专利名称：一种igbt功率系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率模块系统，具体涉及一种IGBT功率系统。
背景技术：
随着工业技术的快速发展，大型电力电子设备在各行业的应用越来越广泛，功率等级和功率密度也越来越高，以IGBT为核心器件的功率模块是大型电力电子设备的核心部件，由于使用环境特殊，要求功率模块具有结构紧凑、维护方便、功率密度高等特点，因此，功率模块常常被设计成一个功能完善的模块单元。现有的IGBT功率模块一般主要由多个相互分立的IGBT元件并联再结合相当数量的直流滤波电容组成，结构松散，需占用较大的设备空间，使得现有IGBT功率模块存在如下缺陷1、由于电力电子设备整机结构体积的限制，并联的IGBT元件或直流滤波电容数量受到限制，不能满足高功率等级和高功率密度的需求；2、同时IGBT元件相互分立的结构往往需要采取相互分立的散热方案，结构复杂， 不利于整机体积的减小和功率密度的提高；3、过多IGBT元件的直接并联容易引起IGBT元件之间电流不均衡、IGBT元件与滤波电容之间的杂散电感高导致IGBT关断时产生过电压击穿等问题；4、同时IGBT功率模块体积庞大使整机成本大大增加。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提供一种IGBT功率系统，克服现有技术存在的上述缺陷，满足对IGBT功率模块高功率等级和高功率密度的要求。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种IGBT功率系统，包括系统单元，该系统单元包括IGBT功率组件、直流滤波电容组件和正、负直流Bus连接铜排； 所述IGBT功率组件包括多个IGBT功率模块、连接该多个IGBT功率模块的IGBT驱动板和并联该多个IGBT功率模块输出端的交流引出铜排；所述直流滤波电容组件包括多个直流滤波电容和电容固定组件；所述正、负直流Bus连接铜排包括层叠布置的正直流Bus连接铜排、负直流Bus连接铜排和设置在该正直流Bus连接铜排与负直流Bus连接铜排之间的绝缘层；所述正、负直流Bus连接铜排并联所述多个直流滤波电容、并联所述多个IGBT功率模块输入端；其特征在于，所述系统单元的所述IGBT功率组件和直流滤波电容组件紧邻设置； 所述正、负直流Bus连接铜排位于所述直流滤波电容组件上方；所述系统单元包括支撑件，该支撑件包括安装板和设置在该安装板相对两侧的折边，该安装板包括阵列布置并与所述直流滤波电容的外圆柱面相配合的多个定位通孔和与该多个定位通孔相邻的安装窗口，所述电容固定组件将所述多个直流滤波电容经该多个定位通孔固定连接在所述安装板上；[0012]两个所述系统单元以所述支撑件的折边相对安装，该相对连接的两个所述支撑件呈箱形；所述IGBT功率系统包括连接该两个支撑件的连接结构和呈板状的液冷换热器；每个所述系统单元的所述IGBT功率组件经所述安装窗口连接在所述液冷换热器上；所述IGBT功率组件的所述多个IGBT功率模块横向阵列连接在所述液冷换热器侧表面上，该多个IGBT功率模块输入端紧邻所述直流滤波电容组件连接在所述正、负直流Bus连接铜排的连接端上；所述IGBT驱动板位于所述多个IGBT功率模块上方。在本实用新型的IGBT功率系统中，所述IGBT功率组件包括每个所述IGBT功率模块对应的门极附加板和无感吸收电容，所述门极附加板与对应的IGBT功率模块连接并按 IGBT功率模块、门极附加板、IGBT驱动板顺序设置在所述IGBT功率模块上方，所述无感吸收电容连接在所述IGBT功率模块与所述正、负直流Bus连接铜排的连接端上。在本实用新型的IGBT功率系统中，所述交流引出铜排的引出连接点位于该交流引出铜排与所述多个IGBT功率模块输出端并联连接侧的相对侧中部，包括位于该引出连接点与该并联连接侧之间的长孔，该长孔的长度与各并联点中部两侧的中点之间的距离相当。在本实用新型的IGBT功率系统中，包括覆盖在所述IGBT功率组件上方的保护罩。在本实用新型的IGBT功率系统中，两个所述系统单元结构平面对称。在本实用新型的IGBT功率系统中，连接两个所述支撑件的所述连接结构包括连接所述支撑件的上板、下板，所述上板和下板分别包括相对的连接折边，该相对的连接折边与两个所述支撑件的安装板相匹配或与两个所述支撑件的折边相匹配，所述上板的连接折边和下板的连接折边与两个所述支撑件匹配连接。在本实用新型的IGBT功率系统中，包括设置在所述下板一端端部、下侧表面与所述下板下侧表面平齐的连接短边。在本实用新型的IGBT功率系统中，所述上板包括通风通孔。实施本实用新型的IGBT功率系统，与现有技术比较，其有益效果是1.在系统散热结构上，IGBT功率模块采用共用液冷换热器结构、直流滤波电容采用风道对流风冷散热结构，系统功率等级和功率密度满足高功率等级、高功率密度设计要求；2.结构紧凑，能够有效减少直流滤波电容与IGBT元件之间的杂散电感，减小IGBT 关断时的电压冲击，有效降低IGBT过压击事故的发生；同时能够解决多个IGBT并联带来的不均流问题；3.系统结构紧凑、功能划分清晰，安装、拆卸方便，系统体积更优化降低了制造成本。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型IGBT功率系统一种实施例的主视图。图2是本实用新型IGBT功率系统图1实施例的立体装配图。图3是本实用新型IGBT功率系统图1实施例的立体分解图。图4是本实用新型IGBT功率系统的支撑组件中上板的一种实施方式的立体图。[0030]图5是本实用新型IGBT功率系统图1实施例中一个系统单元与液冷换热器的立体装配图。图6是本实用新型IGBT功率系统中交流引出铜排2 —种实施方式的立体图。图7是本实用新型IGBT功率系统图1实施例中液冷换热器一种实施方式的立体图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图5所示，本实用新型的IGBT功率系统包括系统单元、连接结构和液冷换热器，液冷换热器呈板状。系统单元包括IGBT功率组件10、直流滤波电容组件5、正、负直流Bus连接铜排14 和支撑件12。每个系统单元的IGBT功率组件10和直流滤波电容组件5紧邻设置；正、负直流Bus连接铜排14位于直流滤波电容组件5的上方。IGBT功率组件包括多个IGBT功率模块3、IGBT驱动板7、门极附加板4、无感吸收电容17和交流引出铜排2。IGBT驱动板7与每个IGBT功率模块3连接；门极附加板4与 IGBT功率模块3 —一对应，每个门极附加板4与其对应的IGBT功率模块3连接；无感吸收电容17与IGBT功率模块3 —一对应，每个无感吸收电容17连接在与其对应的IGBT功率模块3与正、负直流Bus连接铜排14的连接端上。交流引出铜排2并联每个IGBT功率模块3的输出端，交流引出铜排2的引出连接点连接引出铜排1。如图6所示，为了使上述多个IGBT模块3与引出连接点之间的电流路径长度基本一致，达到IGBT并联均流的目的，将引出连接点203设置在交流引出铜排2与上述多个 IGBT功率模块3输出端并联连接侧201的相对侧中部，在引出连接点203与并联连接侧201 之间，设置长孔202，该长孔202的长度与各并联点中部两侧的中点之间的距离相当(即并联连接侧201各并联点中线204 —侧的各并联点中点至另一侧的各并联点中点之间的距离相当)。上述多个IGBT功率模块3横向阵列连接在液冷换热器11的侧表面上，且上述多个IGBT功率模块的输入端紧邻直流滤波电容组件5连接在正、负直流Bus连接铜排14的连接端上。上述多个IGBT功率模块3、门极附加板4、IGBT驱动板7顺序设置在液冷换热器11的侧表面上方，IGBT驱动板7可以通过铜锣柱支撑在液冷换热器11上。在结构上尽可能保证驱动板7与IGBT模块3距离最短，有利于防止系统相互干扰或受外界电磁干扰，克服现有技术因驱动电缆长而引入驱动寄生参数导致大功率IGBT模块损坏的风险。直流滤波电容组件5包括多个直流滤波电容13和电容固定组件16，电容固定组件 16将上述多个直流滤波电容13连接在支撑件12上。直流滤波电容13可以采用包括但不限于直流滤波薄膜电容、直流滤波电解电容寸。在本实施例中，电容固定组件16采用如下结构如图5所示，电容固定组件包括电容固定环162和连接螺钉(图中未示出)，电容固定环162包括开口端，开口端通过固定环螺钉163连接起来，使电容固定环162紧固在电容13上，电容固定环162还包括设置在环侧边上的多个连接折边161，在连接折边161上设置通孔，连接螺钉穿过通孔将电容固定环162连接在支撑件12上。在其他实施例中，电容固定组件16可以采用其他常用结构。正、负直流Bus连接铜排14包括层叠布置的正直流Bus连接铜排、负直流Bus连接铜排和设置在该正直流Bus连接铜排与负直流Bus连接铜排之间的第二绝缘层15。正、 负直流Bus连接铜排并联上述多个直流滤波电容13、并联上述多个IGBT功率模块3的输入端。正、负直流Bus连接铜排14以最短捷的路径，把IGBT模块3和直流滤波电容13 连接起来，并于直流滤波电容组件5的顶部引出接线排，在电气性能上达到减小直流滤波电容13与IGBT模块3之间杂散电感的目的。支撑件12包括安装板和设置在该安装板相对两侧的折边，折边与安装边形成槽形，安装板包括阵列布置并与直流滤波电容13的外圆柱面相配合的多个定位通孔和与该多个定位通孔相邻的安装窗口，电容固定组件16将多个直流滤波电容13经该多个定位通孔固定连接在安装板上，IGBT功率组件10安装在该安装窗口中。两个系统单元以支撑件12的折边相对安装，相对连接的两个支撑件12呈箱形，支撑件12通过连接结构连接起来。液冷换热器11的两侧表面分别与两个系统单元的IGBT 功率组件10连接(如上述)，液冷换热器11的进出液口 111从对应设置在两个系统单元的支撑件12的折边上的孔中穿出(也可以设置为从下板9上穿出)。在本实施例中，连接结构包括连接两个支撑件的上板8和下板9。如图2、图3所示，上板8和下板9分别包括相对的连接折边，该相对的连接折边与两个支撑件12的安装板相匹配(也可以与两个支撑件12的折边相匹配)，用螺钉将上板8和下板9连接在两个支撑件12上，实现连接；也可以将连接折边与其所匹配的安装边或支撑件12的折边焊接在一起，实现连接。在其他实施例中，连接结构可以采用直接将支撑件12的连接折边相连接的结构(焊接或螺钉连接等)，均能够实现本发明目的。如图3所示，两个系统单元以支撑件12相对连接成箱形后，整个IGBT功率系统可以形成箱形内外的对流循环，实现对IGBT功率组件10和直流滤波电容13的对流散热。在采用上板8连接支撑件12时，如图4所示，可以在上板8上设置通风孔81。如图3所示，为了更便于连接和安装，设置连接在上板8上侧的接地连接板18，设置连接短边19，该连接短边19位于支撑件12的连接折边的一端端部，其下侧外表面与下板 9的下侧表面平齐。为了保护IGBT功率组件10，设置覆盖在IGBT功率组件10上方的保护罩6。为了简化结构，并提高设备元件的互换性，两个相连接的系统单元结构采用平面对称结构。无感吸收电容17的作用是降低IGBT功率模块3的Vce (IGBT功率模块C、E极电压)电压尖峰值，进一步保证元件安全。在其他实施例中，不设置无感吸收电容17，不影响本实用新型基本发明目的的实现。在其他实施例中，采用非焊针式IGBT模块时，IGBT门极附加板4的功能可集成在 IGBT驱动板7中，从而可以省略IGBT门极附加板4。
权利要求1.一种IGBT功率系统，包括系统单元，该系统单元包括IGBT功率组件、直流滤波电容组件和正、负直流Bus连接铜排；所述IGBT功率组件包括多个IGBT功率模块、连接该多个 IGBT功率模块的IGBT驱动板和并联该多个IGBT功率模块输出端的交流引出铜排；所述直流滤波电容组件包括多个直流滤波电容和电容固定组件；所述正、负直流Bus连接铜排包括层叠布置的正直流Bus连接铜排、负直流Bus连接铜排和设置在该正直流Bus连接铜排与负直流Bus连接铜排之间的绝缘层；所述正、负直流Bus连接铜排并联所述多个直流滤波电容、并联所述多个IGBT功率模块输入端；其特征在于，所述系统单元的所述IGBT功率组件和直流滤波电容组件紧邻设置；所述正、负直流Bus连接铜排位于所述直流滤波电容组件上方；所述系统单元包括支撑件，该支撑件包括安装板和设置在该安装板相对两侧的折边， 该安装板包括阵列布置并与所述直流滤波电容的外圆柱面相配合的多个定位通孔和与该多个定位通孔相邻的安装窗口，所述电容固定组件将所述多个直流滤波电容经该多个定位通孔固定连接在所述安装板上；两个所述系统单元以所述支撑件的折边相对安装，该相对连接的两个所述支撑件呈箱形；所述IGBT功率系统包括连接该两个支撑件的连接结构和呈板状的液冷换热器；每个所述系统单元的所述IGBT功率组件经所述安装窗口连接在所述液冷换热器上； 所述IGBT功率组件的所述多个IGBT功率模块横向阵列连接在所述液冷换热器侧表面上， 该多个IGBT功率模块输入端紧邻所述直流滤波电容组件连接在所述正、负直流Bus连接铜排的连接端上；所述IGBT驱动板位于所述多个IGBT功率模块上方。
2.如权利要求1所述的IGBT功率系统，其特征在于，所述IGBT功率组件包括每个所述 IGBT功率模块对应的门极附加板和无感吸收电容，所述门极附加板与对应的IGBT功率模块连接并按IGBT功率模块、门极附加板、IGBT驱动板顺序设置在所述IGBT功率模块上方， 所述无感吸收电容连接在所述IGBT功率模块与所述正、负直流Bus连接铜排的连接端上。
3.如权利要求1所述的IGBT功率系统，其特征在于，所述交流引出铜排的引出连接点位于该交流引出铜排与所述多个IGBT功率模块输出端并联连接侧的相对侧中部，包括位于该引出连接点与该并联连接侧之间的长孔，该长孔的长度与各并联点中部两侧的中点之间的距离相当。
4.如权利要求1所述的IGBT功率系统，其特征在于，包括覆盖在所述IGBT功率组件上方的保护罩。
5.如权利要求1所述的IGBT功率系统，其特征在于，两个所述系统单元结构平面对称。
6.如权利要求1至5之一所述的IGBT功率系统，其特征在于，连接两个所述支撑件的所述连接结构包括连接所述支撑件的上板、下板，所述上板和下板分别包括相对的连接折边，该相对的连接折边与两个所述支撑件的安装板相匹配或与两个所述支撑件的折边相匹配，所述上板的连接折边和下板的连接折边与两个所述支撑件匹配连接。
7.如权利要求6所述的IGBT功率系统，其特征在于，包括设置在所述下板一端端部、下侧表面与所述下板下侧表面平齐的连接短边。
8.如权利要求6所述的IGBT功率系统，其特征在于，所述上板包括通风通孔。
专利摘要一种IGBT功率系统，包括系统单元、连接结构和液冷换热器，系统单元包括IGBT功率组件、直流滤波电容组件、正、负直流Bus连接铜排和支撑件；正、负直流Bus连接铜排并联直流滤波电容、并联IGBT功率模块输入端，IGBT功率组件和直流滤波电容组件连接在支撑件上，两个系统单元以支撑件折边相对安装，两个支撑件连接成箱形；两个系统单元的IGBT功率模块连接在液冷换热器上。本实用新型满足高功率等级、高功率密度设计要求；有效减少直流滤波电容与IGBT元件之间的杂散电感和IGBT关断时的电压冲击，降低IGBT过压击穿事故的发生；解决多个IGBT并联带来的不均流问题；具有结构紧凑，制造成本低的特点。
文档编号H01L25/00GK202050352SQ201120054038
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者张翔, 盛小军 申请人:深圳市禾望电气有限公司