CN219437423U - 风冷散热充电机功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种风冷散热充电机功率模块，包括散热器及附属电子器件、支撑电容组件、直流滤波电容组件、隔直电容组件、输入端组件、电流互感器组件一、电流互感器组件二；与现有技术相比，本实用新型减少了散热器数量；支撑电容和直流滤波电容通过支撑件固定，其他非散热器件通过支撑件分布在散热器顶部，不占用散热器基本上的位置，充分利用空间，有效降低体积和重量；能够快速的将充电机功率模块吊装到辅助变流器内部也便于后期的使用维护。

Description

风冷散热充电机功率模块

技术领域

本实用新型属于充电机技术领域，特别是一种风冷散热充电机功率模块。

背景技术

辅助变流器作为轨道交通的重要设备之一，一般包括辅助逆变器和充电机功率模块，其中，充电机功率模块为车辆提供直流电源并给蓄电池充电。

为将380V的三相交流电转化为高质量的110V直流电，充电机功率模块需要用到高频变压器、滤波电抗器、逆变模块和整流模块等，这些器件体积和重量都很大。国内某单位为了能够满足器件的拆装，在设计过程中，将充电机功率模块分为3个单独的模块，每个模块都包含有散热器及其发热器件。结合尺寸和发热功率，分为了逆变模块组件、变压器+电抗器组件和整流模块组件，各个组件之间通过电缆进行电连接。考虑到电缆的转弯半径和器件安装空间，使得整个充电机功率模块实际占用体积一直居高不下。因此对辅助变流器小型化、轻量化设计是充电机功率模块发展必然趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风冷散热充电机功率模块，其集成化的设计在有效降低体积和重量的同时，也使得拆装变的更加的方便。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种风冷散热充电机功率模块，包括散热器及附属电子器件、支撑电容组件、直流滤波电容组件、隔直电容组件、输入端组件、电流互感器组件一、电流互感器组件二；

支撑电容组件和直流滤波电容组件通过其自身固定脚安装在散热器及附属电子器件的上方，与散热器上的散热功率器件形成连接；

隔直电容组件竖直安装支在撑电容组件和直流滤波电容组件的中间位置；

输入端组件安装在风冷散热充电机功率模块一端；

电流互感器组件一固定在散热器上，用于检测从直流滤波电抗器出来的电流；电流互感器组件二固定在散热器上，用以检测从直流滤波电抗器出来的电压；

本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：

(1)充电机功率模块的发热功率器件通过一个散热器进行风冷散热，减少了散热器数量；支撑电容和直流滤波电容通过支撑件固定，其他非散热器件通过支撑件分布在散热器顶部，不占用散热器基本上的位置，充分利用空间，有效降低体积和重量；

(2)四周的吊耳设计给安装设备提供了吊装支撑点，能够快速的将充电机功率模块吊装到辅助变流器内部；

(3)本实用新型通过集成化设计，减少了器件之间的连接固定点，器件的并排设计也便于后期的使用维护。

附图说明

图1为风冷散热充电机功率模块的整体轴视图；

图2为风冷散热充电机功率模块的整体爆炸图；

图3为风冷散热充电机功率模块的发热功率器件布置正视图1；

图4为风冷散热充电机功率模块的发热功率器件布置正视图2；

图5为支撑电容组件的轴视图；

图6为支撑电容组件的爆炸图；

图7为直流滤波电容组件的轴视图；

图8为直流滤波电容组件的爆炸图；

图9为隔直电容组件的轴视图；

图10为输入端组件的轴视图；

图11为电流互感器组件1的轴视图；

图12为电流互感器组件2的轴视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本使用新型进行进一步的详细说明。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。

下面结合附图，对本实用新型作进一步的详细描述。本实施例中的充电机功率模块将380V的三相交流电转化为高质量的110V直流电，为车辆提供直流电源并给蓄电池充电。

结合图1～图2，本实用新型提供的一种风冷散热充电机功率模块，包括散热器及附属电子器件100、支撑电容组件200、直流滤波电容组件300、隔直电容组件400、输入端组件500、电流互感器组件一600、电流互感器组件二700。支撑电容组件200和直流滤波电容组件300通过其自身固定脚，根据电路拓扑结构安装在电子器件的上方，方便与散热器上的散热功率器件形成连接；隔直电容组件400竖直安装支在撑电容组件200和直流滤波电容组件300的中间位置；输入端组件500安装在风冷散热充电机功率模块一侧，便于引线；电流互感器组件一600固定在散热器上，用以检测从直流滤波电抗器出来的电流；电流互感器组件二700固定在散热器上，位于检测器件顶部，用以检测从直流滤波电抗器出来的电压；

结合图1～图4，散热器及附属电子器件100包含有散热器101、吊耳102、三相整流桥103、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104、温度继电器105、温度传感器106、高频变压器107、RC吸收板108、输出整流二极管109、输出二极管一110、输出二极管二111、直流滤波电抗器112、叠层母排113、整流输出汇流条114、输出汇流条一115、整流引入汇流条一116、整流引入汇流条二117、输出汇流条二118、输出汇流条三119、逆变输出汇流条120、绝缘块一121、绝缘块二122、绝缘座123。其中布置在散热器101上的电子器件均为发热功率器件，这些发热功率器件在工作过程中因自身损耗产生大量的热将直接传导到散热器101上，增加了散热器101对发热功率器件的散热效果，能够更快的将热量通过风冷散热器散发出去。

风冷散热充电机功率模块为水平放置安装，吊耳102固定在散热器101的四周，能够通过吊装工装固定在吊耳102上，便于整体的拆装。三相整流桥103、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104固定在散热器的一端，通过叠层母排113相互连通；因绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104发热量大，最高温度集中在其周边，将温度继电器105和温度传感器106设置在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104中间，通过温度继电器105和温度传感器106的配合使用，用于对散热器101过热时进行继电保护，防止发热功率器件过热。

逆变输出汇流条120一端固定在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104引出极，另一端固定在绝缘块一121上；根据电路拓扑结构，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104组成逆变单元，用于输出高频交流；高频交流经隔直电容400隔离直流后接到高频变压器107输入端，高频变压器107在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104旁并排固定，用于对高频交流电进行降压。多个输出整流二极管109排布安装在散热器101上组成整流模块，整流引入汇流条一116和整流引入汇流条二117固定在输出整流二极管109一极，通过导线与高频变压器107副边连接。

直流滤波电抗器112属于发热功率器件，固定在散热器101上，电流经整流模块整流后通过导线与直流滤波电抗器112连接。输出二极管一110和输出二极管二111因属于发热功率器件，固定在散热器101上，分别通过输出汇流条一115与导线，将整流滤波后的电流接到输出二极管一110和输出二极管二111的一极，经由输出二极管后接到风冷散热充电机功率模块的输出端。RC吸收板108并联在输出整流二极管109两端，吸收可能出现的高频信号，起到保护输出整流二极管109的作用。

结合图1～图6，支撑电容组件200包含有电容支撑架201、驱动板底座202、驱动板上盖203、驱动板204、尼龙螺母205、尼龙绝缘垫206、电压传感器一207、支撑电容208、支撑电容支架209、均压电阻210。支撑电容组件200整体通过螺钉固定安装在逆变单元的正上方；支撑电容208通过叠层排布，与正下方的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104通过叠层母排113连接，支撑电容208通过尼龙螺母205与电容支撑架201固定，中间尼龙绝缘垫206将电容支撑架201和支撑电容208隔开，增加绝缘性能；均压电阻210连接在支撑电容208的两级，用以解决分压不均匀的问题。驱动板204通过螺柱在驱动板底座202上固定，通过控制线与正下方的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104相连，用来控制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104的开关。电压传感器一207用以检测逆变模块前端的电压，通过导线连接在三相整流桥103的输出端。支撑电容支架209套住支撑电容208，固定在电容支撑架201，增加整体的稳定性。驱动板底座202固定在电容支撑架201上，与驱动板上盖203配合，用以保护驱动板204。

结合图1～图8，直流滤波电容组件300包含有直流滤波电容支撑架301、输出端302、电压传感器二303、控制板304、通讯转接板305、尼龙螺母306、防护盖板307、尼龙绝缘垫308、输出滤波电容309、汇流条一310、汇流条二311、输出假负载312。直流滤波电容组件300位于整流模块正上方，通过螺钉固定；输出滤波电容309并排布置，通过尼龙螺母306与直流滤波电容支撑架301固定，中间尼龙绝缘垫308将直流滤波电容支撑架301和输出滤波电容309隔开，增加绝缘性能；汇流条一310和汇流条二311一端与输出滤波电容309固定，另一端连接在绝缘块二122上，起到电连接和支撑输出滤波电容309的作用。输出假负载312连接在输出滤波电容309两级，及时给输出滤波电容309放电。

汇流条一310其中一个电连接点与直流滤波电抗器112的引出极连接，另一个电连接点与输出汇流条一115进行连接，将输出汇流条一115作为风冷散热充电机功率模块的正极引出极，用绝缘座123进行固定；输出汇流条一115的中间电连接点与输出二极管一110的一极相连，电流经过输出二极管一110，从连接在输出二极管一110另一极的输出汇流条三119流出，将输出汇流条三119作为风冷散热充电机功率模块的正极引出极，用绝缘座123进行固定。输出二极管二111一端通过导线与汇流条一310连接，另一端与输出端302连接，将输出端302作为风冷散热充电机功率模块的正极引出极。

汇流条二311其中一个电连接点与高频变压器107的地线连接，另一个电连接点与输出汇流条二118进行连接，将汇流条二118作为风冷散热充电机功率模块的负极引出极，用绝缘座123进行固定。

结合图1～图9，隔直电容组件400包含有隔直电容架401、隔直电容402、隔直电容铜排403。隔直电容402固定在隔直电容架401上，隔直电容铜排403将2个隔直电容402进行并联连接，隔直电容架401固定在高频变压器107旁边，隔直电容组件400的引入端通过导线与逆变输出汇流条120连接，输出端通过导线与高频变压器107进行连接，起到隔离直流的作用。

结合图1～图10，输入端组件500包含有输入端支架501和接线端子502；接线端子502固定在输入端支架501上，输入端组件500通过螺钉固定在支撑电容组件200一侧；三相交流电经通过导线接到接线端子502一侧；接线端子502另一侧与三相整流桥103通过导线进行连接。

结合图1～图12，电流互感器组件一600包含有电流互感器支架一601和电流互感器一602，电流互感器组件二700包含有电流互感器支架二701和电流互感器二702。电流互感器一602固定在电流互感器支架一601上，电流互感器组件一600穿过输出汇流条一115，固定在散热器101上，用以检测风冷散热充电机功率模块的输出电流。电流互感器二702固定在电流互感器支架二701上，电流互感器二702置于直流滤波电抗器112顶部，穿过直流滤波电抗器112的输出端，固定在散热器101上，用以检测经整流滤波之后的输出电压。

电压传感器二303用以检测整流滤波之后的电压，通过导线连接在输出滤波电容309两端。控制板304和通讯转接板305通过螺柱固定在直流滤波电容支撑架301上，控制板304通过控制线与驱动板204连接，用以控制驱动板204；此外控制板304通过控制线连接电压传感器一207、电压传感器二303、电流互感器一602、电流互感器二702和温度继电器105，对风冷散热充电机功率模型进行控制；通讯转接板305与控制板304相连，通过通讯转接板305实现控制板304与辅助变流器总控板的连接。防护盖板307固定在控制板304和通讯转接板305的上方，用以保护的作用。

本实施例提供的充电机功率模块采用移相全桥电路拓扑，输入的三相交流电380V经过输入端组件500接到三相整流桥103和支撑电容208，输出为整流后的DC510V；DC510V通过叠层母排113经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)104组成的逆变单元和隔直电容组件400后，输出为高频交流；高频交流接到高频变压器107输入的原边，通过高频变压器107的，输出110V方波。后经输出整流二极管109组成的整流单元的整流以及直流滤波电容组件300和直流滤波电抗器112的滤波作用，将方波变为DC110V；后经输出二极管一110和输出二极管二111往外输出。其中RC吸收板108并联在输出整流二极管109两端，吸收可能出现的高频信号，起到保护输出整流二极管109的作用；输出二极管一110和输出二极管二111接在输出端，防止外部有电流反过来输出损坏器件，起到防反的作用。

以上所述已经示出和描述了本实用新型的实施例，但可以理解的是，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变更和变化。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 (8)

1.一种风冷散热充电机功率模块，其特征在于，包括散热器及附属电子器件(100)、支撑电容组件(200)、直流滤波电容组件(300)、隔直电容组件(400)、输入端组件(500)、电流互感器组件一(600)、电流互感器组件二(700)；

支撑电容组件(200)和直流滤波电容组件(300)通过其自身固定脚安装在散热器及附属电子器件(100)的上方，与散热器上的散热功率器件形成连接；

隔直电容组件(400)竖直安装支在撑电容组件(200)和直流滤波电容组件(300)的中间位置；

输入端组件(500)安装在风冷散热充电机功率模块一端；

电流互感器组件一(600)固定在散热器上，用于检测从直流滤波电抗器出来的电流；电流互感器组件二(700)固定在散热器上，用以检测从直流滤波电抗器出来的电压。

2.根据权利要求1所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，散热器及附属电子器件(100)包括有散热器(101)、吊耳(102)、和附属电子器件；

其中附属电子器件包括三相整流桥(103)、绝缘栅双极型晶体管(104)、温度继电器(105)、温度传感器(106)、高频变压器(107)、RC吸收板(108)、输出整流二极管(109)、输出二极管一(110)、输出二极管二(111)、直流滤波电抗器(112)、叠层母排(113)、整流输出汇流条(114)、输出汇流条一(115)、整流引入汇流条一(116)、整流引入汇流条二(117)、输出汇流条二(118)、输出汇流条三(119)、逆变输出汇流条(120)、绝缘块一(121)、绝缘块二(122)、绝缘座(123)；

吊耳(102)固定在散热器(101)的四周；三相整流桥(103)、绝缘栅双极型晶体管(104)固定在散热器上，通过叠层母排(113)连接；绝缘栅双极型晶体管(104)组成逆变单元；温度继电器(105)和温度传感器(106)设置在绝缘栅双极型晶体管(104)中间，高频变压器(107)安装在绝缘栅双极型晶体管(104)旁并排固定；

多个输出整流二极管(109)排布安装在散热器(101)上组成整流模块；RC吸收板(108)并联在输出整流二极管(109)两端；整流引入汇流条一(116)和整流引入汇流条二(117)固定在输出整流二极管(109)一极，通过导线与高频变压器(107)副边连接；逆变输出汇流条(120)一端固定在绝缘栅双极型晶体管(104)引出极，另一端固定在绝缘块一(121)上；

输出二极管一(110)、输出二极管二(111)和直流滤波电抗器(112)固定在散热器(101)上，分别通过输出汇流条一(115)和导线，将整流滤波后的电流接到输出二极管一(110)和输出二极管二(111)的一极。

3.根据权利要求2所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，所述支撑电容组件(200)包含有电容支撑架(201)、驱动板底座(202)、驱动板上盖(203)、驱动板(204)、电压传感器一(207)、支撑电容(208)、支撑电容支架(209)、均压电阻(210)；

支撑电容(208)与电容支撑架(201)固定连接，支撑电容支架(209)套住支撑电容(208)，固定在电容支撑架(201)，驱动板底座(202)固定在电容支撑架(201)上，与驱动板上盖(203)配合，用以保护驱动板(204)；支撑电容(208)通过叠层排布，与绝缘栅双极型晶体管(104)通过叠层母排(113)连接，均压电阻(210)连接在支撑电容(208)两级；驱动板(204)固定在驱动板底座(202)上，通过控制线与绝缘栅双极型晶体管(104)相连；电压传感器一(207)通过导线连接在三相整流桥(103)的输出端。

4.根据权利要求2所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，所述直流滤波电容组件(300)包含有直流滤波电容支撑架(301)、输出端(302)、电压传感器二(303)、控制板(304)、通讯转接板(305)、防护盖板(307)、输出滤波电容(309)、汇流条一(310)、汇流条二(311)、输出假负载(312)；

直流滤波电容支撑架(301)固定连接并排布置的输出滤波电容(309)，汇流条一(310)和汇流条二(311)一端与输出滤波电容(309)固定，另一端连接在绝缘块二(122)上，输出假负载(312)连接在输出滤波电容(309)两级；

汇流条一(310)其中一个电连接点与直流滤波电抗器(112)的引出极连接，另一个电连接点与输出汇流条一(115)进行连接，汇流条一(310)用绝缘座(123)进行固定；输出汇流条一(115)的中间电连接点与输出二极管一(110)的一极相连，输出二极管一(110)的另一极连接输出汇流条三(119)；输出二极管二(111)一端通过导线与汇流条一(310)连接，另一端与输出端(302)连接；汇流条二(311)其中一个电连接点与高频变压器(107)的地线连接，另一个电连接点与输出汇流条二(118)进行连接，汇流条二(311)用绝缘座(123)进行固定。

5.根据权利要求2所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，所述隔直电容组件(400)包含有隔直电容架(401)、隔直电容(402)、隔直电容铜排(403)；隔直电容(402)固定在隔直电容架(401)上，隔直电容铜排(403)将2个隔直电容(402)进行并联连接，隔直电容组件(400)的引入端和输出端通过导线与散热器(101)上的附属电子连接。

6.根据权利要求2所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，输入端组件(500)包含有输入端支架(501)和接线端子(502)；接线端子(502)固定在输入端支架(501)上；接线端子(502)通过导线与散热器(101)上的附属电子连接。

7.根据权利要求4所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，电流互感器组件一(600)包含有电流互感器支架一(601)和电流互感器一(602)，电流互感器一(602)固定在电流互感器支架一(601)上；电流互感器组件二(700)包含有电流互感器支架二(701)和电流互感器二(702)，电流互感器二(702)固定在电流互感器支架二(701)上。

8.根据权利要求7所述的风冷散热充电机功率模块，其特征在于，电压传感器二(303)通过导线连接在输出滤波电容(309)两端，控制板(304)和通讯转接板(305)固定在直流滤波电容支撑架(301)上，控制板(304)通过控制线与驱动板(204)连接；控制板(304)通过控制线连接电压传感器一(207)、电压传感器二(303)、电流互感器一(602)、电流互感器二(702)和温度继电器(105)；通讯转接板(305)与控制板(304)相连，防护盖板(307)固定在控制板(304)和通讯转接板(305)的上方。