CN215646621U - 功率模块及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率模块及变流器，功率模块包括至少两个并排设置的单相模块以及设置在至少两个单相模块之间的散热器，散热器对至少两个单相模块散热；其中，单相模块包括交流排、直流母排和多个IGBT。采用该方案，可通过一个散热器对至少两个单相模块进行散热，而无需对各个单相模块分别设置散热器，这样减小了功率模块的尺寸，提高了功率密度。该功率模块采用左右对称布局方案，左、右两侧分别为一个单相模块，两个单相模块共用中间的散热器。这不仅大大提高了模块的功率密度，也降低了散热器的成本，缩小了模块的尺寸。

Description

功率模块及变流器

技术领域

本实用新型涉及电器设备技术领域，具体而言，涉及一种功率模块及变流器。

背景技术

在风力发电变流器产品中，实现整流逆变功能的功率模块作为核心部分尤为重要，直接决定着整个系统的性能、可靠性和功率密度。随着变流器功率单元的不断提高，功率密度较大的大功率模块是未来的发展趋势。

对于大功率及超大功率变流器，一般都会根据实际应用进行大功率模块并联组合使用，必须考虑其适应性，因此对变流器功率密度要求会越来越高。功率模块中不同的器件布局会导致电气性能相差很大；合理的布局是保证散热的前提下，在单位体积内实现整流逆变的功率尽可能的大。

现有的功率模块布局不够合理，存在占用空间大、功率密度小等问题，有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型提供了一种功率模块及变流器，以优化现有的功率模块布局，减少占用空间，提升性能。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种功率模块，包括至少两个并排设置的单相模块以及设置在至少两个所述单相模块之间的散热器，所述散热器对至少两个所述单相模块散热；其中，所述单相模块包括交流排、直流母排和多个IGBT。

进一步地，所述功率模块包括两个所述单相模块，两个所述单相模块相对于预设的第一平面对称设置，所述第一平面将所述散热器划分为对称的两部分。

进一步地，所述功率模块具有预设的第二平面，所述第二平面垂直于所述第一平面，所述单相模块中的多个所述IGBT被所述第二平面划分为对称的两部分。

进一步地，多个所述IGBT并排设置，在多个所述IGBT中，一部分所述IGBT的交流端均朝向第一方向，其余所述IGBT的交流端均朝向第二方向，所述第二方向和所述第一方向朝向相反；其中，所述直流母排位于多个所述IGBT的第一方向，所述交流排和交流端朝向所述第一方向的所述IGBT连接。

进一步地，所述功率模块为三电平功率模块，所述单相模块包括3N个所述IGBT，N为正整数，其中，N个所述IGBT的交流端均朝向所述第一方向，2N个所述IGBT的交流端均朝向所述第二方向。

进一步地，所述第一方向为上方，所述第二方向为下方，所述交流排位于所述直流母排和多个所述IGBT之间，所述单相模块还包括：连接排，所述连接排位于多个所述IGBT的下方，多个所述IGBT通过所述连接排和所述直流母排连接；电容，所述电容设置在所述直流母排上。

进一步地，所述单相模块还包括转接板和驱动板，所述转接板和多个所述IGBT连接，所述驱动板和所述转接板插接。

进一步地，所述功率模块还包括：壳体，所述散热器、所述单相模块均和所述壳体连接，所述壳体具有面板，所述交流排穿过所述面板；所述散热器为水冷散热器，所述散热器具有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均穿过所述面板。

进一步地，所述功率模块还包括：拉手，设置在所述面板上；驱动线接口，设置在所述面板上；霍尔接线端口，设置在所述面板上。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种变流器，所述变流器包括柜体和上述的功率模块，所述功率模块可拆卸地设置在所述柜体上。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种功率模块，功率模块包括至少两个并排设置的单相模块以及设置在至少两个单相模块之间的散热器，散热器对至少两个单相模块散热；其中，单相模块包括交流排、直流母排和多个IGBT。采用该方案，可通过一个散热器对至少两个单相模块进行散热，而无需对各个单相模块分别设置散热器，这样减小了功率模块的尺寸，提高了功率密度。

该功率模块采用左右对称布局方案，左、右两侧分别为一个单相模块，两个单相模块共用中间的散热器。这不仅大大提高了模块的功率密度，也降低了散热器的成本，缩小了模块的尺寸。

并且，模块整个功率布局十分紧凑，功率回路短，能大大缩小散热器的尺寸，降低散热器成本。直流母排上的电容与IGBT部分距离很近，使IGBT与电容之间功率回路很短。这样功率模块布局顺畅、功率回路距离短。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，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示出了本实用新型的实施例提供的功率模块的立体图；

图2示出了图1中的功率模块的正视图；

图3示出了图2中的功率模块的左视图(不含驱动板)；

图4示出了图2中的功率模块的右视图(不含驱动板)；

图5示出了图1中的功率模块的侧视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、单相模块；11、交流排；12、直流母排；13、IGBT；131、交流端；14、连接排；15、转接板；16、驱动板；20、散热器；21、进水口；22、出水口；30、壳体；31、面板；40、拉手；50、驱动线接口。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。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。

如图1至图5所示，本实用新型的实施例提供了一种功率模块，包括至少两个并排设置的单相模块10以及设置在至少两个单相模块10之间的散热器20，散热器20对至少两个单相模块10散热；其中，单相模块10包括交流排11、直流母排12和多个IGBT13。其中，IGBT为绝缘栅双极型晶体管。

采用该方案，在功率模块中，可通过一个散热器20对至少两个单相模块10进行散热，而无需对各个单相模块10分别设置散热器20，这样减小了功率模块的尺寸，提高了功率密度。

具体地，功率模块包括两个单相模块10，两个单相模块10相对于预设的第一平面对称设置，第一平面将散热器20划分为对称的两部分。

如附图所示，该功率模块采用左右对称布局方案，左、右两侧分别为一个单相模块10，两个单相模块10共用中间的散热器20。这不仅大大提高了模块的功率密度，也降低了散热器20的成本，缩小了模块的尺寸。

并且，该功率模块左、右两侧单相模块10的内直流母排12、交流排11采用对称设计，使左右两侧单相模块10的连接回路长度一致，保证了左右两侧模块的均流。

进一步地，功率模块具有预设的第二平面，第二平面垂直于第一平面，单相模块10中的多个IGBT13被第二平面划分为对称的两部分。即，在左右两个单相模块10内部的多个IGBT13也采用对称设计，这样可使IGBT13之间连接回路长度一致，保证了模块内部IGBT之间的均流。具体地，在图3中，第一平面和第二平面均为竖直方向的平面。

在本实施例中，多个IGBT13并排设置，在多个IGBT13中，一部分IGBT13的交流端131均朝向第一方向，其余IGBT13的交流端131均朝向第二方向，第二方向和第一方向朝向相反；其中，直流母排12位于多个IGBT13的第一方向，交流排11和交流端131朝向第一方向的IGBT13连接。如此设置，不仅使模块整个功率布局十分紧凑，功率回路短，也能大大缩小散热器20的尺寸，降低散热器20成本。并且，直流母排12上的电容与IGBT部分距离很近，使IGBT与电容之间功率回路很短。这样功率模块布局顺畅、功率回路距离短。

进一步地，功率模块为三电平功率模块，单相模块10包括3N个IGBT13，N为正整数，其中，N个IGBT13的交流端131均朝向第一方向，2N个IGBT13的交流端131均朝向第二方向。这样可进一步提高功率模块的性能。

具体地，第一方向为上方，第二方向为下方，交流排11位于直流母排12和多个IGBT13之间，单相模块10还包括：连接排14，连接排14位于多个IGBT13的下方，多个IGBT13通过连接排14和直流母排12连接；电容，电容设置在直流母排12上。这样可使得功率模块的结构更紧凑，功率回路距离短，从而减小了功率模块的体积，提高了性能。

在本实施例中，交流端131朝向上方的IGBT13的下端与交流端131朝向下方的IGBT13的下端连接，从而组成较短的功率回路。具体地，单相模块10包括呈一排设置的6个IGBT13，其中，中部2个IGBT13的交流端131均朝向上方，4个IGBT13的交流端131均朝向下方。中部2个IGBT13的电流分流至两侧4个IGBT13，然后再连接至直流母排12。这样功率模块的回路距离短，提高了功率模块的性能。

如图5所示，单相模块10还包括转接板15和驱动板16，转接板15和多个IGBT13连接，驱动板16和转接板15插接。例如，采用插针的方式插接。这样驱动板16与IGBT的转接板15之间通过插针方式相连，完全省去两者之间的驱动线缆。从结构设计上实现了驱动信号传递距离最短，避免了驱动线缆长造成驱动信号干扰的风险，大大提升了模块的抗干扰能力。同时，省去的驱动线缆也节约了线缆成本和装配接线的工时。

在本实施例中，功率模块还包括：壳体30，散热器20、单相模块10均和壳体30连接，壳体30具有面板31，交流排11穿过面板31；散热器20为水冷散热器20，散热器20具有进水口21和出水口22，进水口21和出水口22均穿过面板31。通过壳体30可便于多个部件的布置，并且可对多个部件进行支撑和防护。交流排11穿过面板31，这样可从面板31的外侧接线。面板31上具有安装孔，以便于与其他结构固定连接。散热器20的进水口21和出水口22设置在面板31上，这样便于接管操作。

进一步地，功率模块还包括：拉手40，设置在面板31上；驱动线接口50，设置在面板31上；霍尔接线端口，设置在面板31上。通过上述设置可便于安装、检测和维护。

在一个未图示出的实施例中，本实用新型的另一实施例提供了一种变流器，变流器包括柜体和上述的功率模块，功率模块可拆卸地设置在柜体上。采用该方案，在功率模块中，可通过一个散热器20对至少两个单相模块10进行散热，而无需对各个单相模块10分别设置散热器20，这样减小了功率模块的尺寸，提高了功率密度。该功率模块采用左右对称布局方案，左、右两侧分别为一个单相模块10，两个单相模块10共用中间的散热器20。这不仅大大提高了模块的功率密度，也降低了散热器20的成本，缩小了模块的尺寸。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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)

1.一种功率模块，其特征在于，包括至少两个并排设置的单相模块(10)以及设置在至少两个所述单相模块(10)之间的散热器(20)，所述散热器(20)对至少两个所述单相模块(10)散热；其中，所述单相模块(10)包括交流排(11)、直流母排(12)和多个IGBT(13)。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块包括两个所述单相模块(10)，两个所述单相模块(10)相对于预设的第一平面对称设置，所述第一平面将所述散热器(20)划分为对称的两部分。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块具有预设的第二平面，所述第二平面垂直于所述第一平面，所述单相模块(10)中的多个所述IGBT(13)被所述第二平面划分为对称的两部分。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，多个所述IGBT(13)并排设置，在多个所述IGBT(13)中，一部分所述IGBT(13)的交流端(131)均朝向第一方向，其余所述IGBT(13)的交流端(131)均朝向第二方向，所述第二方向和所述第一方向朝向相反；其中，所述直流母排(12)位于多个所述IGBT(13)的第一方向，所述交流排(11)和交流端(131)朝向所述第一方向的所述IGBT(13)连接。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块为三电平功率模块，所述单相模块(10)包括3N个所述IGBT(13)，N为正整数，其中，N个所述IGBT(13)的交流端(131)均朝向所述第一方向，2N个所述IGBT(13)的交流端(131)均朝向所述第二方向。

6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一方向为上方，所述第二方向为下方，所述交流排(11)位于所述直流母排(12)和多个所述IGBT(13)之间，所述单相模块(10)还包括：

连接排(14)，所述连接排(14)位于多个所述IGBT(13)的下方，多个所述IGBT(13)通过所述连接排(14)和所述直流母排(12)连接；

电容，所述电容设置在所述直流母排(12)上。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述单相模块(10)还包括转接板(15)和驱动板(16)，所述转接板(15)和多个所述IGBT(13)连接，所述驱动板(16)和所述转接板(15)插接。

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括：

壳体(30)，所述散热器(20)、所述单相模块(10)均和所述壳体(30)连接，所述壳体(30)具有面板(31)，所述交流排(11)穿过所述面板(31)；

所述散热器(20)为水冷散热器(20)，所述散热器(20)具有进水口(21)和出水口(22)，所述进水口(21)和所述出水口(22)均穿过所述面板(31)。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括：

拉手(40)，设置在所述面板(31)上；

驱动线接口(50)，设置在所述面板(31)上；

霍尔接线端口，设置在所述面板(31)上。

10.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括柜体和权利要求1至9中任一项所述的功率模块，所述功率模块可拆卸地设置在所述柜体上。

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