Igbt雙管並聯功率模塊的製作方法
2023-05-21 21:52:56 1
Igbt雙管並聯功率模塊的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種IGBT雙管並聯功率模塊，包括高壓端子盒、複合目排、若干並聯設置於高壓端子盒和複合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，其特徵在於，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設有IGBT觸發裝置，用於接收控制信號並將控制信號進行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排輸出。本發明將控制電源和IGBT側的高壓進行隔離，防止主迴路的高壓對其他電路的損害，觸發功率大，提高了IGBT使用的安全性、靈活性和可靠性。
【專利說明】IGBT雙管並聯功率模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子【技術領域】，特別是涉及一種IGBT雙管並聯功率模塊。
【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型電晶體，是由 BJT (雙極型三極體)和MOS (絕緣柵型場效應管)組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；M0SFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低，其頻率特性介於MOSFET與功率電晶體之間，可正常工作於幾十kHz頻率範圍內，在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用，在較高頻率的大、中功率應用中佔據了主導地位。
[0003]IGBT具有開關速度快，導通壓降低，驅動功率小，工作頻率高，控制靈活等特點，因此，在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用。目前，高電壓、大電流的IGBT已經模塊化，它的驅動電路現已製造出集成化的IGBT專用驅動電路，其性能更好，可靠性更高，體積更小，會在今後大、中功率的應用中佔據主導地位。但在高電壓、大功率變流器的許多應用領域中，要求器件的電壓等級達到1kV以上，電流達到幾千A，就目前而言，單個IGBT模塊的電壓和電流容量仍然有限，遠遠不能滿足電力電子應用技術發展的需求。
[0004]隨著機車交流技術的發展，採用高頻大功率IGBT作為開關元件的變流器應用日益廣泛。在6500V這個電壓等級的IGBT及保護，國際國內雖然有成熟技術，但目前可靠性差。主要難點是要攻克高壓大電流IGBT觸發技術，因此，設計出一款保護功能齊全、可靠性高的IGBT觸發裝置迫在眉睫。
[0005]因此，針對上述技術問題，有必要提供一種新的IGBT雙管並聯功率模塊。
【發明內容】
[0006]有鑑於此，本發明提供了一種新的IGBT雙管並聯功率模塊，將控制電源和IGBT側的高壓進行隔離，防止主迴路的高壓對其他電路的損害。
[0007]為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下:
[0008]一種IGBT雙管並聯功率模塊，包括高壓端子盒、複合目排、若干並聯設置於高壓端子盒和複合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設有IGBT觸發裝置，用於接收控制信號並將控制信號進行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排輸出，所述IGBT觸發裝置包括:
[0009]用於接收控制信號的第一連接器；
[0010]用於將控制信號進行隔離變換的隔離變壓器；
[0011]用於傳輸控制信號的光耦；
[0012]用於輸出控制信號的第二連接器。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述模塊還包括用於固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
[0014]作為本發明的進一步改進，所述IGBT與水冷基板相接觸的一面上塗覆有導熱矽脂層。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述模塊還設有一框架，所述水冷基板與框架固定安裝。
[0016]作為本發明的進一步改進，所述低壓連接器與框架固定安裝。
[0017]作為本發明的進一步改進，所述框架上固定安裝有若干門極驅動組件。
[0018]作為本發明的進一步改進，所述IGBT觸發裝置與門極驅動組件固定對應安裝。
[0019]作為本發明的進一步改進，所述模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]IGBT觸發裝置高低壓迴路之間的隔離電壓等級高，提高了 IGBT使用的安全性；
[0022]IGBT觸發裝置觸發功率高，滿足了單管和雙管並聯的觸發，提高IGBT使用的靈活性；
[0023]IGBT觸發裝置有完善的保護控制，提高了 IGBT的使用壽命和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發明一實施方式中IGBT雙管並聯功率模塊的裝配結構圖；
[0026]圖2為本發明一實施方式中IGBT雙管並聯功率模塊的另一視角裝配結構圖；
[0027]圖3為本發明一實施方式中IGBT觸發裝置的結構示意圖；
[0028]圖4為本發明一實施方式中IGBT雙管並聯功率模塊的主電路原理圖。
[0029]其中:1、高壓端子盒2、水冷基板3、特製螺栓4、支撐端子5、框架6、IGBT7、IGBT配置保護裝置8、複合母排9、低壓連接器10、IGBT觸發裝置11、門極驅動板組件101、第一連接器102、隔離變壓器103、光耦104、第二連接器。
【具體實施方式】
[0030]本發明公開了一種IGBT雙管並聯功率模塊，包括高壓端子盒、複合目排、若干並聯設置於高壓端子盒和複合目排之間的IGBT、以及和IGBT相連的低壓連接器，一個或多個IGBT與低壓連接器之間設有IGBT觸發裝置，用於接收控制信號並將控制信號進行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排輸出，IGBT觸發裝置包括:
[0031]用於接收控制信號的第一連接器；
[0032]用於將控制信號進行隔離變換的隔離變壓器；
[0033]用於傳輸控制信號的光耦；
[0034]用於輸出控制信號的第二連接器。
[0035]優選地，模塊還包括用於固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
[0036]優選地，IGBT與水冷基板相接觸的一面上塗覆有導熱矽脂層。
[0037]優選地，模塊還設有一框架，水冷基板與框架固定安裝。
[0038]優選地，低壓連接器與框架固定安裝。
[0039]優選地，框架上固定安裝有若干門極驅動組件。
[0040]優選地，IGBT觸發裝置與門極驅動組件固定對應安裝。
[0041]優選地，模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
[0042]本發明將控制電源和IGBT側的高壓進行隔離，防止主迴路的高壓對其他電路的損害。
[0043]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
[0044]參圖1、圖2所示為本發明一【具體實施方式】中IGBT雙管並聯功率模塊的結構示意圖。本實施方式中的IGBT雙管並聯功率模塊包括高壓端子盒1、複合目排8、若干並聯設置於高壓端子盒I和複合目排8之間的IGBT6、以及和IGBT6相連的低壓連接器9，一個或多個IGBT6與低壓連接器9之間設有IGBT觸發裝置10，IGBT觸發裝置10的結構示意圖參圖3所示，用於接收控制信號並將控制信號進行隔離變換，將高壓端子盒I輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排8輸出。
[0045]優選地，本實施方式中IGBT雙管並聯功率模塊還包括水冷基板2、特製螺栓3、支撐端子4、框架5、IGBT配置保護裝置7、和門極驅動板組件11。參圖1、圖2所示，各IGBT雙管並聯功率模塊的裝配關係如下:
[0046]高壓端子盒I和水冷基板2通過M6 X 25螺栓進行機械連接，本實施方式中螺栓數量為8個；
[0047]支撐端子4和水冷基板2通過M6 X 50螺栓進行機械連接，本實施方式中螺栓數量為3個；
[0048]框架5與水冷基板2通過M6 X 20螺栓進行機械連接，本實施方式中螺栓數量為5個；
[0049]IGBT6上通過塗覆導熱矽脂，粘貼在水冷基板2上，再通過每個IGBT的固定孔用M6X20螺栓進行機械固定；
[0050]IGBT配置保護裝置7與IGBT6通過輔助C、G、E電極用M3X8螺栓進行電氣連接，本實施方式中螺栓數量為3個；
[0051]複合母排8與4個IGBT6通過M8X30螺栓進行電氣連接，本實施方式中螺栓數量為12個；
[0052]低壓連接器9與框架通過M6 X 50螺栓進行機械連接，本實施方式中螺栓數量為2個；
[0053]IGBT觸發裝置10與門極驅動組件I通過M4X20螺栓進行機械連接，本實施方式中螺栓數量為7個；
[0054]門極驅動組件11與框架5通過M5X25螺栓進行機械連接，，本實施方式中螺栓數量為6個；
[0055]特製螺栓3通過框架5與變流櫃進行連接，保證整體功率單元與變流櫃的緊固。
[0056]其中，參圖3所示，IGBT觸發裝置10包括:
[0057]用於接收控制信號的第一連接器101，優選地，第一連接器101選用18芯連接器，18芯連接器與低壓連接器直接相連，可插拔式連接，18芯連接器接收低壓連接器傳送的電源信號、PWM驅動信號，以及向低壓連接器反饋IGBT狀態反饋信號；
[0058]用於將控制信號進行隔離變換的隔離變壓器102，隔離變壓器102將低壓迴路和高壓迴路進行隔離，隔離電壓的等級高，提高IGBT使用的安全性；
[0059]用於傳輸控制信號的光I禹103,光f禹103用於傳輸控制IGBT的驅動信號以及IGBT狀態的反饋信號，這樣使用避免外界的電磁幹擾，使得使用IGBT更加安全、可靠；
[0060]用於輸出控制信號的第二連接器104，優選地，第二連接器104選用2個6芯連接器。IGBT觸發裝置的輸出功率大，可自由的選擇，通過6芯連接器單路或雙路輸出，使得使用IGBT靈活度更大。
[0061]參圖4所示為本發明IGBT雙管並聯功率模塊的主電路原理圖。
[0062]機車變流櫃將PWM驅動信號和低壓電源信號通過低壓連接器9接入IGBT觸發裝置10，將PWM驅動信號進行處理，再通過IGBT配置保護裝置7控制IGBT6的開通關斷，將高壓端子盒I輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排8輸出。
[0063]本發明中IGBT雙管並聯功率模塊具有以下特點:
[0064]1、將觸發電路與配置電路分開設計，配置電路可直接安裝在IGBT器件上，增強觸發迴路的抗幹擾性能。
[0065]2、觸發功率大，可提供+15V/-10V的觸發電壓，+35A的峰值電流；
[0066]3、具有較完善的保護功能:如電源監測功能，採用動態Vce監測實現短路保護，採用動態箝位實現關斷時過壓保護。
[0067]由以上實施方式可以看出，本發明IGBT雙管並聯功率模塊具有以下有益效果:
[0068]IGBT觸發裝置高低壓迴路之間的隔離電壓等級高，提高了 IGBT使用的安全性；
[0069]IGBT觸發裝置觸發功率高，滿足了單管和雙管並聯的觸發，提高IGBT使用的靈活性；
[0070]IGBT觸發裝置有完善的保護控制，提高了 IGBT的使用壽命和可靠性。
[0071]對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0072]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1.一種IGBT雙管並聯功率模塊，包括高壓端子盒、複合目排、若干並聯設置於高壓端子盒和複合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，其特徵在於，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設有IGBT觸發裝置，用於接收控制信號並將控制信號進行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過複合母排輸出，所述IGBT觸發裝置包括: 用於接收控制信號的第一連接器； 用於將控制信號進行隔離變換的隔離變壓器； 用於傳輸控制信號的光耦； 用於輸出控制信號的第二連接器。
2.根據權利要求1所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述模塊還包括用於固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
3.根據權利要求2所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述IGBT與水冷基板相接觸的一面上塗覆有導熱矽脂層。
4.根據權利要求2所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述模塊還設有一框架，所述水冷基板與框架固定安裝。
5.根據權利要求4所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述低壓連接器與框架固定安裝。
6.根據權利要求4所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述框架上固定安裝有若干門極驅動組件。
7.根據權利要求6所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述IGBT觸發裝置與門極驅動組件固定對應安裝。
8.根據權利要求2所述的IGBT雙管並聯功率模塊，其特徵在於，所述模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
【文檔編號】H02M7/00GK104333235SQ201310308969
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優先權日:2013年7月22日
【發明者】張晉芳, 王博, 陳嘉明, 謝鵬 申請人:西安永電電氣有限責任公司