大容量逆變斬波功率單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機(jī)車(chē)牽引電力交流電路中的功率模塊單元，具體為大容量逆變斬波功率單元。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)車(chē)交流技術(shù)的發(fā)展，采用大功率IGBT為開(kāi)關(guān)元件的變流器應(yīng)用日益廣泛，為了方便主電路的維護(hù)，將一種主電路的多個(gè)IGBT器件進(jìn)行安裝集成，形成功率單元，形成的功率單元主要功能包括主電路的連接、器件的開(kāi)關(guān)控制和散熱。根據(jù)主電路功能和容量的不同，功率單元的結(jié)構(gòu)也有各種類型，采用不同的散熱、接線及部件布局結(jié)構(gòu)，會(huì)使功率單元的在性能方面有不同的體現(xiàn)。
[0003]現(xiàn)有的大容量功率單元多采用相模塊的模式，即組成電力變換電路的一相，而且結(jié)構(gòu)上多采用不對(duì)稱模式。因?yàn)槊總€(gè)功率單元只能組成電力變換電路的一相，所以對(duì)于整個(gè)電力變換電路，就需要較多的功率單元，使主電路的電氣連接和水連接復(fù)雜，占用空間大，造成系統(tǒng)臃腫，可靠性差。而結(jié)構(gòu)上采用不對(duì)稱模式，會(huì)使驅(qū)動(dòng)板和IGBT之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸線加長(zhǎng)，造成信號(hào)的不穩(wěn)定，從而影響整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性?，F(xiàn)有的大容量逆變斬波功率單元多采用電纜來(lái)傳輸驅(qū)動(dòng)和反饋信號(hào)，因?yàn)榇笕萘磕孀償夭üβ蕟卧休d高壓大電流的開(kāi)關(guān)變換，造成變流設(shè)備內(nèi)部會(huì)有較強(qiáng)的電磁干擾，驅(qū)動(dòng)和反饋信號(hào)屬于低壓信號(hào)，抗干擾性較差，在強(qiáng)的電磁環(huán)境中會(huì)受到干擾，造成發(fā)送和接收信號(hào)出錯(cuò)。另外現(xiàn)有的大容量功率單元的水接口多采用手動(dòng)連接的模式。手動(dòng)連接的模式需要將水接頭設(shè)置在功率單元前端人容易操作的地方，而且連接占用較大的空間，影響電氣接口的布局。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的功率模塊電氣連接和水連接復(fù)雜、占用空間大而造成系統(tǒng)臃腫和可靠性差的問(wèn)題，提供了大容量逆變斬波功率單元。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:大容量逆變斬波功率單元，包括框體，框體內(nèi)設(shè)有水冷基板，水冷基板的兩個(gè)側(cè)面分別安裝有IGBT，且每個(gè)IGBT都配套有配置板，水冷基板的兩側(cè)還分別都設(shè)有復(fù)合母排，復(fù)合母排和其所在側(cè)的IGBT的主電路端子連接，每個(gè)復(fù)合母排的外側(cè)都安裝有復(fù)合屏蔽板，每個(gè)復(fù)合屏蔽板上還安裝有用于驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板和配置板以線束連接，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有光纖接口，水冷基板的后側(cè)安裝有兩個(gè)水接頭，一個(gè)為進(jìn)水接頭，另一個(gè)為出水接頭，復(fù)合母排的電氣端子設(shè)置在框體前面板，框體的前面板上安裝有電源連接器，驅(qū)動(dòng)板的外側(cè)都還安裝了外側(cè)防護(hù)板。
[0006]本發(fā)明的有益效果為:
1)采用雙側(cè)對(duì)稱模塊化設(shè)計(jì)，節(jié)省空間，便于維護(hù)更換，降低維護(hù)成本；
2)采用快速水接頭和電氣連接前后分置的布局，有效利用了空間，使功率單元對(duì)外電氣連接端子布局更合理；
3)采用光纖傳輸信號(hào)，提高抗干擾性，提高驅(qū)動(dòng)的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為功率單元的電路原路圖。
[0008]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3為圖2的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]大容量逆變斬波功率單元，包括框體，框體內(nèi)設(shè)有水冷基板，水冷基板的兩個(gè)側(cè)面分別安裝有IGBT，且每個(gè)IGBT都配套有配置板，水冷基板的兩側(cè)還分別都設(shè)有復(fù)合母排，復(fù)合母排和其所在側(cè)的IGBT的主電路端子連接，每個(gè)復(fù)合母排的外側(cè)都安裝有復(fù)合屏蔽板，每個(gè)復(fù)合屏蔽板上還安裝有用于驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板和配置板以線束連接，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有光纖接口，水冷基板的后側(cè)安裝有兩個(gè)水接頭，一個(gè)為進(jìn)水接頭，另一個(gè)為出水接頭，復(fù)合母排的電氣端子設(shè)置在框體前面板，框體的前面板上安裝有電源連接器，驅(qū)動(dòng)板的外側(cè)都還安裝了外側(cè)防護(hù)板。
[0011]具體實(shí)施時(shí)，框體優(yōu)選為金屬框體，功率單元以水冷基板為基礎(chǔ)，水冷基板兩側(cè)表面各安裝4個(gè)130mm*190mm封裝的高壓大功率IGBT，水冷基板的四個(gè)邊角上分別設(shè)有安裝孔，以水冷基板四個(gè)邊角上的安裝孔為依托安裝整個(gè)裝置的框架；在8個(gè)IGBT的輔助電氣端子平面上，各安裝一塊配置板，實(shí)現(xiàn)IGBT門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)壓、Vce電壓檢測(cè)等功能；在每側(cè)的四個(gè)IGBT上安裝了一塊復(fù)合母排，利用螺栓將復(fù)合母排和其內(nèi)側(cè)的四個(gè)IGBT的G、E主電路端子連接起來(lái)，組成逆變斬波變換主電路，一側(cè)為逆變電路的兩個(gè)橋臂，另一側(cè)為逆變電路的一個(gè)橋臂和斬波電路橋臂；復(fù)合母排分層絕緣隔離，其三個(gè)導(dǎo)電層(DC+層、DC-層、交流層)的對(duì)外連接延伸到金屬框體的前面板，分別為直流輸入端子S1(DC+)、S2 (DC-)、三相交流輸出端子S3 (U)、S4 (V)、S5 (W)和斬波輸出端子S7 (C)。
[0012]在功率模塊的金屬框體前面板上設(shè)計(jì)安裝了絕緣支撐座，復(fù)合母排伸出的電氣端子覆蓋在絕緣支撐座的表面，絕緣支撐座內(nèi)嵌M12螺母，用于復(fù)合母排電氣端子對(duì)外螺栓連接。
[0013]兩側(cè)復(fù)合母排的外側(cè)加裝兩塊復(fù)合屏蔽板，復(fù)合屏蔽板由金屬板、絕緣板及外敷絕緣層組成，其四周為裸露的金屬邊沿，與金屬框體連接，可以起到屏蔽作用，其內(nèi)側(cè)連接部位均為絕緣設(shè)計(jì)。
[0014]在左側(cè)復(fù)合屏蔽板上，安裝了 3塊驅(qū)動(dòng)板，右側(cè)復(fù)合屏蔽板上，安裝了 4塊驅(qū)動(dòng)板，用于驅(qū)動(dòng)的IGBT，每個(gè)驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)I個(gè)IGBT，驅(qū)動(dòng)板信號(hào)的輸入輸出采用光纖連接的方式。
[0015]水冷基板的后側(cè)安裝了兩個(gè)快速水接頭，一個(gè)為進(jìn)水接頭，另一個(gè)為出水接頭，為了使功率模塊能和水系統(tǒng)可靠對(duì)接，在水冷基板上還設(shè)置了定位銷，定位銷可以起到導(dǎo)向和定位作用，使水系統(tǒng)在看不到接頭的狀況下可靠對(duì)接。功率單元前部上方設(shè)置左右對(duì)稱的電源連接器，將系統(tǒng)的15V供電引入裝置。功率模塊兩側(cè)還設(shè)計(jì)安裝了外側(cè)防護(hù)板，可以對(duì)驅(qū)動(dòng)板起到防護(hù)作用。
[0016]功率單元對(duì)外機(jī)械連接采用三點(diǎn)固定方式，在功率單元金屬框體前面板底側(cè)設(shè)置了安裝孔，采用螺栓與系統(tǒng)框架連接，在功率單元金屬框體前面板上部，設(shè)置了 I個(gè)長(zhǎng)螺桿與系統(tǒng)框架固定連接。
[0017]功率單元的電路原路圖如圖1所示，SI (DC+)、S2 (DC_)為主電路的直流輸入端子；H2a、Hlb、H2b、B2a、Blb、B2b 為 6 個(gè)高壓 IGBT，組成三相逆變的主電路，S3 (U)、S4 (V)、S5 (W)為三相交流輸出端子，通過(guò)IGBT的開(kāi)關(guān)變化，實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換。Hla、Bla兩個(gè)IGBT組成斬波主電路，Bla可以用同等級(jí)的二極管替代，起電路續(xù)流作用，S6(C)為斬波對(duì)外接線端子，連接裝置外部的斬波功率電阻。
[0018]每個(gè)IGBT安裝一塊配置板，配置板實(shí)現(xiàn)IGBT門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)壓、Vce電壓檢測(cè)等功能。
[0019]該功率單元設(shè)置了 7塊驅(qū)動(dòng)板，除BlaIGBT外，每個(gè)IGBT采用一塊驅(qū)動(dòng)板控制，驅(qū)動(dòng)板將系統(tǒng)發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離變換后發(fā)送給IGBT，控制其開(kāi)通和關(guān)斷，同時(shí)將IGBT工作正常與否的狀態(tài)信號(hào)反饋給系統(tǒng)，以便開(kāi)關(guān)異常時(shí)系統(tǒng)及時(shí)保護(hù)。
[0020]15V電源由變流器系統(tǒng)供給逆變斬波功率單元的驅(qū)動(dòng)板，為驅(qū)動(dòng)板電路供電。
[0021]IBl、FB1、IHl、FHl，IB2、FB2、IH2、FH2，IB3、FB3、IH3、FH3，CHOIH、CHOFH 為外接光纖接口，光纖接口包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口和反饋信號(hào)接口。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.大容量逆變斬波功率單元，其特征在于包括框體，框體內(nèi)設(shè)有水冷基板，水冷基板的兩個(gè)側(cè)面分別安裝有IGBT，且每個(gè)IGBT都配套有配置板，水冷基板的兩側(cè)還分別都設(shè)有復(fù)合母排，復(fù)合母排和其所在側(cè)的IGBT的主電路端子連接，每個(gè)復(fù)合母排的外側(cè)都安裝有復(fù)合屏蔽板，每個(gè)復(fù)合屏蔽板上還安裝有用于驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板和配置板以線束連接，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有光纖接口，水冷基板的后側(cè)安裝有兩個(gè)水接頭，一個(gè)為進(jìn)水接頭，另一個(gè)為出水接頭，復(fù)合母排的電氣端子設(shè)置在框體前面板處，框體的前面板上安裝有電源連接器，驅(qū)動(dòng)板的外側(cè)都還安裝了外側(cè)防護(hù)板。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于機(jī)車(chē)牽引電力交流電路中的功率模塊單元，具體為大容量逆變斬波功率單元，功率單元采用了層疊式模塊化設(shè)計(jì)，以水冷基板基礎(chǔ)，雙面安裝IGBT，每面四個(gè)IGBT；復(fù)合母排采用平行對(duì)稱結(jié)構(gòu)，緊貼IGBT安裝；兩側(cè)復(fù)合母排的外側(cè)加裝兩塊復(fù)合屏蔽板，在兩塊復(fù)合屏蔽板上安裝驅(qū)動(dòng)板（驅(qū)動(dòng)電路采用雙側(cè)安裝模式）、配置板直接安裝在IGBT上，驅(qū)動(dòng)板和配置板間以線束連接，水冷基板上安裝快速水接頭和定位銷，水連接位于功率單元的后方，主電路對(duì)外連接電氣端子設(shè)置在功率單元的前方，功率單元前部上方設(shè)置左右對(duì)稱的電源連接器。解決了現(xiàn)有的功率模塊電氣連接和水連接復(fù)雜、占用空間大而造成系統(tǒng)臃腫和可靠性差的問(wèn)題。
【IPC分類】H02M7-00, H05K7-20, H02M1-44
【公開(kāi)號(hào)】CN104796010
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510211041
【發(fā)明人】張晉芳, 牛勇, 陳彥肖, 武益民, 湯學(xué)超
【申請(qǐng)人】永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日