一種風冷式功率模塊的製作方法

2023-05-03 06:53:21 2

本發明技術屬於電力電子技術領域，具體涉及一種風冷功率模塊，該模塊主要應用於需要電力變換的場所。

背景技術：

AC-DC-AC電能變換方式廣泛應用在船舶、鐵路、礦山等需要電力變換的場所，所需要用到的電子元器件通常包括:IGBT(或IGCT)、支撐電容、吸收電容、放電電阻等，以及控制IGBT工作的驅動板和控制板；在應用時，通常將這些電子元器件固定於櫃體內，熱量以水冷或風冷的形式散發出去。

電路連接形式以不同型號的電纜搭接，此種結構形式和連接方式雖能實現變換功能，但電能轉換品質差，雜散電感大，電路布置雜亂，美觀性差，維修性低，空間利用率小，因此急需得以改進。

隨著模塊化設計理念的推廣，此種電能變化方式通常將AC-DC轉換做成一個模塊，DC-AC轉換做成一個模塊，外加支撐電容模塊，模塊內部採用疊層母排連接，模塊之間用小銅排連接，外加冷卻部分，各模塊按一定方式布置於櫃體中。

此種結構形式和連接方式極大的提高了電能變換質量和整體布置的美觀性和維修性，但是模塊之間連接處小銅排又出現發熱量大，溫升高等問題。

基於上述問題，本發明著力尋求一種新的連接方式來避免連接處銅排發熱問題，本著模塊化設計思想，本發明提出了一種風冷式功率模塊，該模塊集成度高，連接方式合理，結構形式美觀，能有效避免上述出現的問題。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在於提供一種集合度更高，結構布局更合理，電品質更優，拆裝維護更方便，外形更美觀還抗腐蝕的風冷式功率模塊，該模塊能量密度大、體積小、散熱效率高，同時能滿足逆變模塊正面拆裝維修的要求。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種風冷式功率模塊，其特徵在於：包括外殼以及將外殼內部分為上中下三層的控制器件安裝板，所述的上層布置有用來對IGBT進行控制的控制單元，所述的中間層布置有用來進行電力變換的整流單元和逆變單元，所述的下層布置有為整個風冷功率模塊提供冷卻作用的風冷單元；所述的控制單元由DSP控制板、驅動板和信號轉接板組成； 所述的整流單元由整流用IGBT、整流用吸收電容、放電電阻和若干整流用支撐電容組成；所述的逆變單元由逆變用IGBT、逆變用吸收電容和逆變用支撐電容組成；所述的風冷單元由冷卻風機、散熱器和風道組成；還包括用於將整流單元和逆變單元上所有電子元器件連接起來的連接用銅排；還包括實現模塊的電能輸入輸出的輸入輸出用銅排，所述的輸入輸出用銅排上設置有電流傳感器。

所述的一種風冷式功率模塊，其連接用銅排由被絕緣膜隔離的兩塊整銅排組成，所述的兩整銅排層疊放置。

所述的一種風冷式功率模塊，其整流用IGBT、逆變用IGBT和放電電阻的接口位於同一個平面上。

所述的一種風冷式功率模塊，其整流用支撐電容的接口位於同一個平面上。

所述的一種風冷式功率模塊，其整流用IGBT、逆變用IGBT和放電電阻均固定在散熱器上。

所述的一種風冷式功率模塊，其整流用吸收電容固定在整流用IGBT上，所述的逆變用吸收電容固定在逆變用IGBT上。

所述的一種風冷式功率模塊，其冷卻風機固定在風道的下部，所述的散熱器固定在風道的中部。

所述的一種風冷式功率模塊，其冷卻風機數量為兩個，整流用IGBT數量為三個，逆變用IGBT數量為四個，支撐電容數量為六個，電流傳感器數量為五個。

本發明的有益效果是：

1.相比於同功能功率模塊，該模塊集散熱、整流、逆變於一體，集成度高，體積小，空間利用率大；

2.該模塊將整流單元，逆變單元及支撐電容單元用同一簡易疊層排連接，安裝拆卸方便，雜散電感小，電品質好；

3.該模塊所有器件都可以從正面拆裝，維護性好；

4.該模塊將風冷部分集中到功率模塊上，省掉了中間過渡風道，更美觀。

附圖說明

圖1是本發明的主視圖圖；

圖2是本發明去掉外殼和控制器件安裝板後的主視圖；

圖3是本發明去掉外殼和控制器件安裝板後的左視圖；

圖4是本發明的左視圖。

各附圖標記為：1—風道，2—冷卻風機，3—散熱器，4—整流用IGBT，5—逆變用IGBT，6—整流用吸收電容，7—逆變用吸收電容，8—放電電阻，9—整流用支撐電容，10—電流傳感器，11—DSP控制板，12—驅動板，13—信號轉接板，14—連接用銅排，15—輸入輸出用銅排。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明：本實施例只是本發明的一種應用形式，改變控制方式可以讓本發明應用在不同的場合。

實施例1

本發明公開了一種風冷式功率模塊，採用立體層疊空間布置形式和銅排整體連接方式，包括外殼以及將外殼內部分為上中下三層的控制器件安裝板，所述的上層布置有用來對IGBT進行控制的控制單元，所述的中間層布置有用來進行電力變換的整流單元和逆變單元，所述的下層布置有為整個風冷功率模塊提供冷卻作用的風冷單元。

參照圖1，所述的控制單元由固定在控制器件安裝板上的DSP控制板11、驅動板12和信號轉接板13組成。

參照圖2、圖3，所述的整流單元由整流用IGBT 4、整流用吸收電容6、放電電阻8和若干整流用支撐電容9組成，所述的支撐電容9固定於中間層上部。

所述的逆變單元由逆變用IGBT 5、逆變用吸收電容7和逆變用支撐電容組成。

參照圖4，所述的風冷單元由冷卻風機2、散熱器3和風道1組成。

控制器件安裝板上還安裝有充當直流段正負直流母線、用於將整流單元和逆變單元上所有電子元器件連接起來的連接用銅排14，以及實現模塊的電能輸入輸出的輸入輸出用銅排15。

所述的連接用銅排14由被絕緣膜隔離的兩塊整銅排組成，所述的兩整銅排層疊放置，將中間層整流單元和逆變單元的所有電子元器件按照一定電路連接關係連接起來進行電能轉換，整銅排上對著元器件連接口處開孔。

所述的輸入輸出用銅排15上套有電流傳感器10，用於檢測輸入輸出用銅排15上電流大小，與整流用IGBT 4相連的三相輸入輸出用銅排15用於電能輸入，與逆變用IGBT 5相連的四相輸入輸出用銅排15用於電能輸出，構成IGBT中點輸入輸出用銅排，相較現有的以不同型號電纜搭接的電路連接形式，連接方式合理，電路布置美觀，也有利於提高電能的轉換品質。

本發明集風冷單元，整流單元，逆變單元和控制單元於一體，採用立體層疊空間布置形式和銅排整體連接方式，整個模塊結構緊湊，集成度高，空間利用率大，器件布置方式清晰簡單，模塊噪聲小，拆裝方便，該風冷功率模塊主要應用於海洋工程、機車、鐵路電能淨化、風電等電力變換場合。

實施例2

與實施例1的不同之處在於，所述的整流用IGBT 4、逆變用IGBT 5和放電電阻8的接口位於同一個平面上，所述的整流用支撐電容9的接口位於同一個平面上，這樣各元器件的結構布局更合理，電品質更優，拆裝維護更方便，而且雜散電感小，電品質好。

實施例3

與實施例1的不同之處在於，所述的整流用IGBT 4、逆變用IGBT 5和放電電阻8均有規律的成排布置於固定在散熱器3上，而且放電電阻8布置於IGBT上部，所述的整流用吸收電容6固定在整流用IGBT 4上，所述的逆變用吸收電容7固定在逆變用IGBT 5上，即整流用吸收電容6和逆變用吸收電容7布置在中層上部，所述的冷卻風機2固定在風道1的下部，所述的散熱器3固定在風道1的中部，省掉了中間過渡風道，此種結構形式和連接方式極大的提高了電能變換質量和整體布置的美觀性和維修性，而且避免了因銅排發熱量帶來的溫升過高等問題。

實施例4

與實施例1的不同之處在於，所述的冷卻風機2數量為兩個，整流用IGBT 4數量為三個，逆變用IGBT 5數量為四個，支撐電容9數量為六個，電流傳感器10數量為五個，因為元器件過少則功能減弱、元器件過多則會帶來發熱量大，溫升高的問題，本實施例在功率模塊功能和元器件的數量之間取得了最佳的平衡點，相比現有的同功能功率模塊，該模塊集散熱、整流、逆變於一體，集成度高，體積小，空間利用率大。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，以及部分運用的實施例，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。