緊湊型集成門極換向晶閘管功率相模塊的製作方法

2023-05-26 12:02:01 1

專利名稱：緊湊型集成門極換向晶閘管功率相模塊的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體開關技術領域，特別是提供了一種緊湊型集成門極換向晶閘管(即IGCT)功率相模塊，它適用於3～27MVA大功率變流器中，將這種IGCT功率相模塊組合在一起，就可構成了一臺大功率有源整流器或逆變器，廣泛應用於中壓傳動領域。
背景技術：
集成門極換向晶閘管IGCT是瑞士ABB公司專為中壓變頻器開發的功率半導體開關器件。IGCT基於非常成熟的GTO(門極關斷晶閘管)技術，使變頻器的設計從根本上降低了複雜程度，提高了效率和可靠性。IGCT集IGBT(絕緣門極雙極性電晶體)的高速開關特性和GTO(門極關斷晶閘管)的高阻斷電壓和低導通損耗特性於一體。IGCT的快速開關能力無需緩衝電路，因而所需的功率元件數目更少，運行的可靠性更高。目前國際上IGCT的應用技術已經很成熟，但是在國內卻還處於起步階段，還沒有IGCT變流器的成熟產品問世。完整的IGCT有源整流電路或逆變電路包括IGCT、反並聯二極體、箝位電路器件等，若將這些元器件分散組裝後再用母線或導線進行電氣連接，不僅其佔用體積較大，而且連線迴路面積較大，從而造成線路的雜生電感增大。雜生電感的增大會使IGCT的關斷電壓升高，這時候為保證IGCT的安全就必須要減小輸出電流，從而造成輸出功率的減小。此外，IGCT功率組件分散安裝，也不利於維修工作的進行。

發明內容
本發明的目的在於提供一種緊湊型IGCT功率相模塊，它將所有器件集成於一體，裝卸便利，結構緊湊，體積較小，並且連接線路的雜生電感較小，輸出功率能夠達到設計要求。
本發明的結構如附圖1所示，它包括IGCT1、箝位電阻2、箝位電抗器3、壓緊架4、螺杆5、散熱器6、箝位電容器7、功率連接端子8、二極體9、串間連接母線10以及其它一些壓緊結構組件。壓緊架4、螺杆5以及其它壓緊結構組件將IGCT1、二極體9、散熱器6等串聯壓緊成三個相互平行「並聯」的串組件，三個串組件共用兩側的壓緊架4，箝位電阻2位於串前部左右兩側，箝位電抗器3位於此串左右兩側，箝位電容器7被連接母線夾持於此串中間後部。
所述的IGCT功率相模塊是由IGCT1、二極體9等半導體器件的電氣連接是通過串間連接母線10實現的，串間連接母線10呈縱向被壓緊於三個串組件之間，其表面緊貼於所連接的半導體器件的端面與散熱器6的端面。
所述的散熱器6既可是水冷散熱器，也可以是風冷散熱器。
本發明的優點在於將IGCT應用電路中各元器件集成在一個功率模塊中，不僅有效減小了佔用體積，提高了變流器的功率密度，而且功率相單元的模塊化設計有助於系統的安裝、調試等工作，提高了工作效率，同時也為最小停機時間的維護和維修工作打下了基礎。裝卸便利，結構緊湊，體積較小，並且連接線路的雜生電感較小。


圖1為本發明的一種結構示意圖。其中，IGCT1、箝位電阻2、箝位電抗器3、壓緊架4、螺杆5、散熱器6、箝位電容器7、功率連接端子8、二極體9、串間連接母線10。
圖2為本發明的IGCT1、二極體9、散熱器6、箝位電容器以及串接連接母線10結構示意圖。
具體實施例方式
圖1、圖2為本發明的一種具體實施方式
。其中，串間連接母線10共有六條連接母線，連接母線為平直板狀。裝配時，串間層疊母線10緊貼於IGCT1、二極體9等半導體器件端面和散熱器6的端面並被壓緊，從而實現三個組件串之間的電路連接。所述IGCT功率模塊的串間層疊母線10呈左右兩側對稱安裝。
本發明中IGCT、二極體等半導體器件之間的電路連接採用串間層疊母線實現，且串接連接母線緊貼於功率器件，在結構上減小了連線的迴路面積，試驗結果證明這種設計能夠有效降低連接線路的雜生電感，提高了功率相模塊乃至整臺變流器的輸出功率。
權利要求
1.一種緊湊型集成門極換向晶閘管功率相模塊，包括IGCT(1)、箝位電阻(2)、箝位電抗器(3)、壓緊架(4)、螺杆(5)、散熱器(6)、箝位電容器(7)、功率連接端子(8)、二極體(9)、串間連接母線(10)以及其它一些壓緊結構組件；其特徵在於壓緊架(4)、螺杆(5)以及其它壓緊結構組件將IGCT(1)、二極體(9)、散熱器(6)等串聯壓緊成三個相互平行「並聯」的串組件，三個串組件共用兩側的壓緊架(4)，箝位電阻(2)位於串前部左右兩側，箝位電抗器(3)位於此串左右兩側，箝位電容器(7)被連接母線夾持於此串中間後部。
2.按照權利要求1所述的IGCT功率相模塊，其特徵在於IGCT(1)、二極體(9)半導體器件的電氣連接是通過串間連接母線(10)實現的，串間連接母線(10)呈縱向被壓緊於三個串組件之間，且緊貼於所連接的半導體器件的端面。
3.按照權利要求1所述的IGCT功率相模塊，其特徵在於所述的散熱器(6)為水冷散熱器。
4.按照權利要求1所述的IGCT功率相模塊，其特徵在於所述的散熱器(6)為風冷散熱器。
全文摘要
本發明提供了一種緊湊型集成門極換向晶閘管功率相模塊，它包括IGCT(1)、箝位電阻(2)、箝位電抗器(3)、壓緊架(4)、螺杆(5)、散熱器(6)、箝位電容器(7)、功率連接端子(8)、二極體(9)、串間連接母線(10)以及其它一些壓緊結構組件。壓緊架(4)、螺杆(5)以及其它壓緊結構組件將IGCT(1)、二極體(9)、散熱器(6)等串聯壓緊成三個相互平行「並聯」的串組件，三個串組件共用兩側的壓緊架(4)，箝位電阻(2)位於串前部左右兩側，箝位電抗器(3)位於此串左右兩側，箝位電容器(7)被連接母線夾持於此串中間後部。優點在於結構緊湊，空間尺寸小，組裝簡單、方便，適用於3～27MVA大功率IGCT變流器。
文檔編號H01L23/46GK1645724SQ200510053448
公開日2005年7月27日 申請日期2005年3月10日 優先權日2005年3月10日
發明者張勝民, 李崇堅, 李凱, 崔春枝, 李海興, 朱春毅, 林根 申請人:冶金自動化研究設計院, 北京金自天正智能控制股份有限公司