CN217563515U - 电力电子功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力电子功率单元，包括：散热器，散热器内设置有散热管路，散热管路中填充有导热媒质；散热器包括散热基板和散热翅片，散热基板具有相对设置的第一表面和第二表面，散热翅片设置于第二表面上；功率器件模组包括功率器件模块，功率器件模块贴设于第一表面上，功率器件模块与散热器内的导热媒质的液位在垂直面上的投影至少部分重合；电容模组在垂直于第一表面的方向上与功率器件模组分层设置，电容模组位于功率器件模组远离所述散热基板的一侧，并与功率器件模组电连接。本实用新型能够降低散热基板的占用面积，节省散热器空间，同时降低回感电路，易于拆卸和更换功率器件。

Description

电力电子功率单元

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电力电子功率单元。

背景技术

在大功率变流器中，电源功率模块往往由功率器件模组，如IGBT模块，以及母线电容模组组成。为了减小功率器件模块的回路电感，一般母线电容模块与功率器件模块之间通过叠层母排连接。但是，现有的功率器件模块，母线电容模组以及层叠母排机构都是单独设计的，功率器件模块与自身的叠层母排连接，母线电容模组与自身的叠层母排连接，叠层母排之间互相通过螺钉连接，且功率器件模块、母线电容模组及层叠母排机构在一个平面内并排设置，这样使得各个部件在散热基板的占用面积较大，浪费了散热器空间。另外，功率器件模块是容易损坏需要更换的部件，在拆装功率器件模块时需要先拆卸与电容模组相连的螺钉，再移除电容模组，最后才能拆装功率器件模块，拆装步骤繁琐、不利于更换器件的更换、影响功率器件的更换效率。并且，当多个功率器件依次靠近母线电容模组设置时，外侧功率器件与电容的距离较远，从电气的角度上来看回路电感也比较大，造成IGBT等功率器件的电压应力大。

实用新型内容

为了解决背景技术中至少一个技术问题，本实用新型提供一种电力电子功率单元，该电力电子功率单元能够降低散热基板的占用面积，节省散热器空间，同时降低回路电感，易于拆卸和更换功率器件。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电力电子功率单元，所述电力电子功率单元包括：

散热器，所述散热器内设置有散热管路，所述散热管路中填充有导热媒质；所述散热器包括散热基板和散热翅片，所述散热基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述散热翅片设置于所述散热基板的第二表面上；

功率器件模组，设置于所述散热基板的第一表面上，其中，所述功率器件模组包括功率器件模块，所述功率器件模块贴设于所述散热基板第一表面上，并且，所述功率器件模块与所述散热器内的导热媒质的液位在垂直面上的投影至少部分重合；

电容模组，在垂直于所述散热基板的所述第一表面的方向上，所述电容模组与功率器件模组分层设置，所述电容模组位于所述功率器件模组远离所述散热基板的一侧，并与所述功率器件模组电连接。

可选地，所述散热基板内设置有第一散热管路，所述第一散热管路中填充有导热媒质；和/或所述散热翅片内设置有第二散热管路，所述第二散热管路内填充有导热媒质。

可选地，所述散热器为均温板散热器。

可选地，所述功率器件模组还包括：功率器件驱动模块；所述功率器件驱动模块与所述功率器件模块铺设于所述第一表面上，在垂直方向上所述功率器件驱动模块位于所述功率器件模块的上方。

更可选地，在垂直于所述散热基板的所述第一表面的方向上，所述电容模组设置于所述功率器件驱动模块远离所述散热基板的一侧。

更可选地，所述电力电子功率单元还包括第一直流母排及第二直流母排；所述功率器件模组通过所述第一直流母排及所述第二直流母排与所述电容模组电连接。

更可选地，所述第一直流母排包括第一正直流母排和第一负直流母排；所述第一正直流母排及所述第一负直流母排包括：

呈长条状结构的第一支撑部；

以及分别自所述第一支撑部的两端沿与所述第一支撑部垂直的方向延伸形成的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部位于所述第一支撑部的同一侧；且所述第一连接部与所述功率器件模块连接，所述第二连接部经由所述第二直流母排连接所述电容模组；

其中，所述第一正直流母排与所述第一负直流母排的第一支撑部相邻绝缘设置，所述第一正直流母排的第一连接部和第二连接部与所述第一负直流母排的第一连接部和第二连接部的延伸方向相反。

更可选地，在垂直于所述散热基板的第一表面的方向上，所述第一正直流母排的第一支撑部与所述第一负直流母排的第一支撑部在远离所述散热基板的一侧存在长度差。

更可选地，所述第二直流母排包括第二正直流母排和第二负直流母排；所述第二正直流母排及所述第二负直流母排包括：

呈长条状结构的第二支撑部；

以及分别自所述第二支撑部的两端沿与所述第二支撑部垂直的方向延伸形成的第三连接部和第四连接部，所述第三连接部与所述第四连接部位于所述第二支撑部的两侧；且所述第三连接部与所述电容模组连接，所述第四连接部经由所述第一直流母排连接所述功率器件模组；

其中，所述第二正直流母排与所述第二负直流母排的各部分对应绝缘叠置。

更可选地，所述第二正直流母排的第四连接部与所述第二负直流母排的第四连接部在连接所述第一直流母排的一端存在长度差。

如上所述，本实用新型的电力电子功率单元，具有以下有益效果：

1、本实用新型的电力电子功率单元将散热器、功率器件模组及电容模组集成在一起，构成可独立运行的功率单元，集成度高。

2、本实用新型的电力电子功率单元采用分层摆放的形式，将散热器设置在最下方，功率器件模组放在散热器上方，电容模组分层设置于功率器件模组的上方，结构紧凑，减少了面积尺寸，提高了有效的散热面积。

3、本实用新型的电力电子功率单元将电容模组均匀分布于功率器件模组的上方，使得功率器件模组与电容模组的距离最小化，并通过直流母排实现两者的电连接，回路电感更小。

4、本实用新型的电力电子功率单元中功率器件模块与散热基板或散热翅片中的导热媒质至少部分重合，进而更有利于功率器件的散热，提高散热效果。

5、本实用新型的电力电子功率单元在拆卸功率器件模块时只需要断开与直流母线、交流输入输出以及控制的连接即可，无需拆除其它器件，拆卸维修更为方便。

6、本实用新型的电力电子功率单元可多个并联组成功率等级更高的电源系统，拓展性更强；且各功率单元之间通过软铜连接母排即可，互连方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的电力电子功率单元的主视图；

图2为本实用新型实施例中的电力电子功率单元的俯视图；

图3为本实用新型实施例中的电力电子功率单元的侧视图；

图4-图7依次为本实用新型实施例中的第一正直流母排的主视图、俯视图、后视图和侧视图；

图8-图11依次为本实用新型实施例中的第一负直流母排的主视图、俯视图、后视图和侧视图；

图12为本实用新型实施例中的第一直流母排的安装于电力电子功率单元时的侧视图；

图13-图15依次为本实用新型实施例中的第二正直流母排的主视图、俯视图和侧视图；

图16-图18依次为本实用新型实施例中的第二正直流母排的主视图、俯视图和侧视图；

图19-图20依次为本实用新型实施例中的第二直流母排安装于电力电子功率单元时的主视图和侧视图。

附图标记列表：

1 电力电子功率单元

111 散热基板

112 散热翅片

121 功率器件模块

122 功率器件驱动模块

123 第一支撑架

131 电容模块

132 支撑板

133 第二支撑架

14 第一直流母排

14a 第一正直流母排

14b 第一负直流母排

141 第一连接部

142 第一支撑部

143 第二连接部

15 第二直流母排

15a 第二正直流母排

15b 第二负直流母排

151 第三连接部

152 第二支撑部

153 第四连接部

16 把手

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-图20，本实施例提供一种电力电子功率单元1，所述电力电子功率单元1包括：散热器、功率器件模组和电容模组。所述功率器件模组及所述电容模组分层设置于散热器的散热基板111上：所述功率器件模组设置于所述散热器与所述电容模组之间，且所述电容模组与所述功率器件模组电连接。

如图1-图3所示，所述散热器内设置有散热管路，所述散热管路中填充有导热媒质；所述散热器包括散热基板111及散热翅片112。所述散热基板111具有相对设置的第一表面和第二表面。所述功率器件模组设置于所述散热基板111的第一表面上，所述散热翅片112设置于所述散热基板111的第二表面上。

具体地，所述散热基板111的第二表面上设置有用于插设散热翅片112的沟槽(图中未显示)，各散热翅片112与所述散热基板111的连接方式包括但不限于压封、胶粘或焊接，在本实施例中，通过焊接的方式可减小各散热翅片112与所述散热基板111之间的热阻，提高热传导效率；在本实施例中，各散热翅片112与所述散热基板111的表面相垂直，在实际使用中，各散热翅片112与所述散热基板111的第二表面可具有小于90°的夹角，不以本实施例为限。作为一示例，所述散热基板111为光板；作为另一示例，所述散热基板111内设置有第一散热管路，所述第一散热管路中填充有导热媒质，导热媒质能够加速传导所述散热基板111上的热量，利于功率器件的散热。作为一示例，各散热翅片112为光板；作为另一示例，各散热翅片112内设置有第二散热管路(包括但不限于单面凸起或双面凸起结构)，所述第二散热管路内填充有导热媒质，导热媒质能够加速传导所述散热翅片112上的热量，利于功率器件的散热。所述散热基板111与所述散热翅片112中至少一个设置有散热管路。在本实施例中，所述电力电子功率单元1竖直安装使用，则，所述散热基板111竖直设置；各散热翅片112在所述散热基板111的第二表面沿竖直方向延伸，沿水平方向间隔排布，形成一行多列的阵列结构；由于重力作用，导热媒质集中于所述散热基板111和/或各散热翅片112的中下部。

更具体地，在本实施例中，所述散热器为均温板，能将热量传导至整个面板，进而实现快速散热。在实际使用中，任意能基于热传导技术实现传热的散热器均适用于本实用新型，具体结构在此不一一赘述。

具体地，作为示例，在所述散热基板111的第一表面的边缘位置还设置有把手16，以便于所述电力电子功率单元1的取放。

如图1-图3所示，所述功率器件模组包括若干功率器件模块121，所述功率器件模块121贴合于所述散热基板111的第一表面上，且，所述功率器件模块121与所述散热器内的导热媒质的液位在垂直面上的投影至少部分重合。

具体地，所述功率器件模块121贴合于所述散热基板111的第一表面上，所述功率器件模块121为半桥功率模块、三电平功率模块或共发射极功率模块，在此不一一赘述。在本实施例中，所述功率器件模组包括6块IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块，其中每块IGBT模块内含2个串联的IGBT。作为示例，6块IGBT模块沿水平方向并排铺设于所述散热基板111的第一表面上。所述功率器件模块121位于所述散热基板111的第一表面的下部，所述功率器件模块121与所述散热基板111和/或所述散热翅片112内导热媒质在垂直面上的投影至少部分重合，以使得在散热过程中的散热效率大大提升。

具体地，所述功率器件模组还包括功率器件驱动模块122，所述功率器件驱动模块122与所述功率器件模块121并排铺设于所述第一表面上；在垂直方向上所述功率器件驱动模块122位于所述功率器件模块121的上方。所述功率器件驱动模块122位于所述散热基板111的第一表面的上部，即所述功率器件驱动模块122位于所述功率器件模块121的竖直方向之上。在本实施例中，所述功率器件驱动模块122与所述散热基板111之间设置有第一支撑架123，作为示例，所述第一支撑架123采用支撑螺柱实现；所述功率器件驱动模块122基于所述第一支撑架123的支撑作用与所述散热基板111的第一表面悬空，以此实现绝缘，在实际使用中，任意能实现绝缘的方式(例如设置绝缘层)均适用于本实用新型，在此不一一赘述。

需要说明的是，本实施例所述的“竖直”是指与水平面具有90°或略小于90°的夹角(并非绝对90°夹角)，“竖直”仅表示一种设置方向，与“横向设置”对应区分；作为示例，与水平面的夹角介于60°～90°之间，在实际使用中可基于实际需要设置夹角的角度。

如图1-图3所示，所述电容模组在垂直于所述散热基板111的所述第一表面的方向上与所述功率器件模组分层设置，所述电容模组位于所述功率器件模组远离所述散热基板111的一侧，并与所述功率器件模组电连接。

具体地，如图3所示，所述电容模组包括若干电容模块131，作为示例，各电容模块131沿水平方向并排铺设，且均匀分布，此时，各功率器件模块与所述电容模块的距离最小，回路电感小。

具体地，在本实施例中，在垂直于所述散热基板111的所述第一表面的方向上，所述电容模组设置于所述功率器件驱动模块121远离所述散热基板111的一侧。作为示例，所述功率器件驱动模块112远离所述散热基板111的一侧设置有支撑板132，所述电容模组固定于所述支撑板132远离所述散热基板111的一面上；所述支撑板132与所述散热基板111之间设置有第二支撑架133，以此实现所述功率器件模组与所述电容模组的分层设置。作为示例，所述第二支撑架133采用支撑螺柱实现。由此，本实施例将所述电容模组与所述功率器件模组分层设置，使得功率单元的结构更紧凑，减少了功率单元的面积尺寸，提高了有效散热面积。

如图1-图3所示，所述电力电子功率单元1还包括第一直流母排14及第二直流母排15。所述功率器件模组通过所述第一直流母排14及所述第二直流母排15与所述电容模组电连接。

具体地，在本实施例中，所述第一直流母排14包括第一正直流母排14a和第一负直流母排14b，所述第一正直流母排14a与所述第一负直流母排14b形状相同。参照图4-图11，所述第一正直流母排14a及所述第一负直流母排14b均包括：呈长条状结构的第一支撑部142，以及分别自所述第一支撑部142的两端沿与所述第一支撑部142垂直的方向延伸形成的第一连接部141和第二连接部143，所述第一连接部141与所述第二连接部143位于所述第一支撑部142的同一侧；其中，参照图3或图12，在本实施例中，所述第一支撑部142垂直于所述散热基板111安装，所述第一连接部141与所述功率器件模块121连接，所述第二连接部143经由所述第二直流母排15与所述电容模组连接。所述第一正直流母排14a与所述第一负直流母排14b的第一支撑部142相邻绝缘设置，所述第一正直流母排14a的第一连接部141和第二连接部143与所述第一负直流母排14b的第一连接部141和第二连接部143的延伸方向相反，即所述第一正直流母排14a与所述第一负直流母排14b背靠背设置，以形成所述第一直流母排14。所述第一正直流母排14a与所述第一负直流母排14b的第一支撑部142之间通过设置一定的安全距离，或者添加绝缘物质进行电隔离。在本实施例中，如图3或图12所示，在垂直于所述散热基板111的方向上，所述第一正直流母排14a的第一支撑部142的长度小于所述第一负直流母排14b的第一支撑部142的长度，且两第一支撑部142在远离所述散热基板111的一侧存在长度差L1；在实际使用中，也可将所述第一正直流母排14a的第一支撑部142的长度设置为大于所述第一负直流母排14b的第一支撑部142的长度，根据具体应用设置，两者在远离所述散热基板111的一侧存在长度差即可，不以本实施例为限。

具体地，在本实施例中，所述第二直流母排15包括第二正直流母排15a和第二负直流母排15b，所述第二正直流母排15a与所述第二负直流母排15b形状相同。参照图13-图20，所述第二正直流母排15a及所述第二负直流母排15b均包括：呈长条状结构的第二支撑部152，以及分别自所述第二支撑部152的两端沿与所述第二支撑部152垂直的方向上延伸形成的第三连接部151和第四连接部153，所述第三连接部151与所述第四连接部153位于所述第二支撑部152的两侧；其中，参照图3或图20，在本实施例中，所述第二支撑部152垂直于所述散热基板111安装，第三连接部151与电容模组连接，所述第四连接部153经由所述第一直流母排14连接所述功率器件模组。如图19-图20所示，所述第二正直流母排15a与所述第二负直流母排15b的各部分对应绝缘叠置，以构成所述第二直流母排15。所述第二正直流母排15a与所述第二负直流母排15b之间通过设置一定的安全距离，或者添加绝缘物质进行电隔离。在本实施例中，参照图3或图20，所述第二正直流母排15a的第三连接部151的长度与所述第二负直流母排15b的第三连接部151的长度一致，通过打孔的方式实现与所述电容模组的电连接；所述第二正直流母排15a的第四连接部153的长度小于所述第二负直流母排15b的第四连接部153的长度，且两者在连接所述第一直流母排14的一端存在长度差L2。在实际使用中，所述第二正直流母排15a的第三连接部151的长度与所述第二负直流母排15b的第三连接部151的长度也可以不一致，所述第二正直流母排15a的第四连接部153的长度也可以大于所述第二负直流母排15b的第四连接部153的长度，根据具体应用设置，不以本实施例为限。

具体地，在本实施例中，将连接有电容模组的第二直流母排15与连接功率器件模组的第一直流母排14连接，实现电容模组与功率器件模组的连接；由此，当更换功率器件时，无需拆卸电容模组，即可实现功率器件的更换。如图3所示，在本实施例中，所述第一正直流母排14a与所述第一负直流母排14b的第一连接部141齐平，并分别连接所述功率器件模组；所述第一正直流母排14a的第二连接部143与所述第二正直流母排15a的第四连接部153连接；所述第一负直流母排14b的第二连接部143与所述第二负直流母排15b的第四连接部153连接；所述第二正直流母排15a与所述第二负直流母排15b的第三连接部151分别连接所述电容模组；所述第一直流母排14与所述第二直流母排15借助长度差L1和L2实现贴合，不仅节省了空间，同时也有利于电力电子功率器件的集成和器件的稳定性。

综上，本实用新型提供一种电力电子功率单元，包括：散热器，所述散热器内设置有散热管路，所述散热管路中填充有导热媒质；所述散热器包括散热基板和散热翅片，所述散热基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述散热翅片设置于所述散热基板的第二表面上；功率器件模组，所述功率器件模组包括功率器件模块，所述功率器件模块贴设于所述散热基板第一表面上，并且，所述功率器件模块与所述散热器内的导热媒质的液位在垂直面上的投影至少部分重合；电容模组，在垂直于所述散热基板的所述第一表面的方向上，所述电容模组与功率器件模组分层设置，所述电容模组位于所述功率器件模组远离所述散热基板的一侧，并与所述功率器件模组电连接。本申请将电容模组分层设置于功率器件模组的上方，一方面，该种结构的结构更紧凑，减少了功能器件的占用面积，有效的提高了散热；另一方面，电容模组均匀分布于功率器件模组的上方，回路电感更小；并且，功率器件模块与散热翅片中的导热媒质至少部分重合，进而更有利于功率器件的散热。进一步地，电容模组与功率器件模组通过直流母排连接，拆卸时只需要将直流母线、交流输入输出以及控制断开即可拆除，无需拆除其它器件，拆卸维修更为的方便。并且，本实用新型的电力电子功率单元能够将功率器件模组、电容模组以及散热器集成在一起，构成了一个可独立工作运行的功率单元，具有较高的集成度；也可以将多个功率单元并联组成功率等级更高的电源系统，拓展性更强。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

本具体的实施例仅仅是对本实用新型的解释，而并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种电力电子功率单元，其特征在于，所述电力电子功率单元包括：

散热器，所述散热器内设置有散热管路，所述散热管路中填充有导热媒质；所述散热器包括散热基板和散热翅片，所述散热基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述散热翅片设置于所述散热基板的第二表面上；

功率器件模组，所述功率器件模组包括功率器件模块，所述功率器件模块贴设于所述散热基板第一表面上，并且，所述功率器件模块与所述散热器内的导热媒质的液位在垂直面上的投影至少部分重合；

电容模组，在垂直于所述散热基板的所述第一表面的方向上，所述电容模组与功率器件模组分层设置，所述电容模组位于所述功率器件模组远离所述散热基板的一侧，并与所述功率器件模组电连接。

2.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述散热基板内设置有第一散热管路，所述第一散热管路中填充有导热媒质；和/或所述散热翅片内设置有第二散热管路，所述第二散热管路内填充有导热媒质。

3.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述散热器为均温板散热器。

4.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述功率器件模组还包括：功率器件驱动模块；所述功率器件驱动模块与所述功率器件模块铺设于所述第一表面上，在垂直方向上所述功率器件驱动模块位于所述功率器件模块的上方。

5.根据权利要求4所述的电力电子功率单元，其特征在于，在垂直于所述散热基板的所述第一表面的方向上，所述电容模组设置于所述功率器件驱动模块远离所述散热基板的一侧。

6.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述电力电子功率单元还包括第一直流母排及第二直流母排；所述功率器件模组通过所述第一直流母排及所述第二直流母排与所述电容模组电连接。

7.根据权利要求6所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述第一直流母排包括第一正直流母排和第一负直流母排；所述第一正直流母排及所述第一负直流母排包括：

呈长条状结构的第一支撑部；

以及分别自所述第一支撑部的两端沿与所述第一支撑部垂直的方向延伸形成的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部位于所述第一支撑部的同一侧；且所述第一连接部与所述功率器件模块连接，所述第二连接部经由所述第二直流母排连接所述电容模组；

其中，所述第一正直流母排与所述第一负直流母排的第一支撑部相邻绝缘设置，所述第一正直流母排的第一连接部和第二连接部与所述第一负直流母排的第一连接部和第二连接部的延伸方向相反。

8.根据权利要求7所述的电力电子功率单元，其特征在于，在垂直于所述散热基板的第一表面的方向上，所述第一正直流母排的第一支撑部与所述第一负直流母排的第一支撑部在远离所述散热基板的一侧存在长度差。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述第二直流母排包括第二正直流母排和第二负直流母排；所述第二正直流母排及所述第二负直流母排包括：

呈长条状结构的第二支撑部；

以及分别自所述第二支撑部的两端沿与所述第二支撑部垂直的方向延伸形成的第三连接部和第四连接部，所述第三连接部与所述第四连接部位于所述第二支撑部的两侧；且所述第三连接部与所述电容模组连接，所述第四连接部经由所述第一直流母排连接所述功率器件模组；

其中，所述第二正直流母排与所述第二负直流母排的各部分对应绝缘叠置。

10.根据权利要求9所述的电力电子功率单元，其特征在于，所述第二正直流母排的第四连接部与所述第二负直流母排的第四连接部在连接所述第一直流母排的一端存在长度差。

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