一种igbt功率单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种IGBT功率单元，其包括有底座和固定于底座上的散热器，散热器上固定有多个IGBT器件，IGBT器件的上方设有直流支撑电容并且二者之间设有直流叠层母排和交流叠层母排，直流支撑电容固定于底座上，IGBT器件与直流支撑电容通过直流叠层母排电性连接。其中的直流支撑电容设于IGBT器件的上方，二者通过低电感的直流叠层母排电性连接，使得二者之间的杂散电感最小，充分抑制尖峰电压，使IGBT等器件运行在可靠的工作范围之内，从而满足轨道交通设备对IGBT功率单元的大功率、高性能、高可靠性的要求。
【专利说明】一种IGBT功率单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变频器【技术领域】，尤其涉及一种应用于轨道交通机车车辆的IGBT功率单元。
【背景技术】
[0002]随着轨道交通技术的迅速发展，IGBT功率单元相应也得到了广泛应用，目前IGBT功率单元的模块化设计已成大势所趋。模块化设计的优点是:产品互换性高，相同的功率单元可以互换，并且检修方便快捷，对于故障单元可以直接替换，不会因检修功率单元而造成列车停运。模块化设计的优点是显而易见的，但在IGBT功率单元模块化设计中出现了一些误区，比如，片面地认为模块化就是高度集成化，过度追求集成度，在模块上堆积了太多的器件，造成实际应用中检修或更换功率单元时需要接大量的线，费时费力且容易出错，有违互换本意。
[0003]现有技术中的模块化设计通常追求轻量化，片面追求安装便捷性，把大而重的直流支撑电容从模块上移到别处安装，这样模块重量是轻了，但不可避免的是直流支撑电容与IGBT器件之间只能采用电缆、铜排或铜板连接。众所周知，采用电缆连接，其自感和互感都很大，性能较差，只适用于功率不大的场合；而铜排或铜板，若是平行排列，对电压尖峰抑制有一定的效果，但其互感依然很大，只适用于功率不是很大且性能要求较低的场合。显而易见，这两种连接方式都不满足轨道交通设备对IGBT功率单元的大功率、高性能、高可靠性的要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种IGBT功率单元，其中的直流支撑电容设于IGBT器件的上方，二者通过低电感的直流叠层母排电性连接，使得二者之间的杂散电感最小，充分抑制尖峰电压，使IGBT等器件运行在可靠的工作范围之内。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。
[0006]一种IGBT功率单元，其包括有底座和固定于底座上的散热器，散热器上固定有多个IGBT器件，IGBT器件的上方设有直流支撑电容并且二者之间设有直流叠层母排和交流叠层母排，直流支撑电容固定于底座上，IGBT器件与直流支撑电容通过直流叠层母排电性连接。
[0007]优选地，底座上固定连接有电容盒，直流支撑电容位于电容盒之内，并且直流支撑电容与电容盒固定连接。
[0008]优选地，交流叠层母排的一端电性连接于IGBT器件，交流叠层母排的另一端电性连接于交流铜排，交流铜排固定于电容盒的侧部。
[0009]优选地，IGBT器件2上固定有门极板并且二者电性连接，电容盒的两个相对的侧部分别固定有门极驱动板，门极驱动板与门极板通过线缆电性连接。[0010]优选地，门极驱动板上设有用于接插线缆的连接器插座。
[0011]优选地，电容盒上固定有门极驱动线连接器，连接器插座通过线缆连接于门极驱动线连接器。
[0012]优选地，散热器上固定有温控元件，电容盒上固定有温控线连接器，温控元件通过线缆连接于温控线连接器。
[0013]优选地，直流支撑电容的上方设有多个线缆支架，线缆支架的两端分别与电容盒的两个相对的侧板固定连接。
[0014]本实用新型公开的IGBT功率单元，包括有底座和固定于底座上的散热器，散热器上固定有多个IGBT器件，IGBT器件的上方设有直流支撑电容并且二者之间设有直流叠层母排和交流叠层母排，直流支撑电容固定于底座上，IGBT器件与直流支撑电容通过直流叠层母排电性连接。其中的直流支撑电容设于IGBT器件的上方，二者通过低电感的直流叠层母排电性连接，使得二者之间的杂散电感最小，充分抑制尖峰电压，使IGBT等器件运行在可靠的工作范围之内，从而满足轨道交通设备对IGBT功率单元的大功率、高性能、高可靠性的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为IGBT功率单元的分解图。
[0016]图2为IGBT功率单元的整体结构示意图。
[0017]图3为IGBT功率单元的主视图。
[0018]图4为第一实施例中的IGBT功率单元的立体图。
[0019]图5为图4中所示的局部放大图。
[0020]图6为IGBT功率单元第一安装状态的左视图。
[0021]图7为图6中所示的局部放大图。
[0022]图8为IGBT功率单元第二安装状态的左视图。
[0023]图9为图8中所示的局部放大图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。
[0025]本实用新型公开了一种IGBT功率单元，请参照图1至图3，其包括有底座16和固定于底座16上的散热器1，散热器I上固定有多个IGBT器件2，IGBT器件2的上方设有直流支撑电容3并且二者之间设有直流叠层母排9和交流叠层母排18，直流支撑电容3固定于底座16上，IGBT器件2与直流支撑电容3通过直流叠层母排9电性连接，由于直流层叠母排9能够有效减少线路中的杂散电感，使线路电感减少到最低程度，充分抑制回路尖峰电压，有效保护IGBT器件2，使其运行在可靠的工作范围内，该直流叠层母排9通过弓丨出端10与外部模块、器件电气连接。
[0026]本实施例中，交流叠层母排18的一端电性连接于IGBT器件2，交流叠层母排18的另一端电性连接于交流铜排6，交流铜排6固定于电容盒14的侧部，并且通过该交流铜排6与外部模块、器件电气连接。
[0027]关于直流支撑电容3的固定方式，底座16上固定连接有电容盒14，直流支撑电容3位于电容盒14之内，并且直流支撑电容3与电容盒14固定连接，使得直流支撑电容3收容于电容盒14之内。在此基础之上，IGBT器件2上固定有门极板17并且二者电性连接，电容盒14的两个相对的侧板分别固定有门极驱动板5，门极驱动板5与门极板17通过线缆电性连接，该门极驱动板5上设有用于接插线缆的连接器插座51，该门极驱动板5与外部模块、器件的一种连接方式为:该连接器插座51通过线缆直接与外部模块、器件电气连接；另一连接方式为:当直流支撑电容3后侧的门极驱动板5因空间限制而无法直接连接时，电容盒14上固定有门极驱动线连接器8，连接器插座51通过线缆连接于门极驱动线连接器8，由门极驱动线连接器8与外部模块、器件电气连接。
[0028]为了实现温度采集、控制，在散热器I上固定有温控元件，电容盒14上固定有温控线连接器7，温控元件通过线缆连接于温控线连接器7，再通过该温控线连接器7电性连接于外部控制板等。
[0029]为了保证上述线缆的整齐有序，保持线路清晰明了，直流支撑电容3的上方设有多个线缆支架11，线缆支架11的两端分别与电容盒14的两个相对的侧板固定连接，上述线缆可以分别沿线缆支架11走线，并且固定在线缆支架11上。
[0030]上述IGBT功率单元在装配过程中，散热器I安装在底座16上，其上安装有IGBT器件2和温控元件，底座16上安装直流支撑电容3，直流支撑电容3与IGBT器件2之间设有直流叠层母排9和交流叠层母排18，交流叠层母排18 —端与IGBT器件2作导电连接，另一端与交流铜排6作导电连接，直流叠层母排9 一端与IGBT器件2作导电连接，另一端与直流支撑电容3作导电连接，这样IGBT器件2就与直流支撑电容3以低感直流叠层母排9直接连接，使线路电感减少到最低程度，充分抑制回路尖峰电压，有效保护IGBT器件2，使其运行在可靠的工作范围内。同时，IGBT器件2上连接有门极板17，在直流支撑电容3的前后侧设有门极驱动板5，二者间以耐高温线缆连接，门极驱动板5上设有连接器插座51，可以直接与模块外的驱动线连接器插头连接，若直流支撑电容3后侧的门极驱动板因空间限制而无法直接连接时，也可以先用线缆将连接器插座51与另设的门极驱动线连接器8连接，然后再连接模块外的连接器插头，类似地，温控元件先通过线缆连接到温控线连接器7，再与模块外的相应连接器插头连接，这样，IGBT功率单元所要连接的线缆，除了功率电缆是通过母排配合螺栓的连接方式，其它控制、检测电缆全部是通过连接器连接，方便快捷。
[0031]该IGBT功率单元中，为减轻IGBT功率单元的重量，其上只装配了散热器1、IGBT器件2、直流支撑电容3、直流叠层母排9、门极板17、门极驱动板5、温控元件、交流叠层母排18，而将控制盒、门极板驱动电源、电压和电流传感器等器件从IGBT功率单元上移走，安装到变流箱的其它部位。整个IGBT功率单元对外接线只有交流、直流主回路电缆以及连接到门极驱动板5、温控元件的控制、检测电缆，并且这些控制、检测电缆通过门极驱动板5上内置的或另行设置的连接器连接，不但简化了 IGBT功率单元的内部接线，也减少了功率单元对外接线的数量，从而解决了现有技术中的元器件数量较多、线路繁杂、费时费力、容易出错的缺陷。此外，在检修或模块互换时只需要拆卸/连接主回路电缆，断开/连接控制、检测电缆连接器，降低了维修工人的工作强度，提高工作效率。
[0032]上述结构的IGBT功率单元还包括如下实施例:
[0033]实施例1:
[0034]本实施例提出一种导向锁紧装置，结合图4和图5所示，IGBT功率单元通过该导向锁紧装置安装于变流器的箱体之内，其包括有固定于变流器箱体的两个固定板12以及分别固定于功率单元的底座16两侧的两个方梁15，固定板12的中间部向外隆起，使得该中间部与变流器箱体之间形成空间，并且该固定板12的中间部开设有水平槽121，水平槽121的一端延伸至固定板12的边缘处并且形成开口，该水平槽121的另一端设有竖直槽122，方梁15开设有导向管道，导向管道内穿设有导向锁紧杆13，导向锁紧杆13靠近变流器箱体的一端设有挡板132，导向锁紧杆13沿水平槽121滑至竖直槽122之内，使得导向锁紧杆13不会在水平方向滑动，并且挡板132卡在固定板12与变流器箱体之间，导向锁紧杆13的另一端穿过导向管道并且该端部螺合有锁紧螺母19，利用锁紧螺母19的锁紧作用以及挡板132的卡接作用，使得IGBT功率单元安装并且固定于变流器箱体之内。安装时，先将导向锁紧杆13沿水平槽121滑至竖直槽，使得挡板132卡在固定板12与变流器箱体之间，再将导向管道对准导向锁紧杆13的端部，令导向锁紧杆13穿过导向管道，配合变流箱体内设置的简易导轨，在导向锁紧杆13的导向作用下，可以将IGBT功率单元向变流器箱体方向推动，该导向锁紧杆13的端部穿过导向管道之后，用锁紧螺母19螺合于导向锁紧杆13的端部，从而实现固定、锁紧，拆卸IGBT功率单元时，只需取下锁紧螺母即可，从而方便地将IGBT功率单元取出。
[0035]旋拧锁紧螺母19时，为了避免导向锁紧杆13随之转动，导向锁紧杆13靠近挡板132的位置开设有两个相对设置的台阶面131，两个台阶面131分别抵挡于竖直槽122的两个侧边，通过台阶面131与竖直槽122的抵挡作用来防止导向锁紧杆13转动。
[0036]本实施例中，结合图6至图9所不，方梁15靠近固定板12的一端固定有燕尾板151,燕尾板151向固定板12方向弯折，固定板12的中间部向其端部方向倾斜而形成倾斜部123，燕尾板151的弯折角度小于倾斜部123的倾斜角度，并且该燕尾板151与倾斜部123弹性相抵，利用该燕尾板151与倾斜部123的弹性抵紧作用，使得固定板12对燕尾板151产生反弹力，该反弹力以推力的方式传导至方梁15，使得IGBT功率单元在垂直方向受力平衡并且得以锁定，配合上述导向锁紧杆13，将IGBT功率单元在三个维度上进行锁定。
[0037]上述导向锁紧装置中，当IGBT功率单元装入变流器箱体之内时，该导向锁紧装置起到导向和锁紧作用，使得IGBT功率单元在变流箱体内的移动和固定更加方便、快速，本实用新型只需在IGBT功率单元的前方操作锁紧螺母，就能轻松实现锁紧或者解锁，简单实用，方便安装与检修。
[0038]以上只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。
【权利要求】
1.一种IGBT功率单元，其特征在于，包括有底座(16)和固定于底座(16)上的散热器(1)，所述散热器(I)上固定有多个IGBT器件(2)，所述IGBT器件(2)的上方设有直流支撑电容(3)并且二者之间设有直流叠层母排(9)和交流叠层母排(18)，所述直流支撑电容(3)固定于底座(16)上，所述IGBT器件(2)与直流支撑电容(3)通过所述直流叠层母排(9)电性连接。
2.如权利要求1所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述底座(16)上固定连接有电容盒(14)，所述直流支撑电容(3)位于电容盒(14)之内，并且直流支撑电容(3)与电容盒(14)固定连接。
3.如权利要求2所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述交流叠层母排(18)的一端电性连接于IGBT器件(2)，所述交流叠层母排(18)的另一端电性连接于交流铜排(6)，所述交流铜排(6)固定于电容盒(14)的侧部。
4.如权利要求2所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述IGBT器件2上固定有门极板(17)并且二者电性连接，所述电容盒(14)的两个相对的侧板分别固定有门极驱动板(5)，所述门极驱动板(5)与门极板(17)通过线缆电性连接。
5.如权利要求4所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述门极驱动板(5)上设有用于接插线缆的连接器插座(51)。
6.如权利要求5所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述电容盒(14)上固定有门极驱动线连接器(8)，所述连接器插座(51)通过线缆连接于门极驱动线连接器(8)。
7.如权利要求2所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述散热器(I)上固定有温控元件，所述电容盒(14)上固定有温控线连接器(7)，所述温控元件通过线缆连接于温控线连接器(7)。
8.如权利要求2所述的IGBT功率单元，其特征在于，所述直流支撑电容(3)的上方设有多个线缆支架(11)，所述线缆支架(11)的两端分别与电容盒(14)的两个相对的侧板固定连接。
【文档编号】H01L23/367GK203617885SQ201320844402
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】何佳琪, 李志辉 申请人:深圳市英威腾交通技术有限公司