CN211579886U - 一种级联型光伏逆变器单元模块装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种级联型光伏逆变器单元模块装置。单元模块装置包括单元外壳、单元功率模块、单元基板和单元模块对外接口；所述单元外壳底部为鳍片散热器形状，将整个单元外壳底部作为散热器使用；所述单元功率模块板卡材质为铝基板，通过导热质与无电镀层单元区域贴合，通过扁平线与单元基板连接；所述单元基板固定在单元外壳内部，单元核心板、电压泄放板和六个驱动保护板通过卡槽固定在单元基板上；所述单元模块对外接口包含输入直流接口、输出交流接口和光纤通信接口。本实用新型在保证工作性能稳定的前提下，极大的节省单元装置的体积，减少了生产成本，使设备模块化，易于后期设备的扩展和替换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种级联型光伏逆变器单元模块装置，属于电力电子技术领域。
背景技术
由于级联型光伏逆变器可以无变压器地接入电网，并且具有电网电流谐波含量低、系统效率高等优点，因此在电能转换领域中得到广泛的应用。逆变器单元模块装置中会应用多个MOS管，而MOS管是功率器件，自身的散热性能不满足散热要求，为了防止MOS管因过热而导致损坏，需要加散热片装置，传统的散热鳍片占用空间比较大，整体散热效果一般。此外，MOS管在应用过程中还需要专门的驱动保护电路，再加上功率单元装置固有的逆变电路、控制电路、保护电路等，使得整个单元体积很大，不方便安装和拆卸，应该在满足散热要求的基础上尽可能的减少单元模块的体积。现有的功率单元装置有两种，一种是散热性能良好，但是体积比较大，当损坏或者是需要更换时不方便拆卸；另一种是体积相对较小，但是工作过程中产生的热量无法很好地散去，容易造成装置的损坏。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：现有级联型光伏逆变器安装拆卸不便，且无法兼顾减小体积和散热效果的问题。
为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是提供了一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设有单元功率模块和单元基板，单元功率模块与单元基板连接，所述单元基板上设有用于实现单元核心控制算法和产生驱动信号的单元核心板、用于产生功率器件的驱动和形成短路保护信号的驱动保护板、用于对主电路进行过压保护的电压泄放板，壳体上设有设有单元模块装置对外接口和散热装置。
优选地，所述壳体包括L形单元盖板以及与L形单元盖板相配合的单元外壳。优选地，所述散热装置为设在单元外壳底部的散热鳍片。
优选地，所述单元功率模块包括用于实现升压以及MPPT功能的Boost升压电路和用于将前级输出直流电压逆变为交流电压的逆变桥电路，所述Boost升压电路包括电感L，电感L分别连接MOS管V的源极和二极管VD的阳极，二极管VD的阴极分别连接电容C的一端和逆变桥电路的输入端，MOS管V的漏极分别连接电容C的另一端和逆变桥电路的输入端；逆变桥电路由四个带有反并联二极管的MOS管组成。
优选地，所述单元外壳内壁设有电镀层区域和无电镀层区域，所述单元功率模块设于无电镀层区域。
优选地，所述单元核心板通过单元核心板固定槽固定在单元基板上；所述驱动保护板通过驱动保护板固定槽固定在单元基板上；所述电压泄放板通过电压泄放板固定槽固定在单元基板上。
优选地，所述驱动保护板固定槽、单元核心板固定槽和电压泄放板固定槽通过排针与单元基板插拔连接。
优选地，所述单元外壳内壁设有用于固定单元基板的单元基板固定螺纹孔。
优选地，所述单元外壳上设有用于将单元模块装置固定在整机上的单元装置固定孔。
优选地，所述单元基板和单元外壳之间设有用于增加单元基板和单元外壳距离进而防止热量损坏单元基板的铜柱。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型将级联型光伏逆变器的单元电路集成在一个较小的单元壳体里面，同时采用带有散热装置的外壳，结合单元功率模块电路的使用，以铝基板卡为载体，整个单元外壳为散热装置，散热效果较传统的散热方式有了明显提高，按照传统的方式需要六个小型散热装置贴敷在MOS管旁边，不利于PCB的布局，此装置解决了这一弊端，减少了装置的体积，并且减少了生产成本，使设备模块化，易于后期设备的扩展和替换。
附图说明
图1为本实用新型单元外壳的正面结构示意图；
图2为本实用新型单元外壳的背面结构示意图；
图3为本实用新型L形单元盖板的结构示意图；
图4为本实用新型单元基板的结构示意图；
图5为本实用新型单元功率模块电路结构示意图。
附图标记说明：1、单元外壳；2、L形单元盖板；3、散热鳍片；4、无电镀层区域；5、电镀层区域；6、螺纹孔；7、光纤信号线进出口；8、单元功率模块固定螺纹孔；9、单元基板固定螺纹孔；10、驱动保护板固定槽；11、单元核心板固定槽；12、电压泄放板固定槽；13、单元基板；14、单元装置固定孔。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1至图5所示，本实用新型提供的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，包括单元外壳1和L形单元盖板2。单元外壳1采用标准化的铝合金单元壳体，通过对单元外壳1进行电镀形成电镀层区域5，电镀层区域5可以增强单元外壳1的抗腐蚀性和耐热性等功能；单元外壳1内部有一矩形区域将电镀层打磨，即无电镀层区域4，用于安装单元功率模块，单元外壳1内部还设置多个单元基板固定螺纹孔9，用于安装固定单元基板13。单元功率模块通过扁平线与单元基板13连接，单元基板13上安装单元核心板、驱动保护板和电压泄放板。单元核心板用于实现单元核心控制算法和产生驱动信号，驱动保护板用于产生功率器件的驱动和形成短路保护信号，电压泄放板用于对主电路进行过压保护。单元外壳1一侧加工有三个M20*15的螺纹孔6，作为直流电源输入口和交流输出口使用。单元外壳1底部安装有散热鳍片3，使整个单元底部作为散热片使用，可以很大程度上节省装置的体积，同时相对使用传统的散热装置而言，具有更优越的散热性能。L形单元盖板2为铝合金材料，左侧的槽口为单元功率模块的光纤信号线进出口7，直流电源输入口、交流输出口和光纤信号线进出口7为单元模块装置对外接口，单元模块装置的整体大小为200mm*140mm*65mm。
单元功率模块由Boost升压电路和逆变桥电路构成，Boost升压电路主要实现升压以及MPPT功能；Boost升压电路包括电感L，电感L分别连接MOS管V的源极和二极管VD的阳极，二极管VD的阴极分别连接电容C的一端和逆变桥电路的输入端，MOS管V的漏极分别连接电容C的另一端和逆变桥电路的输入端；逆变桥电路由四个带有反并联二极管的MOS管V1、V2、V3、V4组成，将前级输出直流电压逆变为交流电压。电压泄放板的MOS管也独立放在单元功率模块中，所以单元功率模块包含6个MOS管，其中4个MOS管用于逆变器、1个MOS管用于Boost升压电路、1个MOS管用于主电路保护。单元功率模块材料为铝基板，铝基板具有很好的导热功能，将铝基板固定在单元外壳1的无电镀层区域4处，通过导热质紧贴单元外壳1。当正常工作时，多个MOS管产生的热量会通过铝基板迅速向单元外壳扩散。由于单元外壳1的底部为散热鳍片3，相当于将单元外壳作为一个整体的散热装置，热量传到单元外壳之后会经过散热片迅速消散，使MOS管产生的热量不进行积攒，整个单元的温度相对稳定，可以很好的保护功率器件，延长使用寿命。
单元基板主要进行单元模块装置内模拟量采集，采集光伏电池板电压、电流及单元模块的母线电压，同时把每个功率模块单元的光伏电池的电压电流以及母线电压通过光纤通信发送出去，单元基板13固定在单元外壳预留的电路板螺丝孔9处，板卡四周打孔，并且加上一层绝热材料。单元核心板作为单元的核心控制电路板卡，通过单元核心板固定槽11固定在单元基板13上。驱动保护板共有六个，与单元功率模块中的六个MOS管一一对应，六个驱动保护板通过驱动保护板固定槽10固定在单元基板13上。电压泄放板与单元功率模块中独立的MOS管共同组成电压泄放电路，对主电路进行过压保护，电压泄放板通过电压泄放板固定槽12固定在单元基板13上。
无电镀层区域4比电镀层区域5高2-4mm，因为在电镀的时候，是对整个单元外壳进行电镀，为了使单元功率模块上面的MOS管更好的散热，所以将其连接的底板区域上的电镀层打磨掉，同时无电镀层区域4的面积与单元功率模块的面积相同。
单元功率模块要通过导热质与无电镀层区域4贴合连接。单元功率模块固定螺纹孔8在单元外壳1内部正面打孔，使单元功率模块贴合在单元外壳1上。单元基板固定螺纹孔9在单元外壳1正面打孔，通过铜柱抬升单元基板13的高度，防止经过单元外壳1的热量对其造成损坏，铜柱高度为8mm。单元基板13的四个固定孔为无铜箔打孔，单元基板13下面涂抹一层绝热材料。
驱动保护板固定槽10、单元核心板固定槽11和电压泄放板固定槽12均是通过排针与单元基板13进行插拔连接。单元外壳1底部散热鳍片3可以起到很好的散热作用，正常情况下，温升不超过40℃，因此本实用新型没有进行风扇设计。单元模块装置通过单元固定孔14固定在整机上面。
工作原理：本实用新型的单元外壳1和L形单元盖板2整体为铝合金材质，表面进行电镀，整体为黑色，单元功率模块包含六个MOS管，单元功率模块板卡为铝基板材质，将单元外壳1部分电镀层区域5进行机床打磨除去电镀层，即无电镀层区域4，铝基板通过导热质与无电镀层区域4贴合，当MOS管工作时，产生的热量会通过铝基板向单元外壳1散去，单元外壳1的底部是散热鳍片3，相当于一个大的散热器，可以将产生的热量迅速散去，单元基板13固定在单元外壳1上，其余的单元模块固定在单元基板13上面，使得整个级联型光伏逆变器单元模块装置空间利用率最大化，在保证良好的散热基础上，尽最大可能的减小了单元装置的体积，使得单元装置的体积大小为200mm*140mm*65mm，同时减少了生产成本，使设备模块化，易于后期设备的扩展和替换。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并不是限制本实用新型，尽管参照前述的实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者是对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设有单元功率模块和单元基板(13)，单元功率模块与单元基板(13)连接，所述单元基板(13)上设有用于实现单元核心控制算法和产生驱动信号的单元核心板、用于产生功率器件的驱动和形成短路保护信号的驱动保护板、用于对主电路进行过压保护的电压泄放板，壳体上设有单元模块装置对外接口和散热装置。
2.如权利要求1所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述壳体包括L形单元盖板(2)以及与L形单元盖板(2)相配合的单元外壳(1)。
3.如权利要求1所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述散热装置为设在单元外壳(1)底部的散热鳍片(3)。
4.如权利要求1所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元功率模块包括用于实现升压以及MPPT功能的Boost升压电路和用于将前级输出直流电压逆变为交流电压的逆变桥电路，所述Boost升压电路包括电感L，电感L分别连接MOS管V的源极和二极管VD的阳极，二极管VD的阴极分别连接电容C的一端和逆变桥电路的输入端，MOS管V的漏极分别连接电容C的另一端和逆变桥电路的输入端；逆变桥电路由四个带有反并联二极管的MOS管组成。
5.如权利要求2所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元外壳(1)内壁设有电镀层区域(5)和无电镀层区域(4)，所述单元功率模块设于无电镀层区域(4)。
6.如权利要求1所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元核心板通过单元核心板固定槽(11)固定在单元基板(13)上；所述驱动保护板通过驱动保护板固定槽(10)固定在单元基板(13)上；所述电压泄放板通过电压泄放板固定槽(12)固定在单元基板(13)上。
7.如权利要求6所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述驱动保护板固定槽(10)、单元核心板固定槽(11)和电压泄放板固定槽(12)通过排针与单元基板(13)插拔连接。
8.如权利要求2所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元外壳(1)内壁设有用于固定单元基板(13)的单元基板固定螺纹孔(9)。
9.如权利要求2所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元外壳(1)上设有用于将单元模块装置固定在整机上的单元装置固定孔(14)。
10.如权利要求1所述的一种级联型光伏逆变器单元模块装置，其特征在于：所述单元基板(13)和单元外壳(1)之间设有用于增加单元基板(13)和单元外壳(1)距离进而防止热量损坏单元基板(13)的铜柱。
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