KR101246651B1

KR101246651B1 - IGBT Stack for Electric Vehicle Propulsion System

Info

Publication number: KR101246651B1
Application number: KR1020110034079A
Authority: KR
Inventors: 유효열; 황광철; 한준성; 강재봉; 김태현; 임진섭; 정원복; 최종석; 이덕규; 정도훈; 조동철; 박재흥; 정연포
Original assignee: 서울특별시도시철도공사; 주식회사 다원시스
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2013-03-25
Also published as: KR20120116566A

Abstract

본 발명의 일실시예는 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택에 관한 것으로, 이는 프레임, 이 프레임 내에 위치하는 냉각장치, 프레임의 일측에 위치되면서 냉각장치에 연결 고정되는 다수의 IGBT, 이들 IGBT를 제어하기 위해 IGBT에 연결되는 구동 보드, 각 IGBT에 입력 전원 및 출력 전원을 연결시키며 냉각장치에 일측이 연결 고정되는 버스바 모듈, 및 이 버스바 모듈의 타측에 연결되어 IGBT의 출력 전원을 안정시키는 필터 커패시터를 포함하여서, 하나의 구동 보드로 한 쌍의 IGBT를 제어할 수 있고 버스바를 적층하여 일체로 모듈화함으로써 최소의 부품수 및 공간 이용을 도모하여 전동차 추진제어장치의 크기 및 중량을 대폭 감소시키고 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 전동차 추진제어장치의 운전 신뢰성을 높일 수 있음과 더불어, 유지보수의 용이성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다. One embodiment of the present invention relates to an IGBT stack of an electric vehicle propulsion control device, which includes a frame, a cooling device located in the frame, a plurality of IGBTs fixed to and connected to the cooling device located on one side of the frame, and controlling these IGBTs. Drive board connected to IGBT, busbar module that connects input power and output power to each IGBT, and fixed to one side of cooling device, and filter capacitor connected to other side of this busbar module to stabilize output power of IGBT Including, a single drive board can control a pair of IGBTs and by stacking the bus bars integrally modular to achieve the minimum number of parts and space, greatly reducing the size and weight of the electric vehicle propulsion control device and accordingly Cost can be reduced, operation reliability of electric vehicle propulsion control device can be increased, and maintenance is easy. Capable of dialogue can be effective.

Description

IGB stack of electric vehicle propulsion control unit {IGBT Stack for Electric Vehicle Propulsion System}

본 발명은 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 스위칭을 위한 IGBT의 단자 위치를 상호 대칭되게 배열하여 하나의 구동 보드로 한 쌍의 IGBT를 제어할 수 있고, 입력 및 출력 연결용 버스바(Busbar)를 IGBT의 극성과 전력 용량에 맞게 배치하면서 적층하여 일체로 모듈화함으로써 최소의 부품수 및 공간 이용과 전류 불평형의 해소뿐만 아니라 전력용 반도체 소자의 안정적인 스위칭을 향상시키며 전동차 추진제어의 신뢰성을 향상시킴과 더불어, 필터 커패시터를 수평으로 배치하면서 버스바에 구동 보드 점검용 관통공을 형성하여 유지보수의 용이성을 대폭 향상시킨 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택에 관한 것이다. The present invention relates to an IGBT stack of an electric vehicle propulsion control device, and more particularly, by arranging the terminal positions of the IGBTs for high-speed switching in a symmetrical manner, a single driving board can control a pair of IGBTs. By arranging the connecting busbars according to the polarity and power capacity of the IGBT, stacking them together and modularizing them together, minimizing the use of components and space and eliminating current unbalance, as well as improving the stable switching of power semiconductor devices and promoting electric vehicles The present invention relates to an IGBT stack of an electric vehicle propulsion control device which greatly improves the ease of maintenance by improving the reliability of the control and forming a through hole for checking the driving board in the busbar while arranging the filter capacitor horizontally.

일반적으로, 전동차에 장착된 전동기의 회전력 또는 회전속도를 조절하기 위한 전동차 추진제어장치에는 트랜지스터 소자의 고속 스위칭을 통해 직류를 교류로 변환하는 IGBT 스택을 포함하고 있으며, 최근에는 고속 스위칭을 위한 트랜지스터 소자로서 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용한다.In general, an electric vehicle propulsion control device for adjusting the rotational force or rotational speed of an electric motor mounted on an electric vehicle includes an IGBT stack for converting direct current into alternating current through high speed switching of a transistor element, and recently, a transistor element for high speed switching. Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) are used.

도 1은 종래의 전동차 추진제어장치를 나타낸 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 전동차 추진제어장치에는 전류의 과도한 변동이나 순간적인 변화 그리고 고조파 전류의 성분으로부터 전동차의 시스템을 보호하기 위한 필터 인덕터(110), 감속이나 정지시 전동기(미도시)에서 인버터 쪽으로 회생되는 전류를 소모시키기 위한 제동저항기(120), 이 제동저항기(120)를 통해 소비되는 전력을 제어하는 쵸퍼 스택(130), 각각 한 쌍의 IGBT(141)와 한 쌍의 구동 보드(142) 및 하나의 필터 커패시터(143)를 구비한 3 개의 IGBT 스택(140), 이들 IGBT 스택(140)에 병렬로 연결되어 전압의 과도한 변동이나 순간적인 변화로부터 전동차의 시스템을 보호하기 위한 별도의 필터 커패시터(150: Filter Capacitor)를 포함하고 있다. 1 is a circuit diagram showing a conventional electric vehicle propulsion control device, as shown in the electric vehicle propulsion control device as shown in the filter inductor 110 for protecting the system of the electric vehicle from excessive fluctuations or instantaneous changes and components of harmonic currents. , A braking resistor 120 for consuming the current regenerated from the motor (not shown) toward the inverter when decelerating or stopping, and a chopper stack 130 for controlling the power consumed through the braking resistor 120, each of a pair Three IGBT stacks 140 with an IGBT 141, a pair of drive boards 142, and one filter capacitor 143, connected in parallel to these IGBT stacks 140 to provide excessive voltage fluctuations or transients. A separate filter capacitor 150 is included to protect the system of the electric vehicle from change.

여기서, IGBT(141)는 전압 구동형이기 때문에 게이트 구동 회로가 간단하며 게이트 구동 전력도 작아 스택의 크기 및 중량을 다른 스위칭 소자에 비해 크게 줄일 수 있다. 또한, 고속 스위칭 제어가 가능하여 토크 맥동 및 출력 파형의 정형화가 가능하다. 이에 따라 시스템의 안정성 향상, 승차감 향상, 저비용, 무보수화, 소형 경량화 및 고성능화 등에 대한 요구들이 IGBT(141)를 사용한 제어방식을 통해 실현 가능하다. Here, since the IGBT 141 is a voltage driven type, the gate driving circuit is simple and the gate driving power is small, thereby greatly reducing the size and weight of the stack compared to other switching devices. In addition, high-speed switching control is possible, allowing torque pulsation and output waveform shaping. Accordingly, the requirements for improving the stability of the system, improving ride comfort, low cost, maintenance-free, small size, light weight, and high performance can be realized through a control method using the IGBT 141.

이러한 IGBT를 채용한 각각의 IGBT 스택(140)은, 한 쌍의 IGBT(141), 각 IGBT(141)에 입력 전원과 출력 전원을 연결하는 다수의 버스바(미도시), 해당 IGBT(141)를 제어하기 위한 한 쌍의 구동 보드(142), IGBT(141)의 출력 전원을 안정시키는 필터 커패시터(143), 버스바와 필터 커패시터(143)를 전기적으로 연결하는 케이블(미도시), 및 IGBT(141)를 냉각시키기 위한 냉각장치(미도시) 등으로 구성되어 있다. Each IGBT stack 140 employing such an IGBT includes a pair of IGBTs 141, a plurality of busbars (not shown) connecting input power and output power to each IGBT 141, and a corresponding IGBT 141. A pair of drive boards 142 for controlling the voltage, a filter capacitor 143 for stabilizing the output power of the IGBT 141, a cable (not shown) for electrically connecting the bus bar and the filter capacitor 143, and an IGBT ( And a cooling device (not shown) for cooling the 141.

이와 같은 구성은 입력 전원과 출력 전원을 연결하는 버스바와 필터 커패시터(143)가 케이블에 의해 연결되어 있어 기생 인덕턴스가 발생할 가능성이 높으며, 기생 인덕턴스의 발생으로 인해 별도의 스너버 커패시터(Snubber Capacitor)를 필요로 하게 되어 공간 이용 및 운전 신뢰성에 악영향을 끼친다. 또, 기생 인덕턴스는 IGBT(141)의 스위칭 손실을 야기하며, 전압을 상승시켜 IGBT(141)를 손상시키기도 한다. In such a configuration, the bus bar and the filter capacitor 143 connecting the input power and the output power are connected by a cable, and thus a parasitic inductance is likely to occur, and a separate snubber capacitor is generated due to the generation of the parasitic inductance. This would adversely affect space use and operational reliability. In addition, the parasitic inductance causes a switching loss of the IGBT 141, and may increase the voltage to damage the IGBT 141.

이러한 문제점을 해소하기 위해 케이블 대신에 별도의 버스바를 추가로 채택한 구성이 제안되어 있다. 즉, IGBT(141)에 입력 전원과 출력 전원을 연결시키는 제1버스바를 필터 커패시터(143)에 연결하기 위한 제2버스바가 별도로 구성되어, 볼트체결에 의해 서로 연결 고정되도록 하고 있다.In order to solve this problem, a configuration in which a separate bus bar is additionally adopted instead of a cable has been proposed. That is, a second bus bar for connecting the first bus bar connecting the input power source and the output power source to the IGBT 141 to the filter capacitor 143 is separately configured to be connected and fixed to each other by bolting.

하지만, 이와 같은 구성에서는 제1버스바 및 제2버스바가 분리된 형태로 형성되어 있어 유지보수시 많은 수의 부품으로 인해 관련 공정이 증가하게 되며, 전동차의 운전시 진동 및 충격에 의해 다수의 버스바가 IGBT(141)를 손상시킬 가능성이 높아지게 된다. However, in such a configuration, since the first bus bar and the second bus bar are formed in a separate form, a large number of parts during maintenance increases the related process, and a plurality of buses are caused by vibration and shock when driving an electric vehicle. The likelihood of the bar damaging the IGBT 141 is increased.

더구나, IGBT(141) 또는 구동 보드(142)를 점검하도록 구동 보드(142)에 접근하기 위해서는 다수의 부품을 분해해야 하기 때문에 유지보수의 용이성이 현저히 떨어지게 되는데, 특히 각 스택의 필터 커패시터(143)가 수직 상태로 설치되어 구동 보드(142)로의 접근을 가로막고 있다. 이러한 설치상태로 인해 그 안쪽에 설치되어 있는 예컨대 IGBT(141) 또는 구동 보드(142)의 육안 관찰 및 점검이 어렵게 되어 부품들의 유지보수를 수행하기가 곤란하였다. 이와 같은 유지보수의 곤란성은 전동차의 운행이 중지되는 시간을 증대시킴으로써, 비용적인 손실은 물론 신뢰성의 하락이라는 중대한 문제점을 야기한다.Moreover, in order to access the drive board 142 to check the IGBT 141 or the drive board 142, a large number of parts need to be dismantled, which greatly reduces the ease of maintenance, in particular the filter capacitor 143 of each stack. Is installed in a vertical state to block access to the driving board 142. This installation makes it difficult to visually inspect and inspect the IGBT 141 or the driving board 142 installed therein, and thus it is difficult to perform maintenance of the components. This difficulty in maintenance increases the time for which the driving of the electric vehicle is stopped, thereby causing a significant problem of cost loss as well as a decrease in reliability.

또한, 각 IGBT 스택마다 한 쌍의 구동 보드(142) 및 하나의 필터 커패시터(143)를 구비하고 있으며 더구나 이러한 IGBT 스택을 3 개나 포함하고 있어, 전반적으로 추진제어장치의 크기 및 중량이 증대되고 부품수도 많아지며, 이에 따라 비용이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, each IGBT stack includes a pair of drive boards 142 and one filter capacitor 143, and further includes three such IGBT stacks, thereby increasing the overall size and weight of the propulsion control device. The number is also increased, thereby increasing the cost.

이에 본 발명은, IGBT의 단자 위치를 상호 대칭되게 배열하여 하나의 구동 보드로 한 쌍의 IGBT를 제어할 수 있게 하고, IGBT 스택 내에 있는 필터 커패시터를 제거하며, 입력 및 출력 연결용 버스바를 일체로 모듈화함으로써 최소의 부품수 및 공간 이용을 도모하여 전동차 추진제어장치의 크기 및 중량을 대폭 감소시키고 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택을 제공하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention, by arranging the terminal positions of the IGBT symmetrically with each other to enable one drive board to control a pair of IGBTs, remove the filter capacitor in the IGBT stack, integrally integrated bus bars for input and output The purpose of the present invention is to provide an IGBT stack of an electric vehicle propulsion control device that can significantly reduce the size and weight of the electric vehicle propulsion control device and thereby reduce the cost by minimizing the use of parts and space.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 입력 및 출력 연결용 버스바를 IGBT의 극성과 전력 용량에 맞게 배치하고 안정적인 절연 거리를 갖도록 적층하여 일체로 모듈화함으로써 전류 불평형의 해소뿐만 아니라 전력용 반도체 소자의 안정적인 스위칭을 향상시키고 기생 인덕턴스가 발생할 가능성이 없어 전동차 추진제어장치의 운전 신뢰성을 높일 수 있는 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to arrange the input and output connection busbar according to the polarity and power capacity of the IGBT, laminated to have a stable insulation distance and integrally modularized so that stable switching of the power semiconductor device as well as solving the current unbalance. It is to provide an IGBT stack of electric vehicle propulsion control device that can improve the performance and increase the reliability of operation of electric vehicle propulsion control device because there is no possibility of parasitic inductance.

본 발명의 또 다른 목적은, 필터 커패시터를 수평으로 배치하면서 버스바에 구동 보드 점검용 관통공을 형성하여 유지보수의 용이성을 극대화시킨 전동차 추진제어장치의 IGBT 스택을 제공하는 데에 있다. It is still another object of the present invention to provide an IGBT stack of an electric vehicle propulsion control device that maximizes ease of maintenance by forming a through hole for checking a driving board in a bus bar while arranging a filter capacitor horizontally.

본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택은, 프레임; 상기 프레임 내에 위치하는 냉각장치; 상기 프레임의 일측에 위치되면서 상기 냉각장치에 일측이 연결 고정되고, 2개씩 쌍을 이루되 하나의 위에 다른 하나가 배치되며 각 쌍은 병렬로 정렬되는 다수의 IGBT; 상기 IGBT를 제어하기 위해 상기 IGBT의 타측에 연결되는 구동 보드; 상기 각 IGBT에 입력 전원 및 출력 전원을 연결시키며 상기 냉각장치에 일측이 연결 고정되는 버스바 모듈; 및 상기 버스바 모듈의 타측에 연결되어 상기 IGBT의 출력 전원을 안정시키는 필터 커패시터를 포함하며, 상기 쌍을 이루는 IGBT는 단자들끼리 서로 인접하도록 배치되고, 상기 인접한 단자들 사이에 하나의 상기 구동 보드가 설치되는 것을 특징으로 한다. An IGBT stack according to an embodiment of the present invention includes a frame; A cooling device located in the frame; A plurality of IGBTs positioned at one side of the frame and connected to one side of the cooling apparatus, being paired two by one, and the other arranged on one of them, and each pair arranged in parallel; A driving board connected to the other side of the IGBT to control the IGBT; A bus bar module configured to connect input power and output power to each of the IGBTs, and one side of which is fixed to the cooling device; And a filter capacitor connected to the other side of the bus bar module to stabilize the output power of the IGBT, wherein the paired IGBTs are arranged such that terminals are adjacent to each other, and one drive board is disposed between the adjacent terminals. Characterized in that is installed.

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또, 본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택은, 버스바 모듈이 IGBT와 필터 커패시터를 연결하는 양극 버스바, IGBT와 필터 커패시터를 연결하는 음극 버스바, 쌍을 이루는 한쪽 IGBT와 다른쪽 IGBT를 연결하는 다수의 출력 버스바, 버스바들 사이에 위치되는 다수의 절연부재, 및 해당 버스바와 IGBT 또는 필터 커패시터의 단자들을 다른 버스바의 간섭없이 절연부재들을 관통하여 전기적으로 연결되게 하는 다수의 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the IGBT stack according to an embodiment of the present invention, the bus bar module, the positive bus bar connecting the IGBT and the filter capacitor, the negative bus bar connecting the IGBT and the filter capacitor, one pair of IGBT and the other IGBT paired A plurality of output busbars to connect, a plurality of insulating members positioned between the busbars, and a plurality of connecting members for electrically connecting the terminals of the busbars and the IGBTs or filter capacitors through the insulating members without interference from other busbars. Characterized in that it comprises a.

이상과 같이 본 발명의 IGBT 스택에 의하면, 하나의 구동 보드로 한 쌍의 IGBT를 제어할 수 있고 버스바를 적층하여 일체로 모듈화함으로써 최소의 부품수 및 공간 이용을 도모하여 전동차 추진제어장치의 크기 및 중량을 대폭 감소시키고 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the IGBT stack of the present invention, a single driving board can control a pair of IGBTs, and the bus bar is laminated and modularized to minimize the number of parts and space, thereby promoting the size of the electric vehicle propulsion control device and There is an effect that can significantly reduce the weight and thereby reduce the cost.

또한, 본 발명의 IGBT 스택에 의하면, 전류 불평형의 해소뿐만 아니라 전력용 반도체 소자의 안정적인 스위칭을 향상시키며 전동차 추진제어장치의 운전 신뢰성을 높일 수 있음과 더불어, 유지보수의 용이성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있게 된다. In addition, according to the IGBT stack of the present invention, not only to solve the current unbalance, but also to improve the stable switching of the power semiconductor element, and to increase the operation reliability of the electric vehicle propulsion control device, and to maximize the ease of maintenance. Will be.

도 1은 종래의 전동차 추진제어장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 IGBT 스택이 적용된 전동차 추진제어장치를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 버스바 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택에 필터 커패시터가 연결된 상태를 도시한 일측면도이다. 1 is a circuit diagram showing a conventional electric vehicle propulsion control device.
2 is a circuit diagram showing an electric vehicle propulsion control device to which the IGBT stack of the present invention is applied.
3 is a perspective view illustrating an IGBT stack according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of FIG.
5 is an exploded perspective view of the busbar module illustrated in FIGS. 3 and 4.
6 is a side view illustrating a state in which a filter capacitor is connected to an IGBT stack according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention unclear.

도 2는 본 발명의 IGBT 스택이 적용된 전동차 추진제어장치를 나타낸 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing an electric vehicle propulsion control device to which the IGBT stack of the present invention is applied.

도 2에 도시된 바와 같이 전동차 추진제어장치에는 전류의 과도한 변동이나 순간적인 변화 그리고 고조파 전류의 성분으로부터 전동차의 시스템을 보호하기 위한 필터 인덕터(110), 감속이나 정지시 전동기에서 인버터 쪽으로 회생되는 전류를 소모시키기 위한 제동저항기(120), 이 제동저항기(120)를 통해 소비되는 전력을 제어하는 쵸퍼 스택(130), 하나의 구동 보드(240)에 쌍으로 연결되는 다수의 IGBT(230)를 구비한 IGBT 스택(200), 이 IGBT 스택(200)에 병렬로 연결되어 전압의 과도한 변동이나 순간적인 변화로부터 전동차의 시스템을 보호하기 위한 필터 커패시터(150)를 포함하고 있다. As shown in FIG. 2, the electric vehicle propulsion control device includes a filter inductor 110 for protecting the system of the electric vehicle from excessive fluctuations or instantaneous changes of current and components of harmonic currents, and current regenerated from the motor to the inverter when decelerating or stopping. Brake resistor 120 for consuming the battery, a chopper stack 130 for controlling the power consumed through the brake resistor 120, and a plurality of IGBTs 230 connected in pairs to one driving board 240. An IGBT stack 200, connected in parallel to the IGBT stack 200, includes a filter capacitor 150 for protecting the system of the electric vehicle from excessive fluctuations or momentary changes in voltage.

이와 같이, 회로를 적절히 변경하면서 필터 커패시터의 값을 조정함으로써 도 1에 도시된 다수의 IGBT 스택(140)에 있던 필터 커패시터(143)들을 없애고, 하나의 필터 커패시터(150)와 하나의 IGBT 스택(200)을 적층식 버스바 모듈(250)로 연결하여, 전동차 추진제어장치의 크기 및 중량을 대폭 감소시키고 이에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또, 후술하는 바와 같이 하나의 구동 보드를 이용해서 2개의 IGBT를 제어할 수 있도록 다수의 IGBT를 적절히 배치하여, 회로의 크기를 더욱 줄일 수 있게 된다. As such, by adjusting the value of the filter capacitor while appropriately changing the circuit, the filter capacitors 143 in the plurality of IGBT stacks 140 shown in FIG. 1 are eliminated, and one filter capacitor 150 and one IGBT stack ( By connecting the 200 to the stacked bus bar module 250, the size and weight of the electric vehicle propulsion control device can be greatly reduced and thus the cost can be reduced. In addition, as will be described later, a large number of IGBTs can be appropriately arranged to control two IGBTs using one driving board, thereby further reducing the size of the circuit.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating an IGBT stack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of FIG. 3.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택(200)은, 대략 박스형상의 프레임(210), 이 프레임 내에 위치하는 냉각장치(220), 프레임(210)의 일측에 위치되면서 냉각장치(220)에 일측이 연결 고정되는 다수의 IGBT(230), 이들 IGBT(230)를 제어하기 위해 IGBT(230)의 타측에 연결되는 구동 보드(240), 각 IGBT(230)에 입력 전원 및 출력 전원을 연결시키며 냉각장치(220)에 일측이 연결 고정되는 버스바 모듈(250), 및 이 버스바 모듈(250)의 타측에 연결되어 IGBT(230)의 출력 전원을 안정시키는 필터 커패시터(150: 도 6 참조)를 포함하고 있다. As shown in these figures, the IGBT stack 200 according to an embodiment of the present invention has a substantially box-shaped frame 210, a cooling device 220 located in the frame, and one side of the frame 210. A plurality of IGBTs 230, one side of which is connected to and fixed to the cooling device 220, a driving board 240 connected to the other side of the IGBT 230 to control these IGBTs 230, to each IGBT 230 A bus bar module 250 that connects input power and output power and is connected to and fixed to the cooling device 220, and a filter that is connected to the other side of the bus bar module 250 to stabilize the output power of the IGBT 230. Capacitor 150 (see FIG. 6).

프레임(210)은 대략 박스형상으로 형성되어, IGBT 스택(200)을 구성하는 대부분의 구성요소를 보유지지하는 부재이다. 이 프레임(210)은 IGBT 스택(200)의 구성요소들을 보유지지한 채로 전동차의 하부에 장착되게 된다. The frame 210 is formed in a substantially box shape, and is a member that holds most of the components constituting the IGBT stack 200. The frame 210 is mounted to the bottom of the electric vehicle while holding the components of the IGBT stack 200.

프레임(210) 내에 위치하는 냉각장치(220)는 IGBT(230)에 연결되어 IGBT(230)를 냉각시킨다. 본 발명의 일실시예에서는 히트 파이프를 이용한 자연냉각 방식을 채용하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 냉각 방식 중 하나가 선택되어 이용될 수 있다.The cooling device 220 located in the frame 210 is connected to the IGBT 230 to cool the IGBT 230. In an embodiment of the present invention, a natural cooling method using a heat pipe is employed, but the present invention is not limited thereto, and one of various cooling methods may be selected and used.

IGBT(230)는 고속 스위칭을 위한 트랜지스터 소자로서 게이트, 컬렉터 및 이미터의 세 단자를 구비하고 있다. 이 IGBT(230)는 그 게이트에 인가되는 구동전압에 따라 스위칭 동작을 하게 됨으로써 직류전압을 3상의 교류전압으로 변환하여 출력한다. The IGBT 230 is a transistor device for high speed switching and includes three terminals of a gate, a collector, and an emitter. The IGBT 230 performs a switching operation according to the driving voltage applied to the gate, thereby converting the DC voltage into an AC voltage of three phases and outputting the same.

본 발명의 일실시예에 따른 IGBT 스택(200)에서는 다수의 IGBT(230)가 2개씩 쌍을 이루되 각 쌍의 IGBT(230)들은 상하로, 즉 하나의 IGBT(230)에 다른 하나의 IGBT(230)가 배치되고, 각 쌍은 병렬로 정렬되어 냉각장치(220)의 일측면에 설치되게 된다. 이때, 쌍을 이루는 IGBT(230)는 그 단자(232)들끼리 서로 인접하도록 IGBT(230)의 방향성을 고려하여 대칭으로 배치한다. 이렇게 배치한 후 서로 가까워진 단자(232)들 사이에 구동 보드(240)를 하나씩 설치함으로써, 하나의 구동 보드(240)를 이용해서 2개의 IGBT(230)를 제어할 수 있게 한다. 이와 같이 구성하면, IGBT 스택(200) 내에서 구동 보드(240)가 차지하는 공간을 대폭 줄일 수 있는 효과와 더불어, 구동 보드(240)와 연결되는 버스바 모듈(250)의 면적을 최소화시킬 수 있는 효과를 얻게 된다. In the IGBT stack 200 according to an embodiment of the present invention, a plurality of IGBTs 230 are paired two by two, but each pair of IGBTs 230 is up and down, that is, one IGBT 230 and another IGBT 230. 230 is disposed, each pair is arranged in parallel to be installed on one side of the cooling device (220). In this case, the paired IGBTs 230 are arranged symmetrically in consideration of the directionality of the IGBTs 230 such that the terminals 232 are adjacent to each other. After this arrangement, by installing the driving boards 240 one by one between the terminals 232 which are close to each other, it is possible to control the two IGBTs 230 using one driving board 240. In this configuration, the space occupied by the driving board 240 in the IGBT stack 200 can be greatly reduced, and the area of the busbar module 250 connected to the driving board 240 can be minimized. You get an effect.

구동 보드(240)는 IGBT(230)의 게이트에 인가하는 전류나 방전하는 전류의 파형을 단계적으로 제어하는 구동회로를 실장한 보드로서, 상하 양단에 있는 체결공(242)을 매개로 하여 각각의 IGBT(230)의 단자(232)에 나사체결된다. 이렇게 구동 보드(240)가 IGBT(230)의 단자(232)에 직접 연결됨으로써 노이즈의 발생이 방지되게 된다. 구동 보드(240)는 해당 IGBT(230)에 각각 접속되어 각 IGBT(230)의 구동을 제어한다. The driving board 240 is a board mounted with a driving circuit for controlling the waveform of the current applied to the gate of the IGBT 230 or the current discharged in stages. It is screwed into the terminal 232 of the IGBT 230. As such, the driving board 240 is directly connected to the terminal 232 of the IGBT 230 to prevent the generation of noise. The driving board 240 is connected to the corresponding IGBT 230 to control the driving of each IGBT 230.

이러한 구동회로의 제어에 의해 IGBT(230)의 스위칭 손실을 줄이면서 턴온(Turn On)시 전류상승과 턴오프(Turn Off)시 전압상승을 억제하여 스위칭에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 기능과, IGBT(230)에 단락 전류와 같은 비정상적인 큰 전류가 흐를 경우 논리 회로에 의해 게이트 구동 전압을 제거하여 소자를 보호하는 기능, IGBT의 동작상태를 감지하기 위한 모니터링 기능 등을 갖출 수 있다. The control of the driving circuit reduces the switching loss of the IGBT 230, while suppressing the current rise at turn-on and the voltage rise at turn-off to suppress the generation of noise due to switching; When an abnormally large current, such as a short circuit current, flows through the IGBT 230, a logic circuit may remove a gate driving voltage to protect the device, and a monitoring function for detecting an operating state of the IGBT.

구동 보드(240)의 이면, 즉 IGBT(230) 또는 냉각장치(220)와의 연결면의 반대측면에는 IGBT(230)나 구동 보드(240) 자체의 상태를 시험하기 위해 테스터(Tester: 미도시)로 확인할 수 있도록 된 검침용 접속부(241)를 상부에 구비하고 있다. 이 접속부(241)는 작업자가 사용하는 테스터의 접속단자가 접촉할 수 있는 금속편이다. On the back side of the drive board 240, that is, the opposite side of the connection surface with the IGBT 230 or the cooling device 220, a tester (not shown) to test the state of the IGBT 230 or the drive board 240 itself. The inspection part 241 for meter reading which could be confirmed by this is provided in the upper part. This connection part 241 is a metal piece which the connection terminal of the tester used by a worker can contact.

도 5는 버스바 모듈의 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view of the busbar module.

도 5에 도시된 바와 같이, 버스바 모듈(250)은 IGBT(230)의 컬렉터(C)와 필터 커패시터(150)의 양(+)극을 연결하는 양극 버스바(252), IGBT(230)의 에미터(E)와 필터 커패시터(150)의 음(-)극을 연결하는 음극 버스바(254), 쌍을 이루는 한쪽 IGBT(230)의 컬렉터(C)와 다른쪽 IGBT(230)의 에미터(E)를 연결하는 다수의 출력 버스바(256), 버스바들(252, 254, 256) 사이를 절연하기 위해 버스바들(252, 254, 256) 사이에 위치되는 다수의 절연부재(253, 255, 257), 그리고 해당 버스바와 IGBT(230) 또는 필터 커패시터(150)의 단자들을 다른 버스바의 간섭없이 절연부재들을 관통하여 전기적으로 연결되게 하는 다수의 연결부재(258)를 포함하고 있다. As shown in FIG. 5, the busbar module 250 includes a positive busbar 252 and an IGBT 230 that connect the collector C of the IGBT 230 and the positive electrode of the filter capacitor 150. A cathode busbar 254 connecting the emitter (E) of the filter capacitor to the negative (-) pole of the filter capacitor 150, the collector (C) of one IGBT 230 paired with the emi of the other IGBT 230. A plurality of insulating members 253 positioned between the busbars 252, 254, and 256 to insulate between the output busbars 256 and the busbars 252, 254, and 256 connecting the rotor E. 255 and 257 and a plurality of connecting members 258 for electrically connecting the terminals of the bus bar and the IGBT 230 or the filter capacitor 150 through the insulating members without interference of other bus bars.

버스바 모듈(250)의 이들 구성요소는 일체형으로 조립 고정되면서 서로 절연되도록 몰딩된다. 여기서, 몰딩은 에폭시(Epoxy) 등과 같은 절연재료를 도포한 후 건조시켜 이루어질 수 있다. 구체적으로 설명하면, 순서에 맞춰 각 버스바(252, 254, 256)를 적층하고 소정의 위치에 연결부재(258)를 삽입하여 조립체를 구성한 다음, 준비된 절연재료의 용탕 내에 전술한 조립체가 잠기도록 담근 후 자연 건조 또는 오븐 건조를 통하여 절연재료를 경화시키면 버스바들이 적층된 일체형 버스바 모듈(250)을 얻게 된다.These components of busbar module 250 are molded to be insulated from one another while being integrally assembled and secured. Here, the molding may be made by applying an insulating material such as epoxy and drying. Specifically, the bus bars 252, 254, and 256 are stacked in order, and the connecting member 258 is inserted into a predetermined position to form an assembly, and then the above assembly is immersed in the molten metal of the prepared insulating material. After soaking, the insulating material is cured through natural drying or oven drying to obtain an integrated bus bar module 250 in which bus bars are stacked.

이와 같은 버스바의 적층화 및 모듈화를 통해 버스바를 IGBT 스택(200)에 장착하거나 분리할 때 버스바들을 각각 따로따로 취급하지 않고 한꺼번에 취급할 수 있는 장점이 있다. 더불어, 효율적인 공간 이용과 전류 불평형의 해소뿐만 아니라 전력용 반도체 소자의 안정적인 스위칭을 향상시키고 기생 인덕턴스가 발생할 가능성이 없어 전동차 추진제어장치의 운전 신뢰성을 높일 수 있게 되는 것이다. By stacking and modularizing the busbars as described above, when the busbars are mounted or separated on the IGBT stack 200, the busbars may be handled at once without separately handling the busbars. In addition, the efficient use of space and the elimination of current unbalance, as well as the stable switching of the power semiconductor device and the parasitic inductance does not occur, it is possible to increase the operation reliability of the electric vehicle propulsion control device.

또한, 버스바 모듈(250)에는 IGBT(230) 또는 구동 보드(240)의 상태를 시험하기 위해 테스터로 확인할 수 있도록 된 구동 보드(240)의 검침용 접속부(241)에 테스터의 접속단자가 접근하기 용이하도록 하는 구동 보드 점검용 관통공(251)이 상부쪽에 형성되어 있다. 이로써, 단순히 구동 보드(240) 또는 IGBT(230)를 점검하기 위해 버스바 모듈(250)을 IGBT 스택(200)으로부터 분리할 필요가 없어, 유지보수하기가 매우 용이하게 된다. 더구나, 구동 보드(240) 또는 IGBT(230)를 교체해야 하는 경우에는 버스바 모듈(250)만 분리하면 구동 보드(240) 또는 IGBT(230)에 쉽게 접근할 수 있기 때문에 종래와 같이 복수의 버스바를 각각 분리해야 하는 번거러움이 해소되는 장점도 있다. In addition, the bus bar module 250 accesses the tester's connection terminal to the meter reading connection part 241 of the drive board 240 which can be checked by the tester to test the state of the IGBT 230 or the drive board 240. A driving board inspection through-hole 251 is formed on the upper side to facilitate the operation. This eliminates the need to separate busbar module 250 from IGBT stack 200 to simply check drive board 240 or IGBT 230, making maintenance very easy. In addition, when the driving board 240 or the IGBT 230 needs to be replaced, the bus board module 250 may be removed to easily access the driving board 240 or the IGBT 230. It also has the advantage of eliminating the trouble of having to separate each bar.

이러한 버스바 모듈(250)의 일측은 예컨대 플라스틱 등과 같은 절연재료로 만들어진 지지부재(260)를 매개로 하여 냉각장치(220)에 나사체결되어 연결 고정된다. 이와 같이, 버스바 모듈(250)이 IGBT(230)에 연결되면서 지지부재(260)를 매개로 냉각장치(220)에 고정됨으로써, 버스바 모듈(250)이 갖는 하중을 분배시켜 버스바 모듈(250)이 전동차의 운전시 진동 및 충격에 의해 IGBT(230)를 손상시킬 가능성을 없애게 된다. 이로써, 전동차 추진제어장치의 운전 신뢰성이 향상되게 된다. One side of the bus bar module 250 is connected to and fixed to the cooling device 220 by a support member 260 made of an insulating material such as plastic. As such, the busbar module 250 is connected to the IGBT 230 and fixed to the cooling device 220 through the support member 260, thereby distributing the load of the busbar module 250 to thereby distribute the busbar module ( 250 eliminates the possibility of damaging the IGBT 230 by vibration and shock during operation of the electric vehicle. As a result, the driving reliability of the electric vehicle propulsion control device is improved.

버스바 모듈(250)의 타측은 도 6에 도시된 바와 같이 필터 커패시터(150)에 연결된다. 필터 커패시터(150)는 전압의 과도 변동 및 순간적인 전압의 변화로부터 전동차 시스템을 보호하기 위한 것으로, 이에 대한 구성 및 작동관계는 이미 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 도 6에서처럼 필터 커패시터(150)는 수평 상태로 놓여 설치되게 되는데, 이로써 작업자가 사용하는 테스터의 접속단자가 버스바 모듈(250)의 관통공(251) 및 구동 보드(240)의 접속부(241)에 용이하게 접근할 수 있는 공간을 확보하게 된다. The other side of the busbar module 250 is connected to the filter capacitor 150 as shown in FIG. The filter capacitor 150 is to protect the electric vehicle system from transient fluctuations in voltage and instantaneous voltage change. Since the configuration and operation thereof are well known, a detailed description thereof will be omitted. However, as shown in FIG. 6, the filter capacitor 150 is placed in a horizontal state so that the connection terminal of the tester used by the operator is connected to the through hole 251 of the bus bar module 250 and the connection portion of the driving board 240 ( A space for easy access to 241 is provided.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

200 : IGBT 스택
210 : 프레임
220 : 냉각장치
230 : IGBT
240 : 구동 보드
250 : 버스바 모듈
260 : 지지부재200: IGBT stack
210: frame
220: cooling device
230: IGBT
240: drive board
250: busbar module
260 support member

Claims

frame;
A cooling device located in the frame;
A plurality of IGBTs positioned at one side of the frame and connected to one side of the cooling apparatus, being paired two by one, and the other arranged on one of them, and each pair arranged in parallel;
A driving board connected to the other side of the IGBT to control the IGBT;
A bus bar module configured to connect input power and output power to each of the IGBTs, and one side of which is fixed to the cooling device; And
Filter capacitor connected to the other side of the busbar module to stabilize the output power of the IGBT
Including;
The pair of IGBTs are arranged such that terminals are adjacent to each other, and one driving board is installed between the adjacent terminals.

delete

The method of claim 1,
IGBT stack of the electric vehicle propulsion control device characterized in that the opposite side of the IGBT of the drive board is provided with a connection portion that the connection terminal of the tester can contact.

The method of claim 1,
The bus bar module may include a positive bus bar connecting the IGBT and the filter capacitor, a negative bus bar connecting the IGBT and the filter capacitor, a plurality of output bus bars connecting one IGBT and the other IGBT to form a pair; A plurality of insulating members positioned between the bus bars, and a plurality of connecting members for electrically connecting the terminals of the bus bars and the IGBTs or the filter capacitors through the insulating members without interference from other bus bars. IGBT stack of electric vehicle propulsion control.

The method of claim 1,
The IGBT stack of the electric vehicle propulsion control device, characterized in that the bus bar module is molded with an insulating material so as to be integrally assembled and fixed to each other.

5. The method of claim 4,
The bus bar module IGBT stack of the electric vehicle propulsion control device, characterized in that the through-hole is formed so that the connection terminal of the tester can access the connection portion of the drive board.

The method of claim 1,
The IGBT stack of the electric vehicle propulsion control device, characterized in that the bus bar module is connected and fixed to the cooling device via a support member made of an insulating material.

The method of claim 1,
IGBT stack of the electric vehicle propulsion control device characterized in that the filter capacitor is placed in a horizontal state.