述散热器的下表面；以及，

支撑电容，固定在所述电容立柱上且位于所述IGBT组件的下方。

进一步，所述功率模块还包括层叠母排，所述层叠母排设于所述IGBT组件和所述支撑电容之间。

进一步，所述散热器包括：

散热基板，固定在所述电容立柱上；

散热翅片，设于所述散热基板的表面；以及，

风道组件，设于所述散热基板的表面并包围所述散热翅片。

进一步，所述功率模块还包括驱动组件，所述驱动组件包括：

门极板，贴设于所述IGBT组件的表面；以及，

驱动板，固定在所述电容立柱上且位于所述功率模块的周围。

进一步，所述功率模块还包括接线组件，所述接线组件包括：

绝缘块，固定在所述电容立柱上且位于所述功率模块的前侧；以及，

多个接线铜排，设于所述绝缘块外表面上。

进一步，所述功率模块还包括电子盒，所述电子盒固定在所述电容立柱上且位于所述支撑电容的下方。

进一步，所述电子盒包括壳体，所述壳体固定在所述电容立柱上且形成有容纳腔；其中，所述壳体的外侧设置有接线端口，所述容纳腔内设置有脉冲分配电路板和开关电源板。

进一步，所述功率模块还包括垫板，所述垫板固定在所述电容立柱上且位于所述电子盒的下方。

进一步，所述功率模块还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述散热器上。

本实用新型还提出一种变流器，所述变流器包括上述任意一项所述功率模块。

本实用新型的有益效果：功率模块中没有集成逻辑控制单元、电流传感器和电压传感器等易发生故障的部件，降低了功率模块的故障率和制作成本，减少了功率模块的重量和体积，增加了维修空间，降低了发生故障时需要拆分整个功率模块的概率。另外，散热器、IGBT组件、支撑电容等主要部件通过合理布局后固定在电容立柱，使功率模块的部件呈层叠状态分布，呈层叠状态分布后，功率模块四周都可以提供足够的维修空间，进一步降低了发生故障时需要拆分整个功率模块的概率。再者，散热器、支撑电容等部件是单独固定在电容立柱上，即使需要将部件拆下维修或更换，也只需将发生故障的部件拆下，无需将整个功率模块进行拆分。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种功率模块的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种功率模块的爆炸图；

图3是本实用新型实施例提供的一种功率模块部分结构的安装示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种功率模块的电路框图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、水平、竖直等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的“连接”可以是直接连接，也可以是间接连接，所述的“设置”、“设置于”、“设于”可以是直接设于，也可以是间接设于。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参见图1至图4，其示出本实用新型一种功率模块的一实施例，在本实施例中，所述功率模块包括电容立柱100、散热器103、IGBT组件6和支撑电容30；散热器103固定在电容立柱100上；IGBT组件6贴设于散热器103的下表面；支撑电容30固定在电容立柱100上且位于IGBT组件6的下方。

本实施例中，功率模块中没有集成逻辑控制单元、电流传感器和电压传感器等易发生故障的部件，降低了功率模块的故障率和制作成本，减少了功率模块的总重量和体积，增加了维修空间，降低了发生故障时需要拆分整个功率模块的概率。另外，散热器103、IGBT组件6、支撑电容30等主要部件通过合理布局后固定在电容立柱100上，使功率模块的部件呈层叠状态分布，呈层叠状态分布后，功率模块四周可以提供足够的维修空间，进一步降低了发生故障时需要拆分整个功率模块的概率。再者，散热器103、支撑电容30等部件是单独固定在电容立柱100上，即使需要将部件拆下维修或更换，也只需将发生故障的部件拆下，无需将整个功率模块进行拆分。

本实施例中，电容立柱100用于固定功率模块的部件，使功率模块各个部件可以稳定工作。

本实施例中，支撑电容30的输入端用于电连接外部直流电，支撑电容30 的输出端用于电连接IGBT组件6的输入端，外部直流电经过支撑电容30滤波后，流入IGBT组件6，经IGBT组件6逆变后输出三相交流电。

本实施例中，散热器103用于给整个功率模块散热，IGBT组件6贴设在散热器103表面，以便散热器103对IGBT组件6重点散热。

本实施例中，散热器103采用铝型材散热器103，铝型材散热器103具有散热效率高、价格适中、制造工艺简单等特点。在其他实施例中，散热器103还可以使用铜插片散热器103或铝插片散热器103。

在一可选实施例中，例如本实施例中，如图1至图2所示，电容立柱100 有四根，四根电容立柱100竖直且阵列布置，散热器103分别与四根电容立柱 100的上端固定并与四个电容立柱100共同围成安装空间，IGBT组件6和支撑电容30等部件设于安装空间内，使功率模块的结构更加紧凑、稳固。在其他实施例中，电容立柱100还可以为一根、两根、三根或五根等，电容立柱100与散热器103、IGBT组件6和支撑电容30的相对位置可以根据实际情况进行安装，例如，当电容立柱100只有一根时，散热器103、IGBT组件6和支撑电容30 等部件可环绕设置在这根电容立柱100周缘，且散热器103、IGBT组件6和支撑电容30等部件呈层叠状态分布。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括层叠母排70，层叠母排70设于IGBT组件6和支撑电容30之间。其中，支撑电容30的输出端通过层叠母排70电连接IGBT组件6的输入端。

在一可选实施例中，例如本实施例中，层叠母排70包括第一连接板701和第二连接板702，第一连接板701垂直连接第二连接板702以构成“L”字形状，其中，第一连接板701位于支撑电容30上方，且贴设于IGBT组件6的表面，用于与IGBT组件6的输入端连接，第二连接板702位于支撑电容30的侧面，用于与支撑电容30的输出端电连接。第一连接板701和第二连接板702构成“L”字形状分别连接IGBT组件6和支撑电容30可以使功率模块的体积更小，结构更加稳固。

本实施例中，支撑电容30、层叠母排70和IGBT组件6之间构成低电感回路，可优先抑制IGBT组件6的浪涌电压，使功率模块无需设置浪涌吸收电路，降低了功率模块的制造成本，减少了功率模块的重量和体积。

在一可选实施例中，例如本实施例中，散热器103包括散热基板10、散热翅片16和风道组件102；散热基板10设置在电容立柱100上；散热翅片16设于散热基板10表面；风道组件102设于散热基板10表面并包围散热翅片16，以便加强散热器103的散热效果。

在一可选实施例中，例如本实施例中，如图1至图2所示，风道组件102 包括顶板13、左侧板14、右侧板19、前侧板15和后侧板11，前侧板15形成有前通风口，后侧板11形成有后通风口；顶板13设于散热翅片16上侧，左侧板14设于散热翅片16左侧，右侧板19设于散热翅片16右侧，前侧板15设于散热翅片16前侧，后侧板11设于散热翅片16后侧，其中，顶板13、左侧板 14、右侧板19、前侧板15、后侧板11和散热基板10围合形成风道17，散热翅片16位于风道17内，风道17两端通过前通风口和后通风口与外部空气连接，以便使散热器103的散热最好。

本实施例中，功率模块及功率模块的部件的前侧、后侧、左侧和右侧以功率模块在变流器箱体中实际使用位置为准，对应变流器箱门的一侧为前侧，如图1和图2所示，为本实施例中功率模块及功率模块的部件的前侧、后侧、左侧和右侧的方位。

在一可选实施例中，风道组件102还包括两根加强管18，左侧板14外表面还凸设有多块加强板12，加强板12分别连接散热基板10与顶板13，其中，一根加强管18穿射于左侧的多块加强板12上，以增加风道组件102的刚性；右侧板19外表面也凸设有多块加强板12，加强板12分别连接散热基板10与顶板 13，另一根加强管18穿射于右侧的多块加强板12上，以进一步增加风道组件 102的刚性。

在一可选实施例中，例如本实施例中，顶板13左右两端向下翻起折边，以更进一步加强风道组件102的刚性，同时还构成抬起功率模块的提手，方便搬运功率模块。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括接线组件20，接线组件20包括绝缘块201和多个接线铜排202；绝缘块201固定在电容立柱100 上且位于功率模块前侧，用于整体固定接线组件20；多个接线铜排202设于绝缘块201外表面，用于直流进线和交流出线的接线，即接线铜排202接入直流电，经支撑电容30滤波后输入到IGBT组件6逆变成三相交流电，该三相交流电通过接线铜排202输出。

本实施例中，接线组件20设于功率模块前侧，以方便功率模块安装和拆卸时的接线操作。在其他实施例中，接线组件20还可以设于功率模块的后侧、左侧或右侧，在此不做具体限制。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括交流引出铜排80， IGBT组件6通过交流引出铜排80与接线铜排202电连接，以输出三相交流电。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括驱动组件106，驱动组件106包括门极板104和驱动板105，门极板104贴设于IGBT组件6的下表面上；驱动板105固定在电容立柱100上且位于功率模块的周围。门极板104 贴设于IGBT组件6的下表面上以使门极板的控制端与IGBT组件6的控制端连接；驱动板105的控制端与门极板104的输入端电连接，驱动板105用于通过门极板104控制IGBT组件6工作。

在一可选实施例中，例如本实施例中，IGBT组件6包括第一IGBT器件90、第二IGBT器件92和第三IGBT器件94，对应的，门极板104有三个，分别为第一门极板91、第二门极板93和第三门极板95，对应的，驱动板105有三个，分别为第一驱动板60、第二驱动板61和第三驱动板63。

第一IGBT器件90、第二IGBT器件92和第三IGBT器件94贴设于散热基板10下表面。第一门极板91设于第一IGBT器件90下表面，以使第一门极板 91的控制端与第一IGBT器件90的控制端连接。第二门极板93设于第二IGBT 器件92下表面，以使第二门极板93的控制端与第二IGBT器件92的控制端连接。第三门极板95设于第三IGBT器件94下表面，以使第三门极板95的控制端与第三IGBT器件94的控制端连接。

第一驱动板60安装在电容立柱100上，且第一驱动板60的控制端电连接第一门极板91的输入端。第二驱动板61安装在电容立柱100上，且第二驱动板 61的控制端电连接第二门极板93的输入端。第三驱动板63安装在电容立柱100 上，且第三驱动板63的控制端电连接第三门极板95的输入端。

第一IGBT器件90的输入端、第二IGBT器件92输入端和第三IGBT器件 94的输入端并联在支撑电容30的输出端上。第一IGBT器件90的输出端、第二IGBT器件92的输出端和第三IGBT器件94的输出端分别电连接一个接线铜排202，以便分别引出三相交流电。

本实施例中，IGBT组件6可以包括一个或多个IGBT器件，不限于上述实施例中说明的三个，IGBT器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)；相应地，驱动组件的数量也不限于上述实施例中说明的三个，其数量与IGBT组件的数量保持一致，在此不作具体限制。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括第四IGBT器件96、门极板104还包括第四门极板97，驱动板105还包括第四驱动板64，外部直流电源通过第四IGBT器件96流入支撑电容30，其中，第四IGBT器件96的输入端电连接一个接线铜排202以便连接外部直流电，第四IGBT器件96的输出端电连接支撑电容30的输入端。设置第四IGBT器件96后，可以对直流电起到预充的作用。本实施例中，第四IGBT器件96设于散热基板10下表面，第四门极板97设于第四IGBT器件96下表面，以使第四门极板97的控制端与于第四IGBT 器件96的控制端连接。第四驱动板64设于电容立柱100上，且第四驱动板64 的控制端电连接第四门极板97的输入端。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括浪涌吸收电路961，浪涌吸收电路961的输入端电连接第四IGBT器件96的输入端，浪涌吸收电路 961的输出端电连接第四IGBT器件96的输出端，以吸收第四IGBT器件96的浪涌电压。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括电子盒40，电子盒 40固定在电容立柱100上且位于支撑电容30下方，电子盒40用于集中部分内部线路，以使线路集中后再与外部设备连接，避免功率模块与外部设备连接的线路过于杂乱。

在一可选实施例中，例如本实施例中，电子盒40贴设于支撑电容下表面，以减小功率模块的体积。

在一可选实施例中，例如本实施例中，电子盒40包括壳体，壳体固定在电容立柱100上且形成有容纳腔；其中，容纳腔内设置有脉冲分配电路板3和开关电源板2，壳体外侧设置有接线端口404。

在一可选实施例中，例如本实施例中，接线端口404包括多个插座403，多个插座403排列设于壳体外表面。

在一可选实施例中，例如本实施例中，脉冲分配电路板3的第一输出端电连接第一驱动板60的第一输入端，脉冲分配电路板3的第二输出端电连接第二驱动板61的第一输入端，脉冲分配电路板3的第三输出端电连接第三驱动板63 的第一输入端，脉冲分配电路板3的第四输出端电连接第四驱动板64的第一输入端，脉冲分配电路板3的输入端电连接一个或多个插座403，第一驱动板60、第二驱动板61、第三驱动板63和第四驱动板64通过脉冲分配电路板3接收外部逻辑控制单元的脉冲信号。

在一可选实施例中，例如本实施例中，开关电源板2的第一输出端电连接第一驱动板60的第二输入端，开关电源板2的第二输出端电连接第二驱动板61 的第二输入端，开关电源板2的第三输出端电连接第三驱动板63的第二输入端，开关电源板2的第四输出端电连接第四驱动板64的第二输入端，开关电源板2 的输入端电连接一个或多个插座403，外部电源通过开关电源板2给第一驱动板 60、第二驱动板61、第三驱动板63和第四驱动板64供电。

在一可选实施例中，例如本实施例中，电子盒40的壳体包括侧壳401和底壳402，侧壳401由多个侧壁围合而成，底壳402盖设在侧壳401上以与多个侧壁围合形成容纳腔。

在一可选实施例中，例如本实施例中，侧壳401采用不锈钢板折合而成。

在一可选实施例中，例如本实施例中，多个插座403设置在侧壳401的侧壁上。

在一可选实施例中，例如本实施例中，侧壳401和底壳402设置有若干散热孔，以给开关电源板2和脉冲分配电路板3散热。

在一可选实施例中，例如本实施例中，插座403周缘设置有保护圈，以防止车辆运行时线缆外表被磨损。保护圈为硅胶或橡胶材料制成。

在一可选实施例中，例如本实施例中，第一驱动板60和第二驱动板61设置在功率模块左侧且分别固定在电容立柱100上，第三驱动板63和第四驱动板 64设置在功率模块右侧且分别固定在电容立柱100上。

在一可选实施例中，例如本实施例中，位于功率模块前侧的电容立柱100 设置有把手，把手用于拖拉功率模块。优选地，把手为可折叠把手以便节省空间。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括放电电阻301，放电电阻301安装在散热器103上，且两端电连接在层叠母排70上，以提供支撑电容30放电。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括垫板50，垫板50固定在电容立柱100上且位于电子盒40下方。设置垫板50后，可以使功率模块安装更加方便。优选地，垫板50有两块，设置在电容立柱100下端。

在一可选实施例中，例如本实施例中，功率模块还包括温度传感器302，温度传感器302安装在散热器103上。温度传感器302用于检测散热气流的温度。在一可选实施例中，例如本实施例中，温度传感器302设于散热基板10下表面且其探测端穿过散热基板10延伸至散热翅片16区域，以便检测气流的最高温度。

在一可选实施例中，例如本实施例中，开关电源板2的第五输出端电连接温度传感器302的输入端，以给温度传感器302供电。温度传感器302的输出端电连接一个插座403，以将采集的温度信息发送给外部逻辑控制单元。

在一可选实施例中，例如本实施例中，驱动板、散热器103、支撑电容30 和接线组件20通过螺钉或螺栓固定在电容立柱100，优选为螺栓；IGBT组件6 通过螺钉或螺栓固定在散热器103，优选为螺栓。门极板104通过螺钉或螺栓固定在IGBT组件6下表面，优选为螺栓。

本实用新型还提出一种变流器的一实施例，在本实施例中，变流器包括上述任意一项实施例所述的功率模块。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括：

电容立柱；

散热器，固定在所述电容立柱上；

IGBT组件，贴设于所述散热器的下表面；以及，

支撑电容，固定在所述电容立柱上且位于所述IGBT组件的下方。

2.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括层叠母排，所述层叠母排设于所述IGBT组件和所述支撑电容之间。

3.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述散热器包括：

散热基板，固定在所述电容立柱上；

散热翅片，设于所述散热基板的表面；以及，

风道组件，设于所述散热基板的表面并包围所述散热翅片。

4.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括驱动组件，所述驱动组件包括：

门极板，贴设于所述IGBT组件的表面；

驱动板，固定在所述电容立柱上且位于所述功率模块的周围。

5.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括接线组件，所述接线组件包括：

绝缘块，固定在所述电容立柱上且位于所述功率模块的前侧；以及，

多个接线铜排，设于所述绝缘块上。

6.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括电子盒，所述电子盒固定在所述电容立柱上且位于所述支撑电容的下方。

7.如权利要求6所述功率模块，其特征在于，所述电子盒包括壳体，所述壳体固定在所述电容立柱上且形成有容纳腔；其中，所述壳体的外侧设置有接线端口，所述容纳腔内设置有脉冲分配电路板和开关电源板。

8.如权利要求6所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括垫板，所述垫板固定在所述电容立柱上且位于所述电子盒的下方。

9.如权利要求1所述功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述散热器上。

10.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括权利要求1至9任意一项所述功率模块。