CN212012491U - 三电平功率单元装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三电平功率单元装置，包括机箱、驱动组件以及储能电容组件，且所述驱动组件包括相叠的驱动板、叠层母排、散热器及多个功率单元；所述机箱的底部具有第一通风口，所述机箱的顶部具有第二通风口，并在所述机箱内形成位于第一通风口和第二通风口之间的散热风道，所述驱动组件和储能电容组件分别位于所述散热风道内，且所述驱动组件位于所述储能电容组件的上方。本实用新型实施例通过将驱动板、叠层母排、散热器及多个功率单元相叠设置，可优化结构布局设计，提高集成度，使整体结构更加简单紧凑，功率密度更高，同时能够实现高效的风冷散热，具高散热效果。

Description

三电平功率单元装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种三电平功率单元装置。

背景技术

三电平逆变器是基于三个固定电平的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)电路。由于三电平逆变器在较低开关频率下可以获得较好的波形，且具有开关损耗低、效率高及电路的电磁干扰小等优点，因此在电力电子领域中被广泛的应用。

但是，目前三电平功率单元装置的整体结构较为复杂、且分散，无法有效缩减体积，导致功率密度较低，且生产时需要较高的制造成本。此外，受结构的影响，现有三电平功率单元装置的散热效果较为不足，且具高杂散电感，大大降低了三电平功率单元装置的使用的可靠性。

实用新型内容

本实用新型实施例针对上述现有三电平功率单元装置的结构较为复杂分散、体积大且制造成本高、散热效果差以及杂散电感高、可靠性较为不足的问题，提供一种新的三电平功率单元装置。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种三电平功率单元装置，包括机箱、驱动组件以及储能电容组件，且所述驱动组件包括相叠的驱动板、叠层母排、散热器及多个功率单元；所述机箱的底部具有第一通风口，所述机箱的顶部具有第二通风口，并在所述机箱内形成位于第一通风口和第二通风口之间的散热风道，所述驱动组件和储能电容组件分别位于所述散热风道内，且所述驱动组件位于所述储能电容组件的上方。

优选地，所述储能电容组件和多个功率单元分别与所述叠层母排导电连接，并形成单相T型三电平电路。

优选地，所述散热器包括基板以及位于基板的正面的散热翅片，所述多个功率单元分别固定在所述基板的背面；所述机箱内包括固定支架，且所述散热器以基板和散热翅片分别垂向的方式安装在所述固定支架上。

优选地，所述叠层母排包括正直流母排、负直流母排、中间电位母排和输出母排，所述正直流母排、负直流母排、中间电位母排和输出母排以相互绝缘且主体部分相互平行的方式相叠在一起；所述叠层母排以与所述散热器的基板平行的方式安装在所述机箱内。

优选地，所述叠层母排垂直于所述机箱的前面板，所述叠层母排的正直流母排、负直流母排和输出母排分别包括朝向所述机箱的前面板设置的接线脚；所述机箱的前面板包括一个或多个盖板，且所述盖板的位置分别与所述接线脚的位置对应。

优选地，所述驱动板安装在所述叠层母排和所述功率单元之间。

优选地，所述储能电容组件包括印制电路板和多个储能电容，且所述储能电容以中心轴垂直于所述印制电路板的方式焊接在所述印制电路板上；所述储能电容组件以印制电路板垂向设置的方式固定在所述机箱内。

优选地，所述储能电容组件包括安装板，且所述安装板上具有多个固定孔；所述储能电容组件通过所述安装板安装在所述机箱内，且所述多个储能电容分别穿过所述安装板上的固定孔。

优选地，所述印制电路板和安装板分别与所述散热器的基板平行。

优选地，所述机箱包括机箱主体和绝缘侧板，且所述驱动组件以及储能电容组件安装在由所述机箱主体和绝缘侧板围合而成的腔体内。

本实用新型实施例的三电平功率单元装置具有以下有益效果：通过将驱动板、叠层母排、散热器及多个功率单元相叠设置，从而优化结构布局设计，可以有效提高集成度，使整体结构更加简单紧凑，不仅能够降低材料成本，还有利于缩减体积，提高功率密度，同时还便于在受限的安装空间使用，使适用范围更加广泛；并且，还通过在机箱形成散热风道，这样可以借助散热风道内的散热气流转移驱动组件和储能电容组件上的热量，实现高效的风冷散热，提高散热效果。

此外，上述三电平功率单元装置通过提高了整体集成度，并将正直流母排、负直流母排、中间电位母排和输出母排以相互绝缘、且主体部分相互平行的方式相叠在一起，可以有效降低系统杂感系数，使三电平功率单元装置具高可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的三电平功率单元装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的三电平功率单元装置分解的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的三电平功率单元装置的单向三电平电路的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的叠层母排分解的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的三电平功率单元装置的结构示意图，该三电平功率单元装置可应用于输配电技术领域，特别是在大功率的三电平逆变器中。

结合图2所示，本实施例中的三电平功率单元装置包括机箱1、驱动组件2以及储能电容组件3，其中驱动组件2包括驱动板21、叠层母排22、散热器23及多个功率单元24，且驱动板21、叠层母排22、散热器23及多个功率单元24相叠设置，这样可以提高结构布局的合理性，使驱动组件2更具集成化，便于机箱1的体积优化设计。上述驱动组件2中的功率单元24的数量具体可根据实际情况确定。

进一步地，为提高三电平功率单元装置的散热效果，在机箱1的底部设置第一通风口，在机箱1的顶部具有第二通风口，由此可在机箱1内形成位于第一通风口和第二通风口之间的散热风道。散热时，外部空气可由第一通风口或第二通风口流入机箱1内形成散热气流，然后从第二通风口或第一通风口流出，实现循环散热。

由于驱动组件2和储能电容组件3分别位于散热风道内，且驱动组件2位于储能电容组件3的上方，因此驱动组件2和储能电容组件3上产生的热量能够通过散热风道内的散热气流转移至外部环境，以对驱动装置2和储能电容组件3进行降温。

上述三电平功率单元装置通过将驱动板21、叠层母排22、散热器23及多个功率单元24相叠设置，以进行结构布局设计的优化，这样可以有效提高驱动组件2的集成度，进而使整体结构更加简单紧凑，不仅能够降低材料成本，还有利于缩减体积，提高功率密度。并且，具较小体积的三电平功率单元装置便于在受限的安装空间使用，可以使得适用范围更加广泛。

此外，上述三电平功率单元装置还通过设置第一通风口和第二通风口，并在第一通风口和第二通风口之间形成散热风道，从而由散热风道内的散热气流高效的转移驱动组件2和储能电容组件3上的热量，实现对机箱1内的循环风冷散热，使三电平功率单元装置具高散热效果，且该散热方式无需动力源，能够有效简化结构设计，避免结构复杂化而降低了三电平功率单元装置的集成程度，保证整体体积。当然，在具较高散热要求的三电平功率单元装置中，可在机箱1内设置风扇装置，通过风扇装置驱动提高散热风道内散热气流的流动速度，进而提高循环效率，以将驱动组件2和储能电容组件3的热量及时转移至外部环境，使散热更加高效。

由于第一通风口位于机箱1的底部，第二通风口位于机箱1的顶部，即散热风道具体沿垂向设置，因此散热时可在散热风道内形成由下向上的散热气流，以进一步提高散热效果。并且，将驱动组件2设于储能电容组件3的上方，在形成由下向上的散热气流时可对储能电容组件3的进行高效降温，同时保护驱动组件2，对驱动组件2起防尘作用，使得驱动组件2具高可靠性。在实际应用中，驱动组件2和储能电容组件3之间的位置关系可根据实际情况调整，以便于在不影响散热效果的同时，提高对机箱1的体积结构的可设计性。

结合图3所示，在本实用新型的一个实施例中，储能电容组件3和多个功率单元24分别与叠层母排22导电连接，并形成单相T型三电平电路。由于T型三电平电路具有中点续流的能力，因此通过形成T型三电平电路(相对于半桥电路)可以有效改善输出纹波，同时使损耗得到大大的降低。

上述散热器23包括基板231以及位于基板231的正面的散热翅片232，且多个功率单元24分别固定在基板231的背面，这样可由散热器23转移多个功率单元24上的温度，确保多个功率单元24使用的可靠性。上述散热器23通过设置散热翅片232能够增大散热面积，进而提高散热器23的散热能力。在实际应用中，散热翅片232优选以垂直于基板231的方式设置，有利于提高散热器23的结构合理性，便于加工。

特别地，机箱1内设置有固定支架11，且散热器23通过安装在该固定支架11上设于机箱1内。为了避免影响三电平功率单元装置的散热效果，优选将散热器23以基板231和散热翅片232分别垂向设置的方式安装在固定支架11上。

由于散热风道沿垂向设置，因此上述散热器23的安装方式，能够确保散热气流流经并穿过散热器23(避免影响散热气流的循环流动)，同时增大散热气流与基板231和散热翅片232的接触面积，以实现对散热器23的高效降温。

结合图4所示，叠层母排22包括正直流母排221、负直流母排222、中间电位母排223和输出母排224。由于正直流母排221、负直流母排222、中间电位母排223和输出母排224的主体分别为平板结构，因此可将正直流母排221、负直流母排222、中间电位母排223和输出母排224以相互绝缘、且主体部分相互平行的方式相叠在一起，不仅能够保证正直流母排221、负直流母排222、中间电位母排223和输出母排224的绝缘性能，同时还能提高叠成母排22的集成度，使得机箱1内的空间利用率更加高，有效避免正直流母排221、负直流母排222、中间电位母排223和输出母排224之间存在大间隙而增大整体结构的体积。

上述三电平功率单元装置通过提高整体集成度，并采用叠层母排22的方式进行导电连接，从而可以有效降低系统杂感系数，以保证三电平功率单元装置使用的可靠性。

为优化叠层母排22与散热器23之间的布局设计，以提高机箱1内的空间利用率，将上述叠层母排2以与散热器23的基板231平行的方式安装在机箱1内，以缩减三电平功率单元装置在散热器23的基板231的垂向上的体积。

在本实用新型的另一实施例中，叠层母排22垂直于机箱1的前面板，且叠层母排22的正直流母排221、负直流母排222和输出母排224分别包括朝向机箱1的前面板设置的接线脚。具体地，机箱1的前面板包括一个或多个盖板12，且盖板12的位置分别与接线脚的位置对应，即操作人员在打开盖板12后，正直流母排221、负直流母排222和输出母排224上的接线脚可在对应的盖板12露出，这样大大方便了装配人员进行叠层母排22的装配维护操作，能够提高拆装效率。在实际应用中，上述盖板12的数量可根据实际情况调整，以提高对叠层母排22的拆装操作空间，有利于降低操作难度。

为进一步优化三电平功率单元装置的集成设计，可将驱动板21安装在叠层母排22和功率单元24之间，既能够提高布局设计的合理性，又可以降低系统杂散电感系数，使三电平功率单元装置的可靠性更高。

此外，储能电容组件3包括印制电路板31和多个储能电容32，且储能电容32以中心轴垂直于印制电路板31的方式焊接在印制电路板31上。另外，储能电容组件3以印制电路板31垂向设置的方式固定在机箱1内，以对应驱动组件2(具体对应叠层母排22和散热器23，其中散热器23的基板231沿垂向设置)的安装方式，避免限制机箱1的结构体积的可设计性，而使得机箱1的体积增大。

当然，在实际应用中，储能电容组件3、叠层母排22和散热器23之间的布局方式可根据具体情况进行相应调整，以满足实际设计需求。

特别地，储能电容组件3包括安装板33，并通过该安装板33安装到机箱1内。安装板33上具有多个固定孔，且多个固定孔分别与储能电容32相适配，并在储能电容组件3通过该安装板33装配到机箱1时，储能电容组件3上的多个储能电容32分别穿过并限位在安装板33上的多个固定孔内，这样能够有效提高储能电容32的安装稳定性，使得储能电容32能够可靠的保持与印制电路板31的导电连接。

由于印制电路板31沿垂向设置(并平行于与散热器23的基板231)，且储能电容32垂直于印制电路板31，因此将储能电容组件3的安装板33以平行于印制电路板31的方式设置，可以使安装板33与储能电容32之间稳定连接，以对储能电容32进行可靠限位。

优选地，机箱1包括机箱主体13和绝缘侧板14，且驱动组件2以及储能电容组件3安装在由机箱主体13和绝缘侧板14围合而成的腔体内，由此可对驱动组件2和储能电容组件3进行密封保护。

由于绝缘侧板14具高绝缘效果，因此可以将多个三电平功率单元装置以相邻的方式装配一体，由绝缘侧板14保证相邻两个三电平功率单元装置的绝缘性，有效避免大电流系统(即具多个三电平功率单元装置的电力电子设备，例如逆变器)的电涡流效应对系统的可靠性造成影响。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三电平功率单元装置，其特征在于，包括机箱、驱动组件以及储能电容组件，且所述驱动组件包括相叠的驱动板、叠层母排、散热器及多个功率单元；所述机箱的底部具有第一通风口，所述机箱的顶部具有第二通风口，并在所述机箱内形成位于第一通风口和第二通风口之间的散热风道，所述驱动组件和储能电容组件分别位于所述散热风道内，且所述驱动组件位于所述储能电容组件的上方。

2.根据权利要求1所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述储能电容组件和多个功率单元分别与所述叠层母排导电连接，并形成单相T型三电平电路。

3.根据权利要求1或2所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述散热器包括基板以及位于基板的正面的散热翅片，所述多个功率单元分别固定在所述基板的背面；所述机箱内包括固定支架，且所述散热器以基板和散热翅片分别垂向的方式安装在所述固定支架上。

4.根据权利要求3所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述叠层母排包括正直流母排、负直流母排、中间电位母排和输出母排，所述正直流母排、负直流母排、中间电位母排和输出母排以相互绝缘且主体部分相互平行的方式相叠在一起；所述叠层母排以与所述散热器的基板平行的方式安装在所述机箱内。

5.根据权利要求4所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述叠层母排垂直于所述机箱的前面板，所述叠层母排的正直流母排、负直流母排和输出母排分别包括朝向所述机箱的前面板设置的接线脚；所述机箱的前面板包括一个或多个盖板，且所述盖板的位置分别与所述接线脚的位置对应。

6.根据权利要求4所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述驱动板安装在所述叠层母排和所述功率单元之间。

7.根据权利要求3所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述储能电容组件包括印制电路板和多个储能电容，且所述储能电容以中心轴垂直于所述印制电路板的方式焊接在所述印制电路板上；所述储能电容组件以印制电路板垂向设置的方式固定在所述机箱内。

8.根据权利要求7所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述储能电容组件包括安装板，且所述安装板上具有多个固定孔；所述储能电容组件通过所述安装板安装在所述机箱内，且所述多个储能电容分别穿过所述安装板上的固定孔。

9.根据权利要求8所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述印制电路板和安装板分别与所述散热器的基板平行。

10.根据权利要求1所述的三电平功率单元装置，其特征在于，所述机箱包括机箱主体和绝缘侧板，且所述驱动组件以及储能电容组件安装在由所述机箱主体和绝缘侧板围合而成的腔体内。

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