专利名称：大功率牵引变流器功率模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率牵引变流器，尤其涉及一种大功率牵引变流器中的功率模块。背景技术：
如今，中大功率变流器的应用场合越来越多。然而，目前大多数变流器大多存在各 种各样的问题。例如，因其内部的功率元件之间相互分立，从而导致元件之间的连线复杂、构造繁 琐，产品的装配和维修困难，而且系统的可靠性也随之降低。再比如，元器件间的布局不合理，导致功率器件和整个系统的散热效率不高。功率 器件在工作时是个巨大的热源，如不能及时的将它的热量带走，将会影响其它元器件的工作。本发明的目的在于设计一种结构紧凑简介，安装方便快捷，功率密度高的变流器 功率模块。它能有效地克服以上所列举的缺陷，用于紧凑简介的结构和外观，安装简便，客 观性高。能适用于轨道交通和电力系统等需要中大功率变流器的领域。
发明内容有鉴于此，本发明提供一种结构紧凑简洁、安装方便的大功率牵引变流器功率模 块。—种大功率牵引变流器功率模块，包括功率器件、功率器件驱动电路、功率器件驱 动电源、低感母排、散热板及模块框架，所述功率器件驱动电路驱动对应的所述功率器件， 所述功率器件驱动电源为所述功率器件驱动电路提供直流电源。所述功率器件均勻对称地 排布在所述散热板上，所述低感母排安装在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驱动 电路、功率器件驱动电源、低感母排及散热板收容在所述模块框架内。优选地，所述散热板与所述功率器件之间具有一层散热绝缘材料。优选地，所述功率器件驱动电路与对应的所述功率器件直接相连。优选地，所述功率模块包括直流端子和交流端子，所述电连接器与所述直流端子 连接。优选地，所述低感母排通过螺钉安装在所述功率器件上，所述低感母排由多层金 属板叠加合成，所述低感母排的各层金属板分别与所述直流端子或交流端子进行连接并与 特定的所述功率器件的端口形成通路。优选地，所述电连接器为卡簧式结构。优选地，所述功率模块还包括向所述功率模块外进行数字量报警的温度继电器， 所述温度继电器安装在所述散热板上。优选地，所述功率器件驱动电源的电源输入由电源分配盒提供，所述电源分配盒 将外部提供的一路电源转换为多路并对所述功率器件驱动电源进行供电。优选地，所述散热板为水冷式散热板，所述散热板采用轻质材料制成，其厚度小于或等于4cm。本发明采用合理化的结构布置将功率器件及其相关元器件组合成的功率模块，在 简化结构的同时也使安装和维修更加方便。
图1为本发明的较佳实施例大功率牵引变流器功率模块的截面示意图。图2为图1中的大功率牵引变流器功率模块的俯视示意图。
具体实施方式为了更好地理解本发明，以下将结合具体实例及附图对发明的实施方式进行详细 的说明。为了克服背景技术中所存在的问题，本发明提供一种模块化、高集成性及功率密 度的大功率牵引变流器功率模块。如图1中所示，该大功率牵引变流器功率模块包括若干 功率器件1、功率器件驱动电路2、功率器件驱动电源3、交流端子5、直流端子6、电连接器 7、低感母排8、温度继电器(图未示)及电源分配盒10，这些元器件合理地排布在模块框架 11内形成集成化模块。功率器件1的驱动单元由驱动电路2和驱动电源3组成。驱动电路2直接安装在 功率器件ι上，每个功率器件1均有自己独立的驱动电路2。驱动电源3统一安装在模块 的最外层。功率器件驱动电路2直接和功率器件1直接相连，门极驱动杂散电感极小，驱动 延时远小于传统的用导线引入驱动信号，抗干扰性强。驱动电路2用光纤与模块外部的控 制板进行通信，其中光纤会在功率模块的框架11上进行一次光纤转换，这样就可以仅对模 块框架11上的光纤端口进行操作，而内部的光纤连接在组装时就可以固化下来。驱动电路 11的驱动电源3在功率模块的顶端，与驱动电路2分离，两者之间由导线连接，驱动电源3 为驱动电路2提供高质量的直流电源。驱动电源3的电源输入由电源分配盒10提供，电源 分配盒10将外部提供的一路电源在电源分配盒10内转换为多路，并对每个驱动电源3进 行供电。在图示实施例中，功率器件1共四个(如图2中所示)。在其它可选实施例中，功 率器件1的数量并不仅限于四个，可以根据不同功率等级和不同器件选型来调整数目。功 率器件1根据散热板8的设计均勻对称的排列在散热板8上，在散热板8和功率器件1之 间有一层散热和绝缘材料(未标示)，用于增强散热效果和绝缘等级。电连接器6与功率模块的直流端子5连接，作为功率模块外的母线电容与低感母 排7进行连接的器件。电连接器6采用卡簧式结构，可以不用螺钉等紧固件而直接和外部 直流母线电源的端子连接。低感母排7通过螺钉安装在功率器件1上，低感母排7由多层金属板叠加合成。低 感母排7的各层金属板分别与直流端子5或交流端子4进行连接，并使之与合适的功率器 件1端口形成通路。低感母排7的第一直流母线端子和第二直流母线端子通过电连接器6 与外部的直流电源连接。低感母排7包括第一直流侧端子和第二直流侧端子。当功率模块 用作整流模块时，第一直流侧端子与第二直流侧端子连接并联的功率器件1，连接每个由功 率器件1组成的桥臂的中点，将交流电源整流成直流电源或反向交流电源回馈能量。当功率模块用作逆变模块时，第一直流侧端子与和第二直流侧端子连接每个由功率器件1组成 的桥臂的中点，将多个功率器件1进行组合可以得到不同相数和拓扑的电路，用于直流能 量的释放和将直流电源逆变为变压变频的交流电源。散热板8通过螺钉安装在矩形的模块框架11内，用于带走功率器件1工作所产生 的热量。散热板8为内部设有通道的水冷式散热板，具有两个端口(图未示)用于冷却液 的流入和流出，冷却液在冷却液通道中流动，冷却通道在散热板8内部蜿蜒曲折，可增加冷 却的面积。功率器件1通过散热材料与散热板8紧紧结合。散热板8内部通道是结合功率 器件1的布局在设定的，可以保证整个模块内功率器件1的工作状态一致性。水冷式散热 板8可用轻质材料制成，厚度不超过4cm，能有效进行热传导。温度继电器安装在散热板8上，可以向模块外部进行数字量的报警。通过以上功率模块的设计，将散乱排布的功率器件及相关元器件进行了整合，优 化了内部结构，提高了系统的可靠性，也使得产品的装配、维修更加容易。另一方面，上述功率模块充分利用了散热板对功率器件进行散热，使得功率器件 所产生的热量很快被带走，将对其它元器件的影响降低。此外，模块化设计后的功率模块通过伸出的电连接器与外界连接，使功率模块的 安装和拆卸大大简化。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
一种大功率牵引变流器功率模块，包括功率器件、功率器件驱动电路、功率器件驱动电源、低感母排、散热板及模块框架，所述功率器件驱动电路驱动对应的所述功率器件，所述功率器件驱动电源为所述功率器件驱动电路提供直流电源，其特征在于所述功率器件均匀对称地排布在所述散热板上，所述低感母排安装在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驱动电路、功率器件驱动电源、低感母排及散热板收容在所述模块框架内。
2.根据权利要求1所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述散热板与所 述功率器件之间具有一层散热绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述功率器件驱 动电路与对应的所述功率器件直接相连。
4.根据权利要求1所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述功率模块包 括直流端子和交流端子，所述电连接器与所述直流端子连接。
5.根据权利要求4所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述低感母排通 过螺钉安装在所述功率器件上，所述低感母排由多层金属板叠加合成，所述低感母排的各 层金属板分别与所述直流端子或交流端子进行连接并与特定的所述功率器件的端口形成 通路。
6.根据权利要求4所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述电连接器为 卡簧式结构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变流器功率模块，其特征在于所述功率模块 还包括向所述功率模块外进行数字量报警的温度继电器，所述温度继电器安装在所述散热 板上。
8.根据权利要求7所述的变流器功率模块，其特征在于所述功率器件驱动电源的电 源输入由电源分配盒提供，所述电源分配盒将外部提供的一路电源转换为多路并对所述功 率器件驱动电源进行供电。
9.根据权利要求8所述的大功率牵引变流器功率模块，其特征在于所述散热板为水 冷式散热板，所述散热板采用轻质材料制成，其厚度小于或等于4cm。
全文摘要
本发明提供一种大功率牵引变流器功率模块，包括功率器件、功率器件驱动电路、功率器件驱动电源、低感母排、散热板及模块框架，所述功率器件驱动电路驱动对应的所述功率器件，所述功率器件驱动电源为所述功率器件驱动电路提供直流电源。所述功率器件均匀对称地排布在所述散热板上，所述低感母排安装在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驱动电路、功率器件驱动电源、低感母排及散热板收容在所述模块框架内。本发明采用合理化的结构布置将功率器件及其相关元器件组合成的功率模块，在简化结构的同时也使安装和维修更加方便。
文档编号H02M7/66GK101951131SQ20101028674
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者孙得金, 段三丁, 王婷, 王建新, 陈贻堃 申请人:武汉正远铁路电气有限公司