帶過壓吸收的組合水冷功率裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及集成有多個IGBT器件的功率單元，具體為帶過壓吸收的組合水冷功率裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子變流技術(shù)的發(fā)展，采用大功率IGBT為開關(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IGBT器件進(jìn)行安裝集成，形成獨(dú)立的功率裝置，主要功能包括主電路的連接、器件的開關(guān)控制和散熱，這種模式的應(yīng)用有利于功率裝置的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于維護(hù)和更換。
[0003]現(xiàn)有的功率裝置在結(jié)構(gòu)上不獨(dú)立，如四象限整流和三相逆變電路分散布置、沒有組合，或IGBT開關(guān)電路未設(shè)置過壓吸收電路，這樣功率裝置布局臃腫、占用空間大；IGBT關(guān)斷反向電壓高，功率器件容易損壞，功率裝置可靠性差。另外現(xiàn)有的功率裝置普遍使用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱模式，功率裝置采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱模式時，要達(dá)到同樣的熱阻，風(fēng)冷散熱器的體積和重量較大，而且需要配置散熱風(fēng)機(jī)，增加了系統(tǒng)的成本、并且加大了噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有的功率裝置在結(jié)構(gòu)上分散和采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱模式而增加了系統(tǒng)的成本的問題，以及大電流關(guān)斷造成的可靠性問題，提供了帶過壓吸收的組合水冷功率裝置。
[0005]本實(shí)用新型是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，包括框架、水冷基板、復(fù)合母排和驅(qū)動板，框架底部焊接具有內(nèi)螺紋的立柱，水冷基板緊固在框架底部的立柱上，該立柱上還支撐有交流端子，緊貼水冷基板的表面安裝有七個半橋封裝的IGBT，其中四個IGBT構(gòu)成四象限整流電路，另外三個IGBT構(gòu)成逆變電路，每個半橋封裝的IGBT的直流端子間設(shè)置一個吸收電容，IGBT的上層安裝有復(fù)合母排，復(fù)合母排的上層安裝有驅(qū)動板，驅(qū)動板通過線束和IGBT的驅(qū)動端連接，復(fù)合母排的直流端子作為整流電路和逆變電路的直流端子。
[0006]本實(shí)用新型設(shè)計了一種帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，此功率裝置將四象限整流電路和三相逆變電路組合起來，可以將輸入單相交流電通過交一直一交的變換方式，輸出為三相交流電，功率裝置采用大功率的IGBT器件作為主電路開關(guān)元件，利用復(fù)合母排與外部直流支撐電容連接，在主電路上設(shè)置了用于IGBT關(guān)斷過電壓吸收的吸收電容，采用循環(huán)水對開關(guān)元件進(jìn)行散熱，實(shí)現(xiàn)了變流主電路的高度集成，并提高了功率變換電路的可靠性。
[0007]本實(shí)用新型技術(shù)方案帶來的有益效果是:1)采用模塊化設(shè)計，將單相的并聯(lián)雙管整流電路和三相逆變電路集成在一起，節(jié)省空間，便于維護(hù)更換，降低維護(hù)成本；2)采用復(fù)合母排和吸收電容，提高主電路的可靠性，減小因故障造成的運(yùn)營損失和維修成本；3)采用水冷散熱、提高散熱效率，減小體積和重量。
【附圖說明】
[0008]圖1為功率裝置的原理框圖。
[0009]圖2為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3為吸收電容的安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1_框架，2-水冷基板，3-復(fù)合母排，4-驅(qū)動板，5-交流端子，6-吸收電容，7-直流端子，8-1GBT。
【具體實(shí)施方式】
[0012]帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，包括框架1、水冷基板2、復(fù)合母排3和驅(qū)動板4，框架I底部焊接具有內(nèi)螺紋的立柱，水冷基板2緊固在框架底部的立柱上，該立柱上還支撐有交流端子5，緊貼水冷基板的表面安裝有七個半橋封裝的IGBT8，其中四個IGBT構(gòu)成四象限整流電路，另外三個IGBT構(gòu)成逆變電路，每個半橋封裝的IGBT的直流端子間設(shè)置一個吸收電容6，IGBT的上層安裝有復(fù)合母排3，復(fù)合母排3的上層安裝有驅(qū)動板4，驅(qū)動板4通過線束和IGBT的驅(qū)動端連接，復(fù)合母排3的直流端子7作為整流電路和逆變電路的直流端子，與外部的直流回路支撐電容連接。
[0013]本實(shí)用新型將四象限整流電路和三相逆變電路、驅(qū)動電路、電容吸收電路集成在一個功率裝置上，電路功能及原理圖如圖1所示，其中:V1?V7為半橋封裝IGBT，V1&V2并聯(lián)，V3&V4并聯(lián)分別組成四象限整流電路的一個橋臂，V5?V7分別為三相逆變電路的三個橋臂；C1?C7為吸收電容，每個半橋IGBT的直流端子間設(shè)置一個吸收電容；DRV1?DRV5為IGBT驅(qū)動板，DRV1、DRV2為四象限整流IGBT的驅(qū)動板，DRV3?DRV5為三相逆變IGBT的驅(qū)動板；單相交流電從交流端子AC1、AC2輸入，經(jīng)過Vl?V4組成的四象限整流電路整流為直流電，再經(jīng)過V5?V7組成的三相逆變電路逆變?yōu)槿嘟涣麟姀慕涣鞫俗覷、V、W輸出。
[0014]利用復(fù)合母排將直流回路連接在一起后，與外部直流支撐電容連接，可以降低主電路的雜散電感；通過設(shè)置吸收電容，可以有效降低主電路的開關(guān)反向電壓，提高整個裝置的可靠程度；復(fù)合母排的直流端子對外連接采用絕緣支撐座，保證對外連接的可靠性；單相輸入和三相輸出利用銅排與裝置外部連接；模塊采用水冷散熱模式，可以提高散熱效率，降低裝置體積和重量。
[0015]整個功率裝置的結(jié)構(gòu)依托于底部框架，框架采用3mm的鍍鋁鋅鋼板，鋼板底部焊接了帶有螺紋的立柱，用于水冷基板安裝、交流端子支撐、上層組件支撐柱的安裝；框架一端焊接了把手，用于功率裝置的轉(zhuǎn)運(yùn)，框架伸出的四塊板，用于上層組件的支撐，其上的方形孔可用于功率裝置轉(zhuǎn)運(yùn)手抓著力點(diǎn)。
[0016]功率裝置工作時產(chǎn)生的熱量通過水冷基板內(nèi)的冷卻水流動帶走，本功率裝置采用單側(cè)水冷模式的水冷基板，共安裝7個半橋封裝IGBT，水冷基板通過固定孔與框架連接，為了方便冷卻水連接，功率裝置使用了 STABILE的快速水接口。
[0017]水冷基板平面在設(shè)計時，要求的平面度和粗糙度比較高(<10um和1.6)，保證兩者緊密接觸，并通過組裝時在兩者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂，減小接觸熱阻，達(dá)到良好散熱的目的。
[0018]復(fù)合母排將整個整流和逆變電路的‘DC +’和‘DC- ’覆蓋起來，并在空間上進(jìn)行疊層，可以有效減小直流回路的分布電感，減小IGBT關(guān)斷時的電壓峰值。
[0019]功率裝置包括5塊驅(qū)動板，整流電路需要2塊，逆變電路需要3塊。驅(qū)動板安裝在功率裝置的上層框架上，驅(qū)動板四角用絕緣墊柱架空隔離。驅(qū)動板輸入電源為15V，輸入驅(qū)動信號為差分PWM信號。輸出狀態(tài)信號為高(+ 15V)低電平(0V)，具有故障自封鎖脈沖、短路保護(hù)、電源低電壓保護(hù)等功能。
[0020]功率裝置的直流部分通過復(fù)合母排的4個連接端子‘DC+’、‘DC- ’與外部的支撐電容連接，連接規(guī)格為MlO的螺栓，4個連接端子‘DC+’、‘DC- ’下側(cè)設(shè)置了絕緣支撐座，內(nèi)嵌方形螺母，方便與外部進(jìn)行可靠連接。
[0021]功率裝置的交流部分通過‘AC1’、‘AC2 ’、‘U’、‘V’、‘W，5個連接交流端子與外部銅排連接，連接規(guī)格為MlO的螺栓，5個連接端子在模塊內(nèi)部設(shè)置了絕緣墊柱，實(shí)現(xiàn)電氣隔離和連接緊固作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，其特征在于包括框架(I)、水冷基板(2)、復(fù)合母排(3)和驅(qū)動板(4)，框架(I)底部焊接具有內(nèi)螺紋的立柱，水冷基板(2)緊固在框架底部的立柱上，該立柱上還支撐有交流端子(5)，緊貼水冷基板的表面安裝有七個半橋封裝的IGBT (8)，其中四個IGBT構(gòu)成四象限整流電路，另外三個IGBT構(gòu)成逆變電路，每個半橋封裝的IGBT的直流端子間設(shè)置一個吸收電容(6)，IGBT的上層安裝有復(fù)合母排(3)，復(fù)合母排(3)的上層安裝有驅(qū)動板(4)，驅(qū)動板(4)通過線束和IGBT的驅(qū)動端連接，復(fù)合母排(3)的直流端子(7)作為整流電路和逆變電路的直流端子。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及集成有多個IGBT器件的功率單元，具體為帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，包括框架、水冷基板、復(fù)合母排、驅(qū)動板，半橋封裝的IGBT、吸收電容和交流端子。本實(shí)用新型設(shè)計了一種帶過壓吸收的組合水冷功率裝置，此功率裝置將四象限整流電路和三相逆變電路組合在一個獨(dú)立的單元，可以將輸入單相交流電通過交－直－交的變換方式，輸出為三相交流電，功率裝置采用大功率的IGBT器件作為主電路開關(guān)元件，利用復(fù)合母排與外部直流支撐電容連接，在主電路上設(shè)置了用于IGBT關(guān)斷過電壓吸收的吸收電容，采用循環(huán)水對開關(guān)元件進(jìn)行散熱，實(shí)現(xiàn)了變流主電路的高度集成，并提高了功率變換電路的可靠性。
【IPC分類】H05K7/20, H02M7/00
【公開號】CN204886717
【申請?zhí)枴緾N201520632370
【發(fā)明人】牛勇, 王彬, 張丹, 王雷, 劉立剛
【申請人】永濟(jì)新時速電機(jī)電器有限責(zé)任公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月21日