一種igbt功率模塊系統的製作方法
2023-05-26 16:47:06
專利名稱：一種igbt功率模塊系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種IGBT功率模塊，具體涉及一種由IGBT功率模塊組成的系統。
背景技術：
隨著工業技術的快速發展，大型電力電子設備在各行業的應用越來越廣泛，功率 等級和功率密度也越來越高，使用在電力電子設備中的IGBT功率模塊，由於使用環境特 殊，要求功率模塊結構緊湊、維護方便、功率密度高，因此，IGBT功率模塊常常被設計成一個 功能完善的模塊單元。目前，IGBT功率模塊通常由多個分立的IGBT元件並聯再結合相當數量的直流濾 波電容組成，現有的IGBT功率模塊存在如下缺陷1、由於電力電子設備整機結構體積的限制，並聯的IGBT元件數量有限，不能滿足 高功率等級和高功率密度的需求；2、過多IGBT元件的直接並聯不利於減小濾波電容與IGBT元件之間的雜散電感， 容易引起IGBT元件之間電流不均衡，而不均流問題給結構設計帶來了很多問題；3、採用現有IGBT功率模塊相互分立並聯布置的方法，會導致電力電子設備整機 體積比較龐大，不利於整機體積的減小和功率密度的提高，並且給整機成本帶來很大的壓 力。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於，提供一種IGBT功率模塊系統，克服現有技術 缺陷，提高IGBT功率模塊的功率等級和功率密度，滿足電力電子設備對高功率等級和高功 率密度的IGBT功率模塊的需要，使電力電子設備結構緊湊。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種IGBT功率模塊系統， 包括兩個獨立的IGBT功率模塊組件，每個所述IGBT功率模塊組件的基板包括位於其兩側 向其背側延伸的側邊，每個所述IGBT功率模塊組件的IGBT散熱器換熱葉片一側穿過所述 基板的對應安裝孔位於該基板背側；其特徵在於，兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊 相適配並配合形成自模塊組件安裝IGBT模塊一側的下側向安裝電解電容一側的上側的通 風通道；所述IGBT功率模塊系統還包括上側附件、下側附件和風機，所述上側附件將兩 個所述IGBT功率模塊組件相配合的基板側邊上端連接成一體，所述下側附件將兩個所述 IGBT功率模塊組件相配合的基板側邊下端連接成一體；所述風機安裝在所述上側附件或 下側附件上並保證風機進風口或出風口位於所述通風通道內。在本實用新型的IGBT功率模塊系統中，每個所述IGBT功率模塊組件包括換熱器， 該換熱器兩側表面分別與功率模塊組件的IGBT模塊、IGBT散熱器的配合表面相適配，所述 IGBT模塊、換熱器、IGBT散熱器依次配合安裝在所述基板上。在本實用新型的IGBT功率模塊系統中，所述風機安裝在所述下側附件上；所述上側附件為長方體，該長方體與所述通風通道上端相適配，該長方體主平面為通風面，該長方 體一端或兩端側邊與兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊上端端部連接；所述下側附 件與所述通風通道下端相適配，該下側附件包括帶有進風口的風機安裝面、位於該風機安 裝面一端或兩端連接兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊下端的端部側邊。在本實用新型的IGBT功率模塊系統中，兩個所述IGBT功率模塊組件基板的相配 合的側邊的一側下端包括允許所述風機通過的缺口，所述風機安裝在所述下側附件上；所 述上側附件為長方體，該長方體與所述通風通道上端相適配，該長方體主平面為通風面，該 長方體一端或兩端側邊與兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊上端端部連接；所述下 側附件與所述通風通道下端相適配，該下側附件包括風機安裝板和下端連接件，該風機安 裝板和下端連接件分別包括對應的風機進風口，所述風機安裝板包括帶有所述進風口、安 裝所述風機並可通過所述基板側邊下端缺口的底板、位於該底板一側的導向側邊和位於該 底板一端與所述基板側邊下端缺口相配合的端部側邊，所述下端連接件包括位於其兩側的 第一側邊、位於其一端連接兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊下端的第二側邊和位 於其另一端與所述第二側邊相對的通道口，該通道口寬度允許所述風機安裝板通過。在本實用新型的IGBT功率模塊系統中，所述IGBT功率模塊組件包括與所述IGBT 模塊適配並連接在其上方的IGBT保護罩。在本實用新型的IGBT功率模塊系統中，兩個所述IGBT功率模塊組件的所述基板 的側邊對接配合，該兩個所述IGBT功率模塊組件結構沿配合面相對稱。實施本實用新型的IGBT功率模塊系統，與現有技術比較，其有益效果是1.通過解決IGBT模塊散熱問題，將兩個獨立的IGBT功率模塊組件構成一個結構 緊密的IGBT功率模塊系統，提高了功率等級和功率密度，使設備空間利用更為充分，體積 更優化；2.由於IGBT功率模塊系統結構緊湊，能夠較好地解決多個IGBT並聯帶來的不均 流問題，使結構設計簡單化；3.使用該IGBT功率模塊系統的設備整機可以實現體積更小化，成本更優化。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型IGBT功率模塊系統一種實施例的立體分解示意圖。圖2是本實用新型IGBT功率模塊系統的主視圖。圖3是本實用新型IGBT功率模塊系統的軸側圖。圖4是本實用新型IGBT功率模塊系統中的IGBT功率模塊組件一種實施方式的立 體圖。圖5是本實用新型IGBT功率模塊系統中上側附件一種實施方式的立體圖。圖6是本實用新型IGBT功率模塊系統中下側附件的下端連接件9的立體圖。圖7是本實用新型IGBT功率模塊系統中保護罩10的立體圖。圖8是本實用新型IGBT功率模塊系統中下側附件的風機安裝板18與風機19的 結構分解立體圖。圖9是本實用新型IGBT功率模塊系統 換熱器11與IGBT散熱器20的結構分解立體圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖8所示，本實用新型的IGBT功率模塊系統包括兩個獨立 的IGBT功率模塊組件5和6、上側附件8、下側附件和風機19。本實用新型IGBT功率模塊系統中的IGBT功率模塊組件為具有完整功率放大功能 的IGBT功率模塊。在本實施例中，如圖1、圖4所示，IGBT功率模塊組件包括基板1、直流 濾波電解電容13、正直流和負直流Bus連接銅排14、絕緣紙15、無感吸收電容17、IGBT門 極附加板4、IGBT驅動板7、IGBT模塊3、IGBT散熱器11、交流引出銅排2、IGBT散熱器20、 電解電容串聯和並聯銅排16。IGBT模塊3、IGBT門極附加板4和IGBT驅動板7固定連接在IGBT散熱器11上。 正直流和負直流Bus連接銅排14，絕緣紙15和無感吸收電容17都固定連接在直流濾波電 解電容13和IGBT模塊3上，同時IGBT散熱器11和直流濾波電解電容13固定連接在基板 1上，直流濾波電解電容13與IGBT散熱器11之間保持一定的距離間隔設置。電解電容串聯和並聯銅排16把多個直流濾波電解電容13串聯和並聯連接，以達 到增大電解電容容量和承受更高電壓的目的；正直流和負直流Bus連接銅排14以最短捷的 路徑，把IGBT模塊3和直流濾波電解電容13連接，並於組件的頂部引出接線排；無感吸收 電容17直接壓接在IGBT模3的正負兩端；每個IGBT模塊3上面附加了一塊IGBT門極附 加板4 ；IGBT驅動板7置於IGBT散熱器11和IGBT模塊3的上方，通過銅鑼柱支撐在IGBT 散熱器11上面；交流引出銅排2把多個IGBT模塊3的交流側短接和並聯，以達到IGBT並 聯使用的目的。在其他實施例中，IGBT功率模塊組件可以採用其他滿足完整功率放大功能的結 構。在本實施例中，兩個IGBT功率模塊組件5和6採用如下結構兩個IGBT功率模塊 組件的基板的側邊對接配合，兩個IGBT功率模塊組件結構沿配合面相對稱。在其他實施例 中，兩個IGBT功率模塊組件5和6可以採用不同的結構，也能夠實現本發明目的。每個IGBT功率模塊組件5、6的基板1包括位於其兩側向其背側延伸的側邊101， 每個IGBT功率模塊組件5、6的IGBT散熱器20的換熱葉片一側穿過基板1的對應安裝孔 位於基板1的背側，兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101相適配並配合形成自模塊 組件安裝IGBT模塊3 —側的下側向安裝電解電容13 —側的上側的通風通道。在本實施例中，兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101相適配採用基板側邊 101的間距寬度相同、兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101相互對接配合的結構，形 成通風通道。在其他實施例中，兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101相適配採用一 個IGBT功率模塊組件的基板側邊101的內側間距寬度與另一個IGBT功率模塊組件的基板 側邊101的外側間距寬度相配合、兩功率模塊組件的基板側邊101相互嵌套配合的結構形 成通風通道，也能夠實現本發明目的。在本實施例中，風機19安裝在下側附件上，風機的出風口位於通風通道內。在其 他實施例中，風機19也可以安裝在上側附件上，風機的進風口位於通風通道內。如圖5所示，在本實施例中，上側附件8採用長方體結構，該長方體與兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101構成的通風通道上端相適配，長方體的主平面為通風面，長 方體的一端或兩端側邊與兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101上端端部連接(可 以採用螺紋連接、焊接等連接結構)。在其他實施例中，上側附件8可以採用其他將兩個IGBT功率模塊組件5、6相配合 的基板側邊101的上端連接成一體的結構，如採用連接板結構將兩個IGBT功率模塊組件5、 6相配合的基板側邊101的一側上端或兩側上端連接成一體等。如圖1、圖6、圖8所示，在本實施例中，下側附件採用如下結構(此時，如圖1所 示，兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板101相配合的側邊的一側下端包括允許風機19通 過的缺口)下側附件包括風機安裝板18和下端連接件9。風機安裝板18和下端連接件 9分別包括對應的風機進風口，風機安裝板18包括帶有進風口、安裝風機並可通過基板側 邊101下端缺口的底板、位於該底板一側的導向側邊和位於該底板一端與所述基板側邊下 端缺口相配合的端部側邊，端部側邊可以與基板側邊可以採用螺栓連接或卡接方式進行連 接，也可以採用相互配合但不連接的結構方式。下端連接件9包括位於其兩側的第一側邊、 位於其一端連接兩個IGBT功率模塊組件基板的側邊下端的第二側邊和位於其另一端與第 二側邊相對的通道口，該通道口寬度允許風機安裝板通過。採用本實施例的下側附件結構， 在風機19發生故障時，可以直接將風機安裝板18抽出，對安裝在風機安裝板18上的風機 19進行維修，而不需要拆除下端連接件9，大大方便了對風機19的維修操作。在其他實施例中，下側附件還可以採用如下結構當風機19安裝在上側附件上 時，下側附件可以採用將兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101的下端連接成一體的 結構，如採用連接板結構將兩個IGBT功率模塊組件5、6相配合的基板側邊101的一側下端 或兩側下端連接成一體；當風機19安裝在下側附件上時，下側附件可以採用其他與通風通 道的下端相適配的結構，如採用如下結構下側附件包括帶有進風口的風機安裝面、位於該 風機安裝面一端或兩端連接兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101的下端端部的側 邊，通過該側邊將兩個IGBT功率模塊組件5、6的基板側邊101的下端連接成一體。為了提高IGBT功率模塊組件對IGBT模塊3的換熱效率，在本實施例中，每個IGBT 功率模塊組件設置換熱器11 (如圖4、圖9所示)，換熱器11的兩側表面分別與功率模塊組 件的IGBT模塊3、IGBT散熱器20的配合表相適配，IGBT模塊3、換熱器11和IGBT散熱器 20依次配合安裝在基板1上，換熱器11可以實現將IGBT模塊3的熱量快速傳遞到IGBT散 熱器20，達到提高換熱效率的目的。換熱器11可以採用包括但不限於以水為冷卻介質的換熱器、以氟利昂為冷卻介 質的換熱器等。在其他實施例中，可以不設置換熱器11，不影響本實用新型基本發明目的的實現。如圖1、圖7所示，為了保護IGBT模塊3並實現美觀的目的，設置IGBT保護罩10， 保護罩10與IGBT模塊3適配並連接在IGBT模塊3的上方。如圖1所示，當本實用新型的IGBT功率模塊系統安裝在一個端部封閉的桶式結構 100中(如機箱中)時，空氣會在該封閉環境中形成循環的冷卻氣流，當本實用新型的IGBT 功率模塊系統安裝在一個敞開環境中時，IGBT功率模塊系統從一端進風、另一端出風，形成 冷卻氣流。
權利要求一種IGBT功率模塊系統，包括兩個獨立的IGBT功率模塊組件，每個所述IGBT功率模塊組件的基板包括位於其兩側向其背側延伸的側邊，每個所述IGBT功率模塊組件的IGBT散熱器換熱葉片一側穿過所述基板的對應安裝孔位於該基板背側；其特徵在於，兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊相適配並配合形成自模塊組件安裝IGBT模塊一側的下側向安裝電解電容一側的上側的通風通道；所述IGBT功率模塊系統還包括上側附件、下側附件和風機，所述上側附件將兩個所述IGBT功率模塊組件相配合的基板側邊上端連接成一體，所述下側附件將兩個所述IGBT功率模塊組件相配合的基板側邊下端連接成一體；所述風機安裝在所述上側附件或下側附件上並保證風機進風口或出風口位於所述通風通道內。
2.如權利要求1所述的IGBT功率模塊系統，其特徵在於每個所述IGBT功率模塊組 件包括換熱器，該換熱器兩側表面分別與功率模塊組件的IGBT模塊、IGBT散熱器的配合表 面相適配，所述IGBT模塊、換熱器、IGBT散熱器依次配合安裝在所述基板上。
3.如權利要求1所述的IGBT功率模塊系統，其特徵在於所述風機安裝在所述下側 附件上；所述上側附件為長方體，該長方體與所述通風通道上端相適配，該長方體主平面為 通風面，該長方體一端或兩端側邊與兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊上端端部連 接；所述下側附件與所述通風通道下端相適配，該下側附件包括帶有進風口的風機安裝面、 位於該風機安裝面一端或兩端連接兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊下端的端部側 邊。
4.如權利要求1所述的IGBT功率模塊系統，其特徵在於兩個所述IGBT功率模塊組件 基板的相配合的側邊的一側下端包括允許所述風機通過的缺口，所述風機安裝在所述下側 附件上；所述上側附件為長方體，該長方體與所述通風通道上端相適配，該長方體主平面為 通風面，該長方體一端或兩端側邊與兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊上端端部連 接；所述下側附件與所述通風通道下端相適配，該下側附件包括風機安裝板和下端連接件， 該風機安裝板和下端連接件分別包括對應的風機進風口，所述風機安裝板包括帶有所述進 風口、安裝所述風機並可通過所述基板側邊下端缺口的底板、位於該底板一側的導向側邊 和位於該底板一端與所述基板側邊下端缺口相配合的端部側邊，所述下端連接件包括位於 其兩側的第一側邊、位於其一端連接兩個所述IGBT功率模塊組件基板的側邊下端的第二 側邊和位於其另一端與所述第二側邊相對的通道口，該通道口寬度允許所述風機安裝板通 過。
5.如權利要求1所述的IGBT功率模塊系統，其特徵在於所述IGBT功率模塊組件包 括與所述IGBT模塊適配並連接在其上方的IGBT保護罩。
6.如權利要求1至5之一所述的IGBT功率模塊系統，其特徵在於兩個所述IGBT功 率模塊組件的所述基板的側邊對接配合，該兩個所述IGBT功率模塊組件結構沿配合面相 對稱。專利摘要一種IGBT功率模塊系統，包括兩個IGBT功率模塊組件、上側附件、下側附件和風機，每個模塊組件的基板包括兩側側邊，模塊組件的IGBT散熱器換熱葉片一側穿過基板安裝孔位於基板背側，兩個IGBT功率模塊組件基板側邊相適配並配合形成通風通道；上側附件和下側附件分別將兩個IGBT功率模塊組件相配合的基板側邊上端、下端連接成一體；風機安裝在上側附件或下側附件上並保證風機進風口或出風口位於所述通風通道內。本實用新型的IGBT功率模塊系統結構緊湊，提高了功率等級和功率密度，使設備空間利用更為充分，體積更優化；能夠較好地解決多個IGBT並聯的不均流問題，同時使設備整機實現體積更小化，成本更優化。
文檔編號H05K7/20GK201699569SQ201020172268
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者張翔, 盛小軍 申請人:深圳市禾望電氣有限公司