功率转换模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型的实施例一般涉及一种用于变频器的功率转换模块，并且更具体地，涉及五电平中压变频器及其功率转换模块。
【背景技术】
[0002]在需要大电流和快速开关的应用场合(例如变频器、照明电路、牵引传动等)通常需要使用多个IGBT器件或模块(绝缘栅双极型晶体管)。在操作期间，当IGBT模块由于诸如高频率或长接通时间或大电流等因素使得所产生的额定损耗变大，同时，使得原件发热加剧。因此，传统的功率转换模块设计均需要引入诸如金属板之类的散热器或热沉从而促进来自IGBT器件的热量的耗散。
[0003]通常，对于多电平的变频器而言，其电路拓扑限制了某些IGBT器件会比另外一些IGBT器件在操作时经受更高的开关频率或更长的接通时间或更大的电流，因而造成了某些IGBT器件产生显著更高的热量。由于电路拓扑和引线连接的限制，常规的IGBT在热沉上的布置方式使得发热量较大的IGBT器件产生的热量难以被耗散，因而影响器件的稳定性和性能。
【实用新型内容】
[0004]本公开的一个目的在于提供一种改进的功率转换模块，比起传统的IGBT单元布置方式而言，本公开的功率转换模块允许在相同尺寸的热沉上布置更多IGBT单元，同时降低操作期间IGBT单元在热沉上的最高温度。
[0005]根据本公开的一个方面，提供了一种功率转换模块。该功率转换模块包括第一组IGBT单元和第二组IGBT单元。该功率转换模块还包括热沉，在该热沉上布置有第一组IGBT单元和第二组IGBT单元并且这两组IGBT单元各自沿直线延伸。第二组IGBT单元中相邻的IGBT单元之间的间距的平均值大于第一组IGBT单元中相邻的IGBT单元之间的间距的平均值。通过使得发热量更高的IGBT单元之间具有更大的平均间距，热沉上的热量分布能够被显著地改进。
[0006]根据本公开的一个实施例，热沉可以是矩形金属板，并且第一组IGBT单元和第二组IGBT单元被布置在热沉的相同侧。
[0007]根据本公开的一个实施例，第一组IGBT单元与第二组IGBT单元被布置为彼此大致平行。
[0008]根据本公开的一个实施例，第一组IGBT单元包括四个具有相同数量的IGBT单元的第一子集，并且第二组IGBT单元包括两个具有相同数量的IGBT单元的第二子集。
[0009]根据本公开的一个实施例，第二子集的一个中的IGBT单元与第二子集的另一个中的IGBT单元交错地排列。
[0010]根据本公开的一个实施例，第二组IGBT单元中的所有IGBT单元被等间距地布置在热沉上。
[0011]根据本公开的一个实施例，第二组IGBT单元中的所有IGBT单元被等间距地布置。
[0012]根据本公开的一个实施例，第二组IGBT单元中的每一个IGBT单元比起第一组IGBT单兀中的每一个IGBT单兀而目在操作时具有更尚的开关频率。
[0013]根据本公开的一个实施例，第二组IGBT单元中的每一个IGBT单元比起第一组IGBT单元中的每一个IGBT单元而言在操作时具有更长的接通时间。
[0014]根据本公开的一个实施例，第二组IGBT单元中的每一个IGBT单元比起第一组IGBT单元中的每一个IGBT单元而言在操作时具有更大的电流。
[0015]根据本公开的一个实施例，该第二组IGBT单元中的每一个IGBT单元比起该第一组IGBT单元中的每一个IGBT单元而言在操作时产生更高的热量。
[0016]根据本公开的一个实施例，第一组IGBT单元和第二组IGBT单元被适配为形成五电平中压变频器。
[0017]本公开的实施例带来的优点通常在于其允许使用与常规的功率转换模块相同的热沉并在该热沉上布置更多的IGBT单元，同时降低热沉上的由IGBT单元导致的最高温度。由此，通过改进IGBT单元的布置方式从而实现热沉的散热功率的提升。
【附图说明】
[0018]通过参照附图的以下详细描述，本公开实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本公开的多个实施例进行说明，其中:
[0019]图1图示了根据本公开的实施例的使用多个IGBT单元的功率转换模块的示意性电路拓扑图；
[0020]图2图示了根据图1的电路拓扑图的传统的IGBT单元的布置方式；以及
[0021]图3图示了根据本公开的实施例的根据图1的电路拓扑图的改进的IGBT单元的布置方式。
【具体实施方式】
[0022]现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本实用新型的原理。
[0023]应当理解的是，尽管本公开的实施方式使用五电平中压变频器作为一个应用示例，任何设有使用IGBT的应用均旨在被包括在本公开的范围之内。
[0024]图1图示了根据本公开的实施例的使用多个IGBT单元的功率转换模块100的示意性电路拓扑图。应当理解的是，图1仅仅示出了多种IGBT应用中的一种应用，且仅用作说明的目的。本公开并不旨在对电路拓扑、结构、涉及或元器件的类型、数目等做出任何限定。
[0025]根据本公开的实施例，提供了一个功率转换模块100。该功率转换模块可以是在五电平中压变频器电路中使用的模块，并具有多个IGBT单元以及多个电容器从而构成变频器电路中的一部分。
[0026]如图所示，在电路图的左侧具有包括多个IGBT单元的第一组IGBT单元101，其进而包括四个第一子集111、112、113、114，每个第一子集可以包括若干IGBT单元(如图1所示，每个第一子集均可以包括两个IGBT单元或器件)。同时，在电路图的右侧可以具有包括多个IGBT单元的第二组IGBT单元102，其进而包括两个第二子集121、122，每个第二子集可以包括若干IGBT单元(如图1所示，每个第二子集均可以包括两个IGBT单元或器件)。
[0027]在图1所示的电路拓扑中，第一组IGBT单元101与第二组IGBT单元102 —起形成了例如为逆变器的功率转换模块中的一部分。第一子集中的每一个IGBT单元与第二子集中的每一个IGBT单元可以是完全相同规格的器件或模块。此外，同一个子集中的不同IGBT单元也可以是完全相同规格的器件或模块。然而因为这种特定的电路拓扑，第二子集121、122中的IGBT单元比起第一子集111、112、113、114中的IGBT单元而言会经受更高的开关频率和/或更长的接通时间和/或更大的电流，因此第二子集中的每个IGBT单元比起第一子集中的每个IGBT单元而言会产生更高的热量。
[0028]要留意的是，IGBT产生的热量至少可以由开关频率、接通时间和电流确定。本文所述的“经受更高的开关频率”指的是某或某些IGBT单元在相同的时间期间内具有比其它IGBT单元更多的开关次数(假定其它条件相同)。因为每次开关都会产生额外的热量，因此更多的开关次数会导致更高的热量。同时，本文所述的“经受更长的接通时间”指的是某或某些IGBT单元在相同的时间期间内的接通的总时间比其它IGBT单元的接通的总时间更长(假定其它条件相同)。因为相同时间段以内接通的总时间更长，累计产生的热量也会更多。此外，本文所述的“经受更大的电流”指的是流经某或某些IGBT单元的电流比流经其它IGBT单元的电流更大(假定其它条件相同)。
[0029]图2图示了根据图1的电路拓扑图的传统的IGBT单元的布置方式，即示出了功率转换模块200及其IGBT单元的布置方式。
[0030]如图所示，功率转换模块200具有一个热沉230。该热沉230可以被形成为矩形的金属板，并且使得所有的IGBT单元或器件被布置在该金属板的相同侧。在图2的示例中，第一组IGBT单元的第一子集211、212被布置在接近热沉230的左端处，而第一组IGBT单元的另外的第一子集213、214被布置在接近热沉230的右端处。此外，第二组IGBT单元的第二子集221、222被布置在热沉230的中间位置。如图所示，此外第二子集221中的IGBT单元与另一个第二子集222中的IGBT单元交错地排列。
[0031]在图2所示的示例中，第一组IGBT单元的第一子集211、212、213、214中的每个子集均包括三个以相同间距隔开的IGBT单元，而第二组IGBT单元的第二子集221、222中的每个IGBT单元同样包括三个以相同间距隔开的IGBT单元。在该示例中，第二组IGBT单元中的相邻的IGBT单元之间的间距的平均值与第一组IGBT单元中的相邻的IGBT单元之间的间距的平均值相似。因此，鉴于诸如图1所示的五电平中压变频器之类的特定拓扑结构，可以预期会有更多热量产生在第二组IGBT单元的位置。
[0032]如图2所示的传统的IGBT单元的布置方式的热量分布使得在该功率转换模块200操作时，最高的温度发生在热沉230中央位置的第二组IGBT单元附近。即使在第二组IGBT单元的第二子集221、222周围(如图2所示，上方和下方)仍然存在未被占用(即被浪费)的空间，这种传统的布置方式第二子集的IGBT单元仍然产生非常高的热量，而高热量可能导致IGBT单元或器件的使用寿命缩短或性能下降。
[0033]图3图示了根据本公开的实施例的根据图1的电路拓扑图的改进的IGBT单元的布置方式，即示出了功率转换模块300及其IGBT单元的布置方式。
[0034]如图所示，功率转换模