CN211209596U - 一种新型功率模块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型功率模块结构，属于电力电子设备领域，包括水冷板和分别设置在水冷板两侧的电容组件和若干个IGBT；水冷板上设置有冷却液流道；电容组件包括壳体和设置在壳体内的薄膜介质，壳体上设置有输入正极母排、输入负极母排、交流母排、输出正极母排和输出负极母排，输入正极母排、输入负极母排、输出正极母排、输出负极母排均与薄膜介质连接；交流母排、输出正极母排、输出负极母排上均设置有若干个针脚结构，IGBT通过针脚结构与交流母排、输出正极母排、输出负极母排电连接；水冷板上还安装有IGBT驱动板，IGBT驱动板与IGBT电连接。本实用新型结构简单、设计合理，既方便安装IGBT，又能够灵活的设置功率大小，还具有良好的散热效果。

Description

一种新型功率模块结构

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种新型功率模块结构。

背景技术

汽车新能源行业中最核心的部件就是汽车的动力系统(电驱系统总成)，而电驱系统总成的核心控制单元是电机控制器。是电驱系统的心脏。电机控制器中功率模块性能的好坏直接影响其是否能够正常工作。目前汽车新能源行业的国家补贴已经接近尾声。整车厂对零部件的降价压力越来越大。但是在这样的环境下行业普遍使用的英飞凌模块价格在不断上涨，到目前位置售价涨幅几乎接近翻倍。而功率模块的成本已经达到了整个控制器的50％甚至更高。

常用功率模块中，电容组件与封装IGBT的连接连接方式是电容组件伸出的铜排搭接在封装IBGT的连接端子处，并通过螺栓压紧来实现连接。

但是为了降低成本，目前的做法是将功率模块中的IGBT与电容组件分离，使用时再根据需要选择适当数量的IGBT安装在电容组件上使用。因此IGBT事先不再与电容组件进行封装，于是其与电容组件相连接的连接端子不复存在，这就导致组合时，IGBT与薄膜电容的连接步骤繁琐，使用不够方便。

同时，现有的功率模块在使用时，IGBT工作会释放大量的热量，导致设备升温，一方面影响工作效率，另一方面高温还容易引起部件加速老化、甚至火灾等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的功率模块中IGBT与电容组件的连接繁琐以及IGBT散热性能差的问题，本实用新型的目的在于提供一种新型功率模块结构。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种新型功率模块结构，包括水冷板和分别设置在所述水冷板两侧的电容组件和若干个IGBT；所述水冷板上设置有冷却液流道以及与所述冷却液流道连接的进液口和出液口；所述电容组件包括壳体和设置在所述壳体内的薄膜介质，所述壳体上设置有输入正极母排、输入负极母排、交流母排、输出正极母排和输出负极母排，所述输入正极母排、所述输入负极母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排均与所述薄膜介质连接；所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排上均设置有若干个针脚结构，所述IGBT通过所述针脚结构与所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排电连接；所述水冷板上还安装有IGBT驱动板，所述IGBT驱动板与所述IGBT电连接。

优选的，所述水冷板包括基板和封板，所述基板的一侧设置有台阶状凹槽，所述封板密封安装在所述台阶状凹槽的台阶内，所述封板与所述台阶状凹槽构成所述冷却液流道。

优选的，所述基板与所述封板通过搅拌摩擦焊连接。

进一步的，所述基板的另一侧设置有与所述台阶状凹槽正对的安装槽，所述IGBT位于所述安装槽内。

进一步的，所述IGBT与所述水冷板之间设置有导热绝缘垫，所述IGBT外侧设置有压板，所述压板通过压板螺钉固定在所述水冷板上。

优选的，所述导热绝缘垫为陶瓷片。

进一步的，所述IGBT涂覆有导热硅脂。

优选的，所述输入正极母排、所述输入负极母排、所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排均通过环氧树脂灌封在所述壳体上。

优选的，所述针脚结构均设置在所述壳体面向所述水冷板的一侧，所述水冷板上设置有供所述针脚结构通过的通槽。

优选的，所述IGBT与所述IGBT驱动板锡焊连接。

采用上述技术方案，由于交流母排、输出正极母排、输出负极母排上针脚结构的设置，使得IGBT能够通过针脚结构方便快速的与电容组件进行连接组合，从而根据使用情况实现IGBT数量的自由搭配，达到降本增效的目的；水冷板及其上冷却液流道的设置，以及将电容组件、IGBT分别安装在水冷板两侧的设置，使得IGBT工作时发出的热量能够通过热传导的方式传递给水冷板，并由流动的冷却液带走，从而达到降温散热的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为新型功率模块结构的主视图；

图2为图1所示新型功率模块结构的俯视图；

图3为图1所示新型功率模块结构的左视图；

图4为沿图2中A-A线的剖视图；

图5为图4中B处的局部放大示意图；

图6为本实用新型中水冷板的结构示意图；

图7为沿图6中C-C线的剖视图；

图8为本实用新型中电容组件的主视图；

图9为本实用新型中电容组件的俯视图；

图10为图9中D处的局部放大示意图；

图11为新型功率模块结构去除IGBT驱动板后的俯视图。

图中:1-水冷板、11-基板、12-封板、13-冷却液流道、14-通槽、15-安装槽、2-电容组件、21-壳体、22-输入正极母排、23-输入负极母排、24-交流母排、25-输出正极母排、26-输出负极母排、27-针脚结构、28-电容固定螺栓、3-IGBT、4-IGBT驱动板、5-导热绝缘垫、6-压板、7-压板螺钉、8-驱动板固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，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发明的限制。

对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，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，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-5所示，一种新型功率模块结构，包括水冷板1和分别设置在水冷板1两侧的电容组件2和若干个IGBT3；水冷板1上还安装有IGBT驱动板4，IGBT驱动板4与IGBT3电连接，具体的，IGBT3与IGBT驱动板4锡焊连接；水冷板1上设置有冷却液流道13以及与冷却液流道13连接的进液口(图中未示出)和出液口(图中未示出)。

如图6及图7所示，水冷板1包括基板11和封板12，其中基板11的一侧设置有台阶状凹槽，该台阶状凹槽整体呈长条形，直线状或者曲线状均可，但实施例优选呈直线状，且其两个端部分别贯穿基板11的两个端面；封板12也呈长条形，且形状呈与台阶状凹槽相适配的直线状，封板12密封安装在上述的台阶状凹槽的台阶内，封板12与台阶状凹槽构成上述的冷却液流道13；本实施例中，封板12通过搅拌摩擦焊的方式与基板11固定连接。

本实施例中，上述的冷却液流道13有两个，两个冷却液流道13相互平行且正对的布置在基板11的同一侧，且两个冷却液流道13间隔分布。

如图8-10所示，上述的电容组件2包括壳体21和设置在壳体21内的薄膜介质(图中未示出)，壳体21上设置有输入正极母排22、输入负极母排23、交流母排24、输出正极母排25和输出负极母排26。其中，输入正极母排22、输入负极母排23、输出正极母排25、输出负极母排26的一个端头均伸入壳体21内与上述的薄膜介质连接；输入正极母排22、输入负极母排23的另一个端头均位于壳体21外部用于电流接入；而交流母排24、输出正极母排25、输出负极母排26伸出壳体21的部分上均设置有若干个针脚结构27；上述的若干个IGBT3均通过上述的针脚结构27同时与交流母排24、输出正极母排25、输出负极母排26电连接。

上述针脚结构27的设置，使得IGBT3能够很方便、快速的连接到输出正极母排25、输出负极母排26以及交流母排24上。可以通过改变IGBT3的数量来改变模块的功率大小，可以采用同样的布置方式完成不同功率模块的推广，相对于目前市场上的封装模块成本可大幅度降低。

通常，交流母排24包括A相母排241、B相母排242和C相母排243，并且A相母排241、B相母排242和C相母排243三者呈一列分布。

本实施例中，交流母排24、输出正极母排25和输出负极母排26均设置在壳体21的同一个侧面上，且该侧面朝向基板11设置冷却液流道13的；电容组件2(壳体21)通过电容固定螺栓28与水冷板1实现固定连接，同时水冷板1也即基板11的中部(两个冷却液流道13之间)设置有通槽14，上述的针脚结构27通过通槽14穿过水冷板1。

并且输出正极母排25和输出负极母排26分布在与交流母排24相平行的直线上。如此设置，使得交流母排24、输出正极母排25、输出负极母排26三者之间的距离适宜，能够保证IGBT3同时与输出正极母排25、输出负极母排26以及交流母排24上的针脚结构27连接。

本实施例中，输入正极母排22、输入负极母排23、输出正极母排25、输出负极母排26均与上述的薄膜介质通过焊接的方式连接。

为了实现更好的固定和绝缘效果，本实施例中，输入正极母排22、输入负极母排23、交流母排24、输出正极母排25、输出负极母排26均通过环氧树脂灌封在壳体21上。如此设置，使得壳体21、输入正极母排22、输入负极母排23、交流母排24、输出正极母排25以及输出负极母排26构成一个整体，且相互之间难既难以松动也不会漏电。

上述的灌封连接方式，使得本实用新型从外观上看，输入正极母排22、输入负极母排23、输出正极母排25、输出负极母排26以及交流母排24均有一部分位于壳体21的内部，而只有端头位于壳体21的外部。

如图7所示，基板11的另一侧设置有与台阶状凹槽正对的安装槽15，上述的若干个IGBT3位于安装槽15内，且安装槽15与上述的通槽14连通从而使针脚结构27穿过水冷板1后与IGBT3实现连接。

IGBT3与水冷板1(基板11)之间设置有导热绝缘垫5，同时，IGBT3的外侧设置有压板6，压板6呈“Z”形或者类似形状，其两个互相平行的边一个用于通过压板螺钉7固定在水冷板1上，另一个用于将IGBT3压紧。本实施例中，上述的导热绝缘垫5为陶瓷片。

同时，为了提高散热效率，IGBT3的表面涂覆有导热硅脂。

上述的IGBT驱动板4通过驱动板固定螺栓8固定在水冷板1设置IGBT3的一侧，以方便与IGBT3连接。具体的，IGBT驱动板4将安装槽15及其内安装的IGBT3覆盖。为了进一步的提高散热效率，本实施例中，在IGBT驱动板4与安装槽15(及其内安装的IGBT3)形成的间隙内填充导热硅脂，从而使IGBT驱动板4产生的热量也能够快速的传导到水冷板1上。

使用时，根据需要将指定数量的IGBT3安装在水冷板1上的安装槽15内，如图11所示，多个IGBT3呈两列分布，每个IGBT3都通过针脚结构27与交流母排24、输出正极母排25、输出负极母排26实现电连接，同时每个IGBT3都与每个IGBT驱动板4电连接；使用时，将输入正极母排22、输入负极母排23的连接到电源，该电源通常输出的是直流电，直流电通过薄膜介质的缓冲后在流向输出正极母排25、输出负极母排26，并通过其上的针脚结构27传到IGBT3，IGBT驱动板4对通过IGBT3的电流进行控制整合后，再通过针脚结构27将电流传递给交流母排24输出持续稳定的电流。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型功率模块结构，其特征在于：包括水冷板和分别设置在所述水冷板两侧的电容组件和若干个IGBT；所述水冷板上设置有冷却液流道以及与所述冷却液流道连接的进液口和出液口；所述电容组件包括壳体和设置在所述壳体内的薄膜介质，所述壳体上设置有输入正极母排、输入负极母排、交流母排、输出正极母排和输出负极母排，所述输入正极母排、所述输入负极母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排均与所述薄膜介质连接；所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排上均设置有若干个针脚结构，所述IGBT通过所述针脚结构与所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排电连接；所述水冷板上还安装有IGBT驱动板，所述IGBT驱动板与所述IGBT电连接。

2.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述水冷板包括基板和封板，所述基板的一侧设置有台阶状凹槽，所述封板密封安装在所述台阶状凹槽的台阶内，所述封板与所述台阶状凹槽构成所述冷却液流道。

3.根据权利要求2所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述基板与所述封板通过搅拌摩擦焊连接。

4.根据权利要求2所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述基板的另一侧设置有与所述台阶状凹槽正对的安装槽，所述IGBT位于所述安装槽内。

5.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述IGBT与所述水冷板之间设置有导热绝缘垫，所述IGBT外侧设置有压板，所述压板通过压板螺钉固定在所述水冷板上。

6.根据权利要求5所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述导热绝缘垫为陶瓷片。

7.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述IGBT涂覆有导热硅脂。

8.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述输入正极母排、所述输入负极母排、所述交流母排、所述输出正极母排、所述输出负极母排均通过环氧树脂灌封在所述壳体上。

9.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述针脚结构均设置在所述壳体面向所述水冷板的一侧，所述水冷板上设置有供所述针脚结构通过的通槽。

10.根据权利要求1所述的新型功率模块结构，其特征在于：所述IGBT与所述IGBT驱动板锡焊连接。

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