CN215835328U - 高压功率单元、高压变频器 - Google Patents

Abstract

一种高压功率单元、高压变频器，其中，高压功率单元包括：相互连接的功率板、电容板以及控制板；控制板上设有驱动电路、控制电路、检测电路，功率板上设有一体式功率模块，通过将主回路和控制回路分别设置在不同的PCB单板上，可以方便主回路的覆铜散热，避免模块受到体积和温升的限制导致工作电流受限的问题，从而通过对空间的合理利用提高了整机功率，解决了现有的功率单元存在的空间利用不合理、功率受模块体积和温升限制的问题。

Description

高压功率单元、高压变频器

技术领域

本实用新型属于变频技术领域，尤其涉及一种高压功率单元、高压变频器。

背景技术

串联式高压功率单元将三相交流输入通过二极管整流为直流电压，再通过IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)逆变产生单相交流输出。现有方案一般采用单独的整流桥和两个两单元的IGBT1和IGBT2的方式，这种方式中模块较多，成本较高，模块之间采用铜排连接，驱动信号和检测信号都需要通过电气线缆连接到IGBT上，进一步增加了成本。针对以上问题，可以通过定制一种一体式模块，将整流电路和逆变电路封装到同一个模块内，采用单板焊接的方式，节省了铜排和电气线缆，降低了功率单元的成本，使用塑壳，功率单元之间的安规距离减小，整机尺寸也可以显著减小。

然而，受制于变压器等器件的尺寸，功率单元内仍有一些空间无法合理利用，驱动信号需经长回路到达模块引脚，抗干扰能力不强；除此之外，由于模块体积和温升的限制，目前定制模块最大电流只能做到200A，最大只能应用到100A的功率单元上。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种高压功率单元、高压变频器，可以解决现有的功率单元存在的空间利用不合理、功率受模块体积和温升限制的问题。

本实用新型实施例第一方面提供了一种高压功率单元，所述高压功率单元包括：相互连接的功率板、电容板以及控制板；

所述控制板上设有驱动电路、控制电路、检测电路；

所述功率板上设有一体式功率模块。

在一个实施例中，所述功率板与所述电容板位于同一平面，并通过铜排连接；

所述控制板设于所述功率板的上方，并通过PCB端子与所述功率板和所述电容板连接。

在一个实施例中，所述控制板上还设有温度检测电路，用于检测所述一体式功率模块的温度。

在一个实施例中，所述温度检测电路由至少一个温敏电阻组成，所述温敏电阻与所述一体式功率模块的温度信号引脚连接。

在一个实施例中，所述检测电路包括：输入缺相检测电路，和/或母线电压检测电路。

在一个实施例中，所述一体式功率模块的引脚包括：

三相输入引脚、单相输出引脚、直流母线引脚以及信号驱动引脚。

在一个实施例中，所述信号驱动引脚设于所述一体式功率模块的弱电侧，所述三相输入引脚、所述单相输出引脚以及所述直流母线引脚设于所述一体式功率模块的强电侧。

在一个实施例中，所述一体式功率模块包括第一功率单元和第二功率单元，其中，所述第一功率单元的三相输入端分别与所述第二功率单元的三相输入端共接于所述三相输入引脚，所述第一功率单元的直流母线端分别与所述第二功率单元的直流母线端共接于所述直流母线引脚，所述第一功率单元的单相输出端分别与所述第二功率单元的单相输出端共接于所述单相输出引脚。

在一个实施例中，所述第一功率单元与所述第二功率单元的结构相同，其中，所述第一功率单元由依序连接的整流电路、滤波电路以及逆变电路组成。

本申请实施例第二方面还提供了一种高压变频器，包括如上述任一项所述的高压功率单元。

本实用新型实施例中，高压功率单元包括：相互连接的功率板、电容板以及控制板；控制板上设有驱动电路、控制电路、检测电路，功率板上设有一体式功率模块，通过将主回路和控制回路分别设置在不同的PCB单板上，可以方便功率板上主回路的覆铜散热，避免模块受到体积和温升的限制导致工作电流受限的问题，从而通过对空间的合理利用提高了整机功率，解决了现有的功率单元存在的空间利用不合理、功率受模块体积和温升限制的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高压功率单元的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的又一种高压功率单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的功率板的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一体式功率模块的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一体式功率模块内部的电路结构示意图；

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实用新型实施例提供了一种高压功率单元，参见图1所示，所述高压功率单元包括：相互连接的功率板200、电容板100以及控制板300；其中，控制板300上设有驱动电路310、控制电路320、检测电路340，功率板200上设有一体式功率模块210。

在本实施例中，一体式功率模块210组成主回路，驱动电路310、控制电路320、检测电路340组成控制回路，通过将主回路和控制回路分别设置在不同的PCB单板上，可以方便功率板上主回路的覆铜散热，避免模块受到体积和温升的限制导致工作电流受限的问题，从而通过对空间的合理利用提高了整机功率，解决了现有的功率单元存在的空间利用不合理、功率受模块体积和温升限制的问题。

在一个实施例中，功率板200与电容板100位于同一平面，并通过铜排连接，控制板300设于功率板200的上方，并通过PCB端子与功率板200和电容板100连接。

在本实施例中，控制板300设于功率板200的上方，可以缩短驱动信号线的回路。另一方面，由于主回路和控制回路的元器件高度不同，若将二者同一水平放置会导致器件高度低的控制回路上方出现大量闲置空间，通过控制板300和功率板200相对平行设置，也可以实现对空间的合理利用，缩小整机尺寸。

在一个实施例中，功率板200上的小功率单元采用平面变压器的方案，将驱动电路310、控制电路320、检测电路340做到同一块PCB单板上，功率板200上只保留主回路，方便主回路大面积覆铜散热，驱动信号置于模块IGBT引脚的正上方，确保驱动信号回路最短。

在本实施例中，平面变压器比传统变压器具备成本优势，使用平面变压器后，单元内空间限制减小，单板布局更加紧凑合理，可以减小单元的体积和成本，更加方便维护，主回路和控制回路分布在不同的PCB单板上，功率板200上有更大的空间来覆铜散热，驱动信号可以以很短的回路到达模块引脚，降低干扰。

在一个实施例中，参见图2所示，控制板300上还设有开关电源电路330以及控制与通讯电路350。

在本实施例中，控制回路中还包括开关电源电路330以及控制与通讯电路350，开关电源电路330用于控制控制板300上的电路供电，控制与通讯电路350用于在控制板300与其他PCB板或者功能模块之间建立通信连接。

在一个实施例中，参见图2所示，控制板300上还设有温度检测电路343，用于检测一体式功率模块210的温度。

在一个实施例中，温度检测电路343由至少一个温敏电阻组成，所述温敏电阻与一体式功率模块210的温度信号引脚连接

相应的，在本实施例中，控制板300上具体还设置有温度检测电路。通常温度检测电路与驱动电路、电源电路之间关联性较紧密。

可以理解的是，现有技术中各模块独立，物理位置相隔较远，因此在温度检测时必须每个电路模块或者电路单元对应设置温敏电阻，而本实施例中的功率板上设置的一体式功率模块210中的整流电路和逆变电路的位置较近，只需要设置一个温敏电阻即可完成对整个一体式功率模块的温度获取。

在一个实施例中，参见图2所示，检测电路340包括：输入缺相检测电路341，和/或与母线电压检测电路310。

在本实施例中，输入缺相检测电路341用于对三相输入引脚上的信号进行缺相检测，母线电压检测电路310用于对直流母线引脚上的电压信号进行检测。

在一个实施例中，参见图3和图4所示，一体式功率模块210的引脚包括：三相输入引脚(引脚R、引脚S以及引脚T)、单相输出引脚(引脚ACI、引脚ACO)、直流母线引脚(引脚DC+、引脚DC-)以及信号驱动引脚201。

在一个实施例中，信号驱动引脚201设于一体式功率模块210的弱电侧，三相输入引脚(引脚R、引脚S以及引脚T)、单相输出引脚(引脚ACI、引脚ACO)、直流母线引脚(引脚DC+、引脚DC-)设于所述一体式功率模块的强电侧。

在本实施例中，一体式功率模块210的引脚分布考虑强电和弱电不交叉、三相输入和单相输出不交叉、满足安规要求、通过EMC和可靠性测试，通常设置信号驱动引脚201与温度信号引脚NTC位于一体式功率模块210的弱电侧，三相输入引脚(引脚R、引脚S以及引脚T)、单相输出引脚(引脚ACI、引脚ACO)、直流母线引脚(引脚DC+、引脚DC-)位于所述一体式功率模块的强电侧。

需要注意的是，本实施例并未将弱电侧或强电侧只限定在一体式功率模块的某一边上，只是提出弱电引脚与强电引脚应当分别分布在弱电侧和强电侧，强弱互不交错，弱电侧所有的弱电引脚和强电侧所有强电引脚之间应保持适当的距离，而具体的引脚位置则根据一体式功率模块和PCB基板的形状与引脚的数量进行确定，例如图3中所示的引脚分布图中，单向输出引脚ACI和ACO、三相输入引脚R和S分布于同一边，与驱动电路310连接的信号驱动引脚201和温度信号引脚NTC分布于对边，也就是弱电侧，剩下的直流母线引脚DC+和DC-、三相输入引脚T，分布于剩下的两边与弱电侧的空余引脚上。

在一个实施例中，一体式功率模块210由两个小功率单元组成，将两个小功率单元按照一定的方式进行连接，紧贴放置，构成大功率的功率单元。两个小功率单元使用同样的三相输入，分别经过各自一体式模块整流，得到的母线通过电气连接并联到一起，每个小功率单元的H桥输出连接到一起。两个小功率单元使用同一块控制板进行控制，该控制板可以放置在任意小功率单元内，通过线缆将控制信号发送到另一个小功率单元。

进一步地，通过结构件将两个小功率单元固定在一起作为一个大功率单元，由于采用塑壳，两个小功率单元可以紧贴放置。

在一个实施例中，参见图5所示，一体式功率模块210包括第一功率单元211和第二功率单元212，其中，第一功率单元211的三相输入端分别与第二功率单元212的三相输入端共接于三相输入引脚(引脚R、引脚S、引脚T)，第一功率单元211的直流母线端分别与第二功率单元212的直流母线端共接于直流母线引脚(引脚DC+、引脚DC-)，第一功率单元211的单相输出端分别与第二功率单元212的单相输出端共接于单相输出引脚(引脚ACI、引脚ACO)。

在本实施例中，扩展后的大功率单元由两个小功率单元(即第一功率单元211和第二功率单元212)组成，如图5所示，第一功率单元211和第二功率单元212均使用的是一体式的定制模块，第一功率单元211和第二功率单元212各是一个完整小功率单元的主回路拓扑，第一功率单元211和第二功率单元212共用三相输入R、S、T，母线之间通过铜排连接到一起，第一功率单元211的H桥ACI和ACO输出连接到一起作为ACI-H，第二功率单元212的H桥ACI和ACO输出连接到一起作为ACO-H，控制和驱动可以置于第一功率单元211内，通过线缆连接对第二功率单元212同时进行控制。

在一个实施例中，第一功率单元211与第二功率单元212的结构相同，其中，第一功率单元211由依序连接的整流电路、滤波电路以及逆变电路组成。

参见图5所示，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6组成第一功率单元211中的整流电路，其中，第一二极管D1与第二二极管D2的阳极共接于三相输入引脚中的引脚R，第二二极管D2与第五二极管D5的阳极共接于三相输入引脚中的引脚S，第三二极管D3的阳极与第六二极管D6的阳极共接于三相输入引脚中的引脚T，第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极以及第三二极管D3的阴极共接于直流母线引脚中的引脚DC+，第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阳极以及第六二极管D6的阳极共接于直流母线引脚中的引脚DC-。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3组成第一功率单元211中的滤波电路，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4组成第一功率单元211中的逆变电路。

参见图5所示，第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D12、第十一二极管D11以及第十二二极管D12组成第二功率单元212中的整流电路，第七二极管D7的阳极与第十二极管D12的阴极共接于三相输入引脚中的引脚R，第八二极管D8的阳极与第十一二极管D11的阴极共接于三相输入引脚中的引脚S，第九二极管D9的阳极与十二二极管的阴极共接于三相输入引脚中的引脚T，第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9的阴极共接于直流母线引脚中的引脚DC+，第十二极管D12、第十一二极管D11以及第十二二极管D12的阳极共接于直流母线引脚中的引脚DC-。第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容C5以及第六电容C6组成第二功率单元212中的滤波电路，第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7以及第八开关管Q8组成第二功率单元212中的逆变电路。

本申请实施例还提供了一种高压变频器，包括如上述任一项所述的高压功率单元。

本实用新型实施例中，高压功率单元包括：相互连接的功率板、电容板以及控制板；控制板上设有驱动电路、控制电路、检测电路，功率板上设有一体式功率模块，通过将主回路和控制回路分别设置在不同的PCB单板上，实现空间的合理利用，并提高整机功率，解决了现有的功率单元存在的空间利用不合理、功率受模块体积和温升限制的问题。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压功率单元，其特征在于，所述高压功率单元包括：相互连接的功率板、电容板以及控制板；

所述控制板上设有驱动电路、控制电路、检测电路；

所述功率板上设有一体式功率模块。

2.根据权利要求1所述的高压功率单元，其特征在于，所述功率板与所述电容板位于同一平面；

所述控制板设于所述功率板的上方，并通过PCB端子与所述功率板和所述电容板连接。

3.根据权利要求1所述的高压功率单元，其特征在于，所述控制板上还设有温度检测电路，用于检测所述一体式功率模块的温度。

4.根据权利要求3所述的高压功率单元，其特征在于，所述温度检测电路由至少一个温敏电阻组成，所述温敏电阻与所述一体式功率模块的温度信号引脚连接。

5.根据权利要求1所述的高压功率单元，其特征在于，所述检测电路包括：输入缺相检测电路，和/或母线电压检测电路。

6.根据权利要求1所述的高压功率单元，其特征在于，所述一体式功率模块的引脚包括：

三相输入引脚、单相输出引脚、直流母线引脚以及信号驱动引脚。

7.根据权利要求6所述的高压功率单元，其特征在于，所述信号驱动引脚设于所述一体式功率模块的弱电侧，所述三相输入引脚、所述单相输出引脚以及所述直流母线引脚设于所述一体式功率模块的强电侧。

8.根据权利要求6所述的高压功率单元，其特征在于，所述一体式功率模块包括第一功率单元和第二功率单元，其中，所述第一功率单元的三相输入端分别与所述第二功率单元的三相输入端共接于所述三相输入引脚，所述第一功率单元的直流母线端分别与所述第二功率单元的直流母线端共接于所述直流母线引脚，所述第一功率单元的单相输出端分别与所述第二功率单元的单相输出端共接于所述单相输出引脚。

9.根据权利要求8所述的高压功率单元，其特征在于，所述第一功率单元与所述第二功率单元的结构相同，其中，所述第一功率单元由依序连接的整流电路、滤波电路以及逆变电路组成。

10.一种高压变频器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的高压功率单元。

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