CN219977600U - 温度采样系统、并联igbt模块和功率模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度采样系统、并联IGBT模块和功率模组，属于电力电子技术领域。该系统包括：温度采样电路板；至少一个导热板，导热板设置于温度采样电路板的第一面，导热板与并联IGBT单元一一对应，导热板背离温度采样电路板的一面用于与并联IGBT单元接触并覆盖至少两个IGBT；至少一个温度传感器，温度传感器与导热板一一对应，温度传感器位于导热板上且与温度采样电路板连接，温度传感器不与并联IGBT单元接触。该系统通过导热板传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器，温度传感器采集的温度数据通过温度采样电路板进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

Description

温度采样系统、并联IGBT模块和功率模组

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，尤其涉及一种温度采样系统、并联IGBT模块和功率模组。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为电力电子变流器核心器件，广泛应用于光伏并网逆变器、风电变流器和变频器等装置中，是实现电力电子功率变换的关键元器件。

温度是IGBT的敏感参数，温度会直接影响到半导体的载流子迁移率和载流子浓度等，进而影响IGBT的击穿电压、开关时间、开关损耗等性能参数。通常IGBT厂商会预置温度采集装置在模块中，以便于检测单个IGBT的温度，但在实际应用场景中，经常需要将多个IGBT并联，以提高系统容量。

目前，IGBT并联模块采用的温度采样方案主要有两种：一是单IGBT采样方案，对于并联的多个IGBT，只采集其中一个或几个IGBT的温度，这种方案无法监控所有IGBT的温度，系统可靠性低；二是IGBT多通道采样方案，对于并联的多个IGBT都进行温度采集，这种方案使用的传感器数量多、成本高，且会占用多路信号资源。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种温度采样系统、并联IGBT模块和功率模组，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

第一方面，本申请提供了一种温度采样系统，该系统包括：

温度采样电路板；

至少一个导热板，所述导热板设置于所述温度采样电路板的第一面，所述导热板与并联IGBT单元一一对应，所述并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT，所述导热板背离所述温度采样电路板的一面用于与所述并联IGBT单元接触并覆盖所述至少两个IGBT；

至少一个温度传感器，所述温度传感器与所述导热板一一对应，所述温度传感器位于所述导热板上且与所述温度采样电路板连接，所述温度传感器不与所述并联IGBT单元接触。

根据本申请的温度采样系统，通过设置导热板传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器，温度传感器采集的温度数据通过温度采样电路板进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

根据本申请的一个实施例，所述导热板为所述温度采样电路板的铺铜。

根据本申请的一个实施例，所述导热板的侧边位于所述温度采样电路板的内侧且与所述温度采样电路板的同侧边缘形成间距。

根据本申请的一个实施例，所述导热板的侧边位于所述并联IGBT单元的内侧且与所述并联IGBT单元的同侧边缘形成间距。

根据本申请的一个实施例，所述温度采样电路板的采样信号线布置于所述温度采样电路板的第二面。

根据本申请的一个实施例，所述温度传感器设有空气隔热结构。

根据本申请的一个实施例，所述温度传感器为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。

第二方面，本申请提供了一种并联IGBT模块，该并联IGBT模块包括：

至少一个并联IGBT单元和和如上述第一方面所述的温度采样系统，所述并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT。

根据本申请的并联IGBT模块，通过设置导热板传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器，温度传感器采集的温度数据通过温度采样电路板进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

第三方面，本申请提供了一种功率模组，该模组包括：

如上述第二方面所述的并联IGBT模块。

根据本申请的一个实施例，还包括：

水冷板，所述并联IGBT模块背离导热板的一面固定于所述水冷板上。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的温度采样系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的功率模组的结构示意图。

附图标记：

温度采样电路板110，导热板120，第一IGBT131，第二IGBT132，温度传感器140，水冷板200。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

相关技术中，IGBT并联模块采用的温度采样方案有以下两种：

其一，单IGBT采样方案。

在该实施方式中，对于并联的多个IGBT，只采集其中一个或几个IGBT的温度，这种方案无法监控所有IGBT的温度，系统可靠性低。

其二，IGBT多通道采样方案。

在该实施方式中，对于并联的多个IGBT都进行温度采集，这种方案使用的传感器数量多、成本高，且会占用多路信号资源。

下面参考图1-图2描述根据本申请实施例的温度采样系统、并联IGBT模块和功率模组。

本申请实施例中，并联IGBT模块包括至少一个并联IGBT单元，每个并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT，即同一个并联IGBT单元中的IGBT连接同相电。

例如，如图1所示，并联IGBT模块包括三个并联IGBT单元，每个并联IGBT单元包括同相并联的两个IGBT，分别为第一IGBT131和第二IGBT132。

从左至右，第一个并联IGBT单元的两个IGBT连接A相，第二个并联IGBT单元的两个IGBT连接B相，第三个并联IGBT单元的两个IGBT连接C相。

本申请实施例的温度采样系统包括：温度采样电路板110、至少一个导热板120和至少一个温度传感器140。

其中，导热板120与并联IGBT单元一一对应，温度传感器140与导热板120一一对应，即每个并联IGBT单元配置一个导热板120和一个温度传感器140。

在该实施例中，导热板120设置于温度采样电路板110的第一面，导热板120背离温度采样电路板110的一面用于与并联IGBT单元接触并覆盖至少两个IGBT；温度传感器140位于导热板120上且与温度采样电路板110连接，且温度传感器140不与并联IGBT单元接触。

其中，导热板120是用于将IGBT的热量传导到温度传感器140的装置。

可以理解的是，导热板120与并联IGBT单元接触并覆盖至少两个IGBT，导热板120可以将并联IGBT单元中所有IGBT的热量传导到温度传感器140。

在实际执行中，温度传感器140所采集到的温度近似等于并联IGBT单元中所有IGBT温度的平均值，IGBT的温度采样值与IGBT实际内部的结温差可以通过实验进行标定。

在一些实施例中，并联IGBT单元包括两个IGBT，导热板120与两个IGBT的覆盖面积可以相等，即导热板120与两个IGBT接触的导热面积相等，温度传感器140可以设置在导热板120上两个IGBT的中轴线所在的位置，采集到两个IGBT温度的平均值。

需要说明的是，导热板120和并联IGBT单元接触进行导热，温度传感器140不与并联IGBT单元接触，温度传感器140采集到的只是导热板120上的温度，不会受到并联IGBT单元中某一IGBT的影响。

如图2所示，温度采样电路板110、导热板120和并联IGBT单元按照顺序依次设置，并联IGBT模块中每一相对应的并联IGBT单元使用一个导热板120和一个温度传感器140进行温度检测，多个并联IGBT单元的温度数据可以通过温度采样电路板110收集传输。

在该实施例中，每一相对应的并联IGBT单元只需使用一个温度传感器140，相比IGBT多通道采样方案使用的传感器数量少、成本低，温度传感器140采集的温度数据通过温度采样电路板110进行传输，对信号资源的占用少。

导热板120覆盖对应的并联IGBT单元中的所有IGBT，相比单IGBT采样方案，可以对并联IGBT单元中的所有IGBT的温度进行监控，温度采集覆盖全面，系统可靠性高。

根据本申请实施例提供的温度采样系统，通过设置导热板120传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器140，温度传感器140采集的温度数据通过温度采样电路板110进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

在一些实施例中，导热板120为温度采样电路板110的铺铜。

其中，温度采样电路板110的铺铜是在温度采样电路板110上与并联IGBT单元中的位置用固体铜填充。

铺铜可以减小地线阻抗，提高抗干扰能力，降低压降，提高电源效率，铺铜与地线相连还可以减小温度采样电路板110的环路面积。

在该实施例中，在温度采样电路板110的第一面铺铜，每个铺铜区域覆盖同相并联的多个IGBT(即每个铺铜区域对应一个并联IGBT单元)，利用铺铜将并联IGBT单元的热量传导到温度传感器140。

铜的导热速度快，将温度采样电路板110的铺铜作为导热板120，可以将并联IGBT单元中所有IGBT的热量快速传导到温度传感器140，提高过温IGBT的检出速度，保证温度传感器140采集温度的准确度。

可以理解的是，温度采样电路板110表面铺铜不会增加温度采样系统的成本，以温度采样电路板110的铺铜作为导热板120，铺铜覆盖所有的IGBT，温度采集覆盖全面，系统可靠性高。

在一些实施例中，温度采样电路板110的采样信号线布置于温度采样电路板110的第二面。

在该实施例中，温度采样电路板110的采样信号线通过温度采样电路板110的第二面走线，温度采样电路板110的第二面是不接触导热板120和IGBT的一面。

例如，温度采样电路板110的第一面铺铜，铺铜与IGBT接触，温度传感器140也设置于温度采样电路板110的第一面；温度采样电路板110的第如二面布置采样信号线，不铺铜。

在一些实施例中，导热板120的侧边位于温度采样电路板110的内侧且与温度采样电路板110的同侧边缘形成间距。

在该实施例中，导热板120的侧边位于温度采样电路板110的内侧，导热板120的面积小于温度采样电路板110的面积，导热板120整体位于温度采样电路板110的内侧，导热板120的侧边与温度采样电路板110的同侧边缘形成间距，可以减少导热板120与空气的热交换，提高温度检测的准确度。

例如，如图1所示，导热板120的上下左右四个侧边均位于温度采样电路板110的内侧，导热板120的上下侧边分别与温度采样电路板110的上下侧边缘形成间距，导热板120的左右侧边分别与温度采样电路板110的左右侧边缘形成间距。

在一些实施例中，导热板120的侧边位于并联IGBT单元的内侧且与并联IGBT单元的同侧边缘形成间距。

需要说明的是，并联IGBT单元的内侧是指并联IGBT单元中所有IGBT所占的闭合区域的内侧，所有IGBT所占的闭合区域包括所有IGBT所占的区域以及相邻IGBT连线形成的闭合区域。

在该实施例中，导热板120的侧边位于并联IGBT单元的内侧，导热板120的面积小于并联IGBT单元中所有IGBT所占的闭合区域的面积，导热板120的侧边与并联IGBT单元的同侧边缘形成间距，可以减少导热板120与空气的热交换，提高温度检测的准确度。

例如，如图1所示，导热板120的上下左右四个侧边均位于并联IGBT单元的内侧，导热板120的上下侧边分别与并联IGBT单元的上下侧边缘形成间距，导热板120的左侧边与并联IGBT单元中左侧的第一IGBT131的左侧边缘形成间距，导热板120的右侧边与并联IGBT单元中右侧的第二IGBT132的右侧边缘形成间距。

在一些实施例中，导热板120的侧边位于温度采样电路板110的内侧且与温度采样电路板110的同侧边缘形成间距，且导热板120的侧边位于并联IGBT单元的内侧且与并联IGBT单元的同侧边缘形成间距。

在该实施例中，导热板120与温度采样电路板110以及并联IGBT单元的外侧之间均留有间隙，可以减少导热板120与空气的热交换，提高温度检测的准确度。

在一些实施例中，温度传感器140设有空气隔热结构。

其中，空气隔热结构是将温度传感器140和空气隔离开的结构，温度传感器140设置空气隔热结构，可以减少温度传感器140受空气温度影响，温度传感器140所检测的温度只来源于导热板120传导的热量，提高温度检测的准确度。

在实际执行中，可以选取热阻大的胶，在温度传感器140上点胶，以设置空气隔热结构；也可以在温度传感器140上贴隔热棉，以设置空气隔热结构。

在一些实施例中，温度传感器140为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。

正温度系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient thermistor，PTC)的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficientthermistor，NTC)的电阻值随温度的升高而减小。

在实际执行中，可以将正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻制备为贴片器件，将温度传感器140贴片在温度采样电路板110上。

本申请实施例还提供一种并联IGBT模块。

本申请实施例的并联IGBT模块包括：

至少一个并联IGBT单元和如上述的温度采样系统，并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT。

根据本申请实施例提供的并联IGBT模块，通过设置导热板120传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器140，温度传感器140采集的温度数据通过温度采样电路板110进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

本申请实施例还提供一种功率模组。

本申请实施例的功率模组包括：如上述的并联IGBT模块。

并联IGBT模块包括：至少一个并联IGBT单元和如上述的温度采样系统，并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT。

根据本申请实施例提供的功率模组，通过设置导热板120传导并联IGBT单元中的所有IGBT给温度传感器140，温度传感器140采集的温度数据通过温度采样电路板110进行传输，可以监控所有IGBT的温度，传感器数量少、成本低，且信号资源占用少。

在一些实施例中，功率模组还可以包括水冷板200。

在该实施例中，并联IGBT模块背离导热板120的一面固定于水冷板200上。

并联IGBT模块的一面设置在水冷板200上，通过水冷板200进行散热，满足功率模组的散热需求，并联IGBT模块的另一面设置温度采样系统，实时监控并联IGBT模块中所有IGBT的温度，保证功率模组的安全运行。

如图2所示，温度采样电路板110、导热板120、并联IGBT单元和水冷板200按照顺序依次设置，并联IGBT单元的IGBT可以焊接在水冷板200上，温度传感器140贴片在温度采样电路板110上，温度采样电路板110上的铺铜作为导热板120，温度采样电路板110倒扣在IGBT上。

水冷板200对并联IGBT模块进行散热，并联IGBT模块中每一相对应的并联IGBT单元使用一个导热板120和一个温度传感器140进行温度检测，多个并联IGBT单元的温度数据可以通过温度采样电路板110收集传输。

在该实施例中，每一相对应的并联IGBT单元只需使用一个温度传感器140，传感器数量少、成本低，温度传感器140采集的温度数据通过温度采样电路板110进行传输，对信号资源的占用少；导热板120覆盖对应的并联IGBT单元中的所有IGBT，可以对并联IGBT单元中的所有IGBT的温度进行监控，温度采集覆盖全面，系统可靠性高。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不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，以便本申请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，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以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。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种温度采样系统，其特征在于，包括：

温度采样电路板；

至少一个导热板，所述导热板设置于所述温度采样电路板的第一面，所述导热板与并联IGBT单元一一对应，所述并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT，所述导热板背离所述温度采样电路板的一面用于与所述并联IGBT单元接触并覆盖所述至少两个IGBT；

至少一个温度传感器，所述温度传感器与所述导热板一一对应，所述温度传感器位于所述导热板上且与所述温度采样电路板连接，所述温度传感器不与所述并联IGBT单元接触。

2.根据权利要求1所述的温度采样系统，其特征在于，所述导热板为所述温度采样电路板的铺铜。

3.根据权利要求1所述的温度采样系统，其特征在于，所述导热板的侧边位于所述温度采样电路板的内侧且与所述温度采样电路板的同侧边缘形成间距。

4.根据权利要求1所述的温度采样系统，其特征在于，所述导热板的侧边位于所述并联IGBT单元的内侧且与所述并联IGBT单元的同侧边缘形成间距。

5.根据权利要求1所述的温度采样系统，其特征在于，所述温度采样电路板的采样信号线布置于所述温度采样电路板的第二面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的温度采样系统，其特征在于，所述温度传感器设有空气隔热结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的温度采样系统，其特征在于，所述温度传感器为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻。

8.一种并联IGBT模块，其特征在于，包括：

至少一个并联IGBT单元和如权利要求1-7任一项所述的温度采样系统，所述并联IGBT单元包括同相并联的至少两个IGBT。

9.一种功率模组，其特征在于，包括：

如权利要求8所述的并联IGBT模块。

10.根据权利要求9所述的功率模组，其特征在于，还包括：

水冷板，所述并联IGBT模块背离导热板的一面固定于所述水冷板上。