CN214674915U - 整流逆变模块及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种整流逆变模块及变流器。其中，整流逆变模块包括：壳体、包含多个开关器件的开关组件，以及与开关组件电连接的电容组件，壳体内设置有用于安装开关组件的第一安装区，和用于安装电容组件的第二安装区，其中，第一安装区和第二安装区为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域，安装板设置于壳体内；多个开关器件沿第二方向排布于第一安装区，其中，第二方向与第一方向垂直。本实用新型解决了现有技术中整流逆变模块的功率密度较低的技术问题。

Description

整流逆变模块及变流器

技术领域

本实用新型涉及整流逆变技术领域，具体而言，涉及一种整流逆变模块及变流器。

背景技术

整流逆变模块作为变流器的核心部件，直接影响了变流器的整体性能、可靠性和功率密度。整流逆变模块中功率器件的布局不仅需要考虑功率密度，还需要考虑散热性能，随着变流器对功率密度的需求不断提高，需要在保证散热的前提下，尽量提高单位体积内整流逆变模块的功率密度。然而，现有的整流逆变模块中，由于功率器件布局不够合理，整流逆变模块的功率密度较低，不能满足变流器对功率密度的需求。

针对上述现有技术中整流逆变模块的功率密度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种整流逆变模块及变流器，以至少解决现有技术中整流逆变模块的功率密度较低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种整流逆变模块，包括：壳体、包含多个开关器件的开关组件，以及与开关组件电连接的电容组件，壳体内设置有用于安装开关组件的第一安装区，和用于安装电容组件的第二安装区，其中，第一安装区和第二安装区为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域，安装板设置于壳体内；多个开关器件沿第二方向排布于第一安装区，其中，第二方向与第一方向垂直。

可选地，电容组件包括多个电容，多个电容沿第二方向排布于第二安装区。

可选地，开关组件中包括用于与交流输入端连接的目标开关器件，目标开关器件排布于多个开关器件的中部。

可选地，壳体底部与安装板之间设置有散热风道，散热风道内的空气流通方向与第一方向一致。

可选地，整流逆变模块还包括用于为开关器件提供驱动信号的驱动单元，驱动单元设置于安装板的第一安装区内，并处于开关组件的上层。

可选地，开关器件包括用于输入驱动信号的控制引脚，驱动单元中与控制引脚对应的位置设置有驱动端子，驱动端子通过电缆与控制引脚连接。

可选地，开关器件为IGBT,IGBT构成三电平逆变器。

可选地，开关组件与电容组件在与安装板垂直的方向上具有预设的高度差，开关组件与电容组件通过具有三段结构的叠层母排连接，三段结构包括与电容组件连接且与安装板平行的第一平行部、与开关组件连接且与安装板平行的第二平行部、以及连接第一平行部与第二平行部的连接部。

可选地，壳体包括至少两个让位孔，整流逆变模块还包括与开关组件连接的交流铜排，和与叠层母排连接的直流铜排，交流铜排的交流输入端和直流铜排的直流输出端分别通过相对应的让位孔伸出壳体之外。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种变流器，包括上述任意一项的整流逆变模块。

在本实用新型实施例中，通过在整流逆变模块的壳体内设置用于安装开关组件的第一安装区和用于安装电容组件的第二安装区，其中，第一安装区和第二安装区为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域；多个开关器件沿与第一方向垂直的第二方向排布于第一安装区，实现了相邻的开关器件之间、开关器件与电容之间的功率回路均较短，并且使得整流逆变模块内开关器件和电容的布局更紧凑和清晰，提高了整流逆变模块的功率密度，进而解决了现有技术中整流逆变模块的功率密度较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的整流逆变模块的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的散热风道内的空气流通方向的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图；

图5是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

根据本实用新型实施例，提供了一种整流逆变模块的实施例，图1是根据本实用新型实施例的整流逆变模块的示意图，如图1所示，一种整流逆变模块100，包括：

壳体103、包含多个开关器件1011的开关组件，以及与开关组件电连接的电容组件，壳体103内设置有用于安装开关组件的第一安装区101，和用于安装电容组件的第二安装区102，其中，第一安装区101和第二安装区102为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域，安装板设置于壳体内；多个开关器件1011沿第二方向排布于第一安装区101，其中，第二方向与第一方向垂直。

如图1所示，第一方向可以为x方向，第二方向可以为y方向，第一安装区101和第二安装区沿x方向排布，以使得开关组件与电容组件的排布相互独立。相关技术中，通常将开关器件和电容融合布板(即开关器件和电容没有明确的布板分界线，两者穿插布板)，导致模块整体的布局不够紧凑及顺畅，或者将开关器件和电容分别封装在两个壳体中构成两个独立的模块，再将两个模块连接使用，往往会导致整流逆变模块整体的体积较大。本实施例中，在同一个壳体中的安装板上设置用于安装开关组件的第一安装区101和用于安装电容组件的第二安装区102，使开关器件和电容的布局更加顺畅、清晰以及紧凑。

需要说明的是，第一安装区101和第二安装区102可以为同一个安装板上的两个独立的区域，也可以分别为壳体103内两个相互独立的安装板上的区域。第一安装区101和第二安装区102的尺寸根据各自承载的开关器件以及电容组件的尺寸确定，此处不作限制。上述安装板用于安装开关组件和电容组件，可以为电路板或者散热器等。

如图1所示，多个开关器件1011沿y方向呈一字排布，相比于相关技术中开关器件以二维分散排布的方式，本实施例中呈一字排布的开关器件使得功率器件的布局更为紧凑，并且开关器件的引脚距离较短，功率回路短，提高了第一安装区101中的功率密度。在一种可选的实施例中，开关组件中的多个开关器件1011可以采用相同的封装结构，开关器件1011的引脚1011a的朝向与x方向相同，一方面减少了相邻的开关器件1011的引脚距离，另一方面，开关器件1011的引脚1011a指向第二安装区102，减少了开关器件1011的引脚至电容组件的距离，使得相邻的开关器件之间、以及开关器件与电容组件之间均具有较短的功率回路，提高了整流逆变模块整体的功率密度。

本实施例中，通过在整流逆变模块的壳体内设置用于安装开关组件的第一安装区和用于安装电容组件的第二安装区，其中，第一安装区和第二安装区为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域；多个开关器件沿与第一方向垂直的第二方向排布于第一安装区，实现了相邻的开关器件之间、开关器件与电容之间的功率回路均较短，并且使得整流逆变模块内开关器件和电容的布局更紧凑和清晰，提高了整流逆变模块的功率密度，解决了现有技术中整流逆变模块的功率密度较低的问题。

作为一种可选的实施例，如图1所示，电容组件包括多个电容1021，多个电容1021沿第二方向排布于第二安装区。

如图1所示，第二方向为y方向，多个电容1021沿y方向依次排布在第二安装区102中，以使电容1021的排布方向与开关器件1011的排布方向相同，可以将与各开关器件1011相对应的电容设置在第二安装区中与该开关器件邻近的位置，以使该开关器件1011与电容之间的功率线路较短。

需要说明的是，在电容数量较多的情况下，多个电容1021不仅可以沿第二方向排布，还可以沿第一方向排布，以形成同时沿第一方向和第二方向排布的二维排布，例如，如图1所示，可以将多个电容1021沿x方向排列2列，并沿y方向排列4个电容，形成2*4的二维电容阵列，其中，y方向的电容排布与开关器件的排布一致，开关器件与邻近的电容连接使得功率线路较短。

多个电容1021可以包括整流逆变模块中的母线电容以及开关器件的吸收电容。

作为一种可选的实施例，图2是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图，如图2所示，开关组件中包括用于与交流输入端连接的目标开关器件201，目标开关器件201排布于多个开关器件的中部。

交流输入端可以为开关组件与交流母线的连接端，交流母线可以由交流电源提供。根据整流逆变电路拓扑的不同，目标开关器件201可以为一个开关器件，也可以为多个开关器件。例如，如图2所示，开关组件可以构成三电平逆变器，三电平逆变器包含了6个开关器件，目标开关器件201为与交流输入端连接的2个开关器件，目标开关器件201位于6个开关器件的中部(即沿y方向第3和第4个开关器件)，目标开关器件的用于连接功率回路的功率引脚通过交流铜排202连接至交流母线，交流电流的流向如图2中的黑色箭头所示，从交流铜排202流至目标开关器件201的功率引脚，按照三电平逆变器的原理，交流电流经目标开关器件201分流至位于目标开关器件201两侧的开关器件中，并经两侧的开关器件流入电容组件中，最终从直流铜排203流出。

本实施中，通过将目标开关器件201排布于多个开关器件的中部，功率回路的走向清晰，使得整流逆变模块的功率回路(即电流回路)较短，进而提高了整流逆变模块的功率密度。

作为一种可选的实施例，图4是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图，如图4所示，壳体底部与安装板之间设置有散热风道403，散热风道403内的空气流通方向与第一方向一致。

如图4所示，安装板上设置的开关组件和电容组件构成了整流逆变模块的功率层402，在安装板与壳体底部设置散热风道403，用于对功率层的开关组件和电容组件散热，散热风道403可以通过设置沿第一方向延伸且沿第二方向排列的散热翅片，实现散热风道403内的空气沿第一方向流通，图4中黑色箭头方向即为空气流通的方向。

在一种可选的实施例中，在开关组件所在的第一安装区对应的散热风道区域设置沿第一方向延伸且沿第二方向排列的散热翅片，在电容组件所在的第二安装区对应的散热风道区域不设置任何散热翅片，电容组件倒插与安装板上，使得电容组件伸入散热风道中，散热风扇设置于壳体外靠近第二安装区的一侧，以使空气流通方向与第一方向一致。图3为散热风道403内的空气流通方向的示意图，如图3所示，黑色箭头为空气流通方向的示意，空气线通过电容所在的第二安装区对应的散热风道区域，再经过开关组件所在的第一安装区对应的散热风道区域，由于第二安装区对应的散热风道区域中仅存在电容组件(无其他阻挡)，风阻较小，空气可以快速到达第一安装区对应的散热风道区域，并对散热翅片进行制冷，提高了对开关器件的散热效率。

此外，如图2所示，交流铜排202和直流铜排203可以分别设置于第二方向上壳体的相对的两个侧面，使得交流输入和直流输入从散热风道的两侧引出，与具有第一方向空气流通方向的散热通道解耦，使得散热风道受功率回路的影响较小，进而提高散热效率。

作为一种可选的实施例，如图4所示，整流逆变模块还包括用于为开关器件提供驱动信号的驱动单元401，驱动单元401设置于安装板的第一安装区内，并处于开关组件的上层。

具体的，上述驱动单元可以为独立于安装板的驱动电路板，驱动单元401中包含给开关器件提供驱动信号的控制芯片。如图4所示，驱动单元401设置于第一安装区内，与开关器件层叠设置并位于开关器件上层的空间中，有效利用了整流逆变模块内的空间，提高了功率密度。

作为一种可选的实施例，开关器件包括用于输入驱动信号的控制引脚，驱动单元中与控制引脚对应的位置设置有驱动端子，驱动端子通过电缆与控制引脚连接。

需要说明的是，驱动单元中与控制引脚对应的位置可以为驱动单元与开关器件的控制引脚最接近的侧边上，以使得连接驱动端子与控制引脚的电缆较短。具体的，第一安装区还可以设置有转接板，转接板用于将开关器件的控制引脚转换成与驱动端子匹配的转接接口，例如，转接板上设置有转接接口，驱动端子通过电缆与转接接口连接，实现将驱动信号传送至开关器件的控制引脚。上述转接接口和驱动端子可以分别为相匹配的插座和插针，实现更紧凑的连接方式。

在一种可选的实施例中，图5为图4所示整流逆变模块侧视图所对应的俯视图，如图5所示，对于三电平逆变器，驱动单元上可以包含控制芯片501和控制芯片502，同时为多个开关器件提供驱动信号，控制芯片501的驱动信号通过驱动端子501a和501b引出，控制芯片502的驱动信号通过驱动端子502a和502b引出。第一安装区上沿第二方向排布有6个开关器件，分别可以作为三电平逆变器的上驱动管和下驱动管，三电平逆变器的上驱动管和下驱动管的工作原理为本领域的公知常识，此处不再赘述。如图5所示，控制芯片501通过驱动端子501a与中部的开关器件的控制引脚503和开关器件的控制引脚504连接，以提供相应的上管驱动信号，控制芯片501通过驱动端子501b与开关器件的控制引脚505和开关器件的控制引脚506连接，以提供相应的下管驱动信号。驱动端子501a和501b设置在驱动单元靠近控制引脚503-506的侧边，使得连接电缆最短。控制芯片502通过驱动端子502b与中部的开关器件的控制引脚509和开关器件的控制引脚510连接，以提供相应的下管驱动信号，控制芯片502通过驱动端子502a与开关器件的控制引脚507和开关器件的控制引脚508连接，以提供相应的上管驱动信号。驱动端子502b和502a设置在驱动单元靠近控制引脚507-510的侧边，使得连接电缆最短。在本实施例中，控制芯片501和控制芯片502的驱动端子分别设置在与对应的开关器件的控制引脚接近的侧边上，使得传输驱动信号的电缆较短，提高了整流逆变模块内部的紧凑性。

在一种可选的实施例中，开关器件为IGBT,IGBT构成三电平逆变器。具体的，三电平逆变器可以采用包含6个IGBT的I型三电平电路拓扑。

作为一种可选的实施例，如图4所示，开关组件与电容组件在与安装板垂直的方向上具有预设的高度差，开关组件与电容组件通过具有三段结构的叠层母排连接，三段结构包括与电容组件连接且与安装板平行的第一平行部404a、与开关组件连接且与安装板平行的第二平行部404c、以及连接第一平行部404a与第二平行部404c的连接部404b。

上述开关组件中的开关器件采用表贴型的封装结构，由于电容组件的高度高于开关器件的高度，以形成高度差，并在开关器件的上层形成用于防止驱动单元的空间。通过三段结构的叠层母排，可以连接具有高度差的电容组件和开关组件。具体的，叠层母排的第一平行部404a的尺寸与第二安装区中电容组件的尺寸匹配，以使得可以将电容全部连接至叠层母排的第一平行部404a上，如图6所示，叠层母排404的第一平行部404a上设置有与电容引脚连接的导电连接孔，电容通过导电连接孔实现电连接。如图4所示，第二平行部404c可以设置有与开关器件的引脚匹配的导电连接孔，通过金属导电连接部件将第二平行部404c的导电连接孔与开关器件的引脚连接，金属导电连接部件可以为金属螺钉。

需要说明的是，叠层母排具有正极、负极以及绝缘层三层结构，因此不需要额外的正极以及负极的铜排结构，使得功率器件(例如，电容和开关器件)之间的安规距离减小，进而使得整个整流逆变模块的结构更紧凑，体积更小，提升了整体的功率密度。叠层母排的三段结构可以为独立的三段结构，也可以为一体成型的整体。

作为一种可选的实施例，图7是根据本实用新型实施例的一种可选的整流逆变模块的示意图，如图7所示，壳体包括至少两个让位孔，整流逆变模块还包括与开关组件连接的交流铜排202，和与叠层母排404连接的直流铜排203，交流铜排202的交流输入端和直流铜排203的直流输出端分别通过相对应的让位孔伸出壳体之外。

上述让位孔为壳体上设置用于引出交流铜排和直流铜排的开孔，如图7所示，交流铜排202的交流输入端和直流铜排203的直流输出端伸出壳体之外，便于整流逆变模块安装维护，提升后续的维修效率。

此外，如图7所示，整流逆变模块在壳体上设置有拉手701，拉手701在壳体的位置与整流逆变模块的外接系统(例如，变流器)的位置相匹配，以便于整流逆变模块的安装，例如，整流逆变模块可以沿上述第一方向安装与变流器中，则拉手701可以安装于第二安装区沿第一方向相邻的壳体外侧。整流逆变模块在壳体上还设置有固定部件702，固定部件702可以包括多个，例如，如图7所示，固定部件702分别位于壳体相对的两个侧面(一个位于拉手701所在的侧面，另一个位于直流铜排203伸出的侧面)。整流逆变模块在壳体上还设置有对外的通信口703，以便于与外部其他模块的扩展通信连接。

根据本实用新型实施例，还提供了一种变流器的实施例，该变流器包括上述任意一项的整流逆变模块。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种整流逆变模块，包括：壳体、包含多个开关器件的开关组件，以及与所述开关组件电连接的电容组件，其特征在于，

所述壳体内设置有用于安装所述开关组件的第一安装区，和用于安装所述电容组件的第二安装区，其中，所述第一安装区和所述第二安装区为安装板上以第一方向排列的两个相互独立的区域，所述安装板设置于所述壳体内；

所述多个开关器件沿第二方向排布于所述第一安装区，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直。

2.根据权利要求1所述的整流逆变模块，其特征在于，所述电容组件包括多个电容，所述多个电容沿所述第二方向排布于所述第二安装区。

3.根据权利要求1所述的整流逆变模块，其特征在于，所述开关组件中包括用于与交流输入端连接的目标开关器件，所述目标开关器件排布于所述多个开关器件的中部。

4.根据权利要求1所述的整流逆变模块，其特征在于，所述壳体底部与所述安装板之间设置有散热风道，所述散热风道内的空气流通方向与所述第一方向一致。

5.根据权利要求4所述的整流逆变模块，其特征在于，所述整流逆变模块还包括用于为所述开关器件提供驱动信号的驱动单元，所述驱动单元设置于所述安装板的所述第一安装区内，并处于所述开关组件的上层。

6.根据权利要求5所述的整流逆变模块，其特征在于，所述开关器件包括用于输入驱动信号的控制引脚，所述驱动单元中与所述控制引脚对应的位置设置有驱动端子，所述驱动端子通过电缆与所述控制引脚连接。

7.根据权利要求1所述的整流逆变模块，其特征在于，所述开关器件为IGBT,所述IGBT构成三电平逆变器。

8.根据权利要求1所述的整流逆变模块，其特征在于，所述开关组件与所述电容组件在与所述安装板垂直的方向上具有预设的高度差，所述开关组件与所述电容组件通过具有三段结构的叠层母排连接，所述三段结构包括与所述电容组件连接且与所述安装板平行的第一平行部、与所述开关组件连接且与所述安装板平行的第二平行部、以及连接所述第一平行部与所述第二平行部的连接部。

9.根据权利要求8所述的整流逆变模块，其特征在于，所述壳体包括至少两个让位孔，所述整流逆变模块还包括与所述开关组件连接的交流铜排，和与所述叠层母排连接的直流铜排，所述交流铜排的交流输入端和所述直流铜排的直流输出端分别通过相对应的让位孔伸出所述壳体之外。

10.一种变流器，其特征在于，包含如权利要求1至9中任意一项所述的整流逆变模块。

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