专利名称：一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电力领域，具体涉及一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路。
背景技术：
变流器的主回路中不可避免的存在杂散电感，杂散电感会引起大功率电力电子功 率器件关断过程中产生较高的浪涌电压，根据不同情况需要加装相应的吸收电路。吸收电 路是用来吸收大功率电力电子功率器件关断浪涌电压和续流二极管反向恢复浪涌电压，由 无感吸收电容、吸收电阻(低电感)和快恢复二极管构成。在抑制大功率电力电子功率器 件关断浪涌电压的同时，吸收电容、吸收电阻都会产生大量的热量。在采用铁铬铝电阻带作 为吸收电阻时，吸收电阻产生的热量会有一大部分传导到相连接的吸收电容内部，加上吸 收电容自身的发热，长时间运行在高温状态可能会造成吸收电容的内部金属薄膜熔化，严 重时造成内部短路引起电容炸毁。因此，需要在不影响功率模块紧凑型结构的基础上设计 一种体积小的阻热器，这种阻热器既可以阻止吸收电阻热量传导到吸收电容，又可以辅助 吸收电容散热。典型的大功率电力电子功率器件缓冲电路有三种形式，如图1所示。图1(a)为单 只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率的电力电子功率器件，可以有效抑制浪 涌电压，电路成本低。该电路缺点是不适用于负载为并联谐振的装置。图1(b)为RCD构成 的吸收电路，适用于较大功率的电力电子功率器件，该电路抑制电力电子功率器件关断浪 涌电压效果好，抑制开通时的电力电子功率器件浪涌电压效果稍差一些。该电路缺点在于 吸收电路中的二极管增加了杂散电感。图1(c)适用于大功率的电力电子功率器件，功能类 似于图1(b)吸收电路，但电路电感更小，若同时配合使用图1(a)吸收电路，还能减小二极 管的应力，使吸收效果更好。缺点是吸收电路复杂，成本较高。本发明的是阻热器在大功率电力电子功率器件吸收电路中的使用，吸收电路运 行过程中，阻热器可以有效阻止吸收电阻产生的热量传导至吸收电容，又可以辅助吸收电 容散热，同时阻热器比铝壳电阻的散热器成本低、体积小、不影响功率模块的紧凑型结构设 计，阻热器的结构使其不但起到阻热作用而且具有良好的电气连接性能。阻热器的设计原理，阻热器在大功率电力电子功率器件吸收电路中的使用以及阻 热器的结构，在国内外未见到相关应用报道。
发明内容
本发明提供了一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路。阻热器在大功率电 力电子功率器件吸收电路中的使用，吸收电路运行过程中，阻热器可以有效阻止吸收电阻 产生的热量传导至吸收电容，又可以辅助吸收电容散热，同时阻热器比铝壳电阻的散热器 成本低、体积小、不影响功率模块的紧凑型结构设计，阻热器的结构使其不但起到阻热作用 而且具有良好的电气连接性能。
本发明的一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路，包括大功率电力电子 器件、吸收电阻、吸收电容和阻热器，所述吸收电阻采用分裂式安装方式，在吸收电容的两 端分别串联两个吸收电阻，在吸收电容与每个吸收电阻之间分别串联阻热器；所述阻热器具有散热面和底面，在散热面上加工有平行的散热沟槽；所述阻热器安装时散热面朝外，底面与吸收电容接触，阻热器的散热面具有的散 热沟槽与该吸收电路的散热通道平行，可通过散热风扇将阻热器的热量带走。其中，对于阻热器的特性具有以下要求a)具有良好的热传导特性；b)阻止吸收电阻的热量传导到吸收电容；c)辅助吸收电容散热；d)阻热器在吸收电容与吸收电阻之间起到物理连接同时还有电气连接作用，具有 良好的导电特性。其中，阻热器的材料要选用导热系数高、电导率高的金属，热量传递的大小同材料 的导热系数、传热面积成正比，同距离成反比。其中，所述阻热器由铜、铝或铝合金制成。其中，阻热器的形状及结构可根据阻热器设计原理结合吸收电路的情况进行来确定。其中，所述阻热器的整体形状为高度h、半径r的圆柱形；在散热面上加工深度为 d、宽度为W、齿宽为t的平行的散热沟槽；散热面中央保留半径为rl的圆形平台，圆形平台 中心加工半径为r2的通孔；阻热器的底面加工为光滑平面，阻热器的底面厚度为h-d。其中，所述圆形平台和阻热器的底面的表面粗糙度为3. 0-4。本发明技术方案的有益效果是本发明的阻热器在大功率电力电子功率器件吸收电路中的使用，在试验中取得了 良好的效果。本项技术的成功开发，解决了吸收电容的散热，有效阻止了吸收电阻向吸收电 容的热量传导，同时也解决了传统风冷散热器体积较大、成本较高的问题，对于今后功率器 件模块化和紧凑型设计具有重要意义。本发明还具有如下的优点(1)有效阻止了吸收电阻热量向吸收电容的传导；(2)解决了吸收电容的散热；(3)减小了吸收电路散热器的体积；(4)降低了吸收电路散热器成本；(5)阻热器在阻热作用的同时具有良好的电气连接。
为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式
的描述，下面给出与 本发明相关的
如下图1示出的是典型IGBT吸收电路图；图2示出的是本发明的RC吸收电路；图3示出的是阻热器安装位置；图4示出的是阻热器结构；
图5示出的是阻热器安装连接示意图；其中1-大功率电力电子器件，2-吸收电阻，3-阻热器，4-吸收电容，5-散热面， 6-底面。
具体实施例方式典型的大功率电力电子功率器件缓冲电路有三种形式，如图1所示。图1(a)为单 只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率的电力电子功率器件，可以有效抑制浪 涌电压，电路成本低。该电路缺点是不适用于负载为并联谐振的装置。图1(b)为RCD构成 的吸收电路，适用于较大功率的电力电子功率器件，该电路抑制电力电子功率器件关断浪 涌电压效果好，抑制开通时的电力电子功率器件浪涌电压效果稍差一些。该电路缺点在于 吸收电路中的二极管增加了杂散电感。图1(c)适用于大功率的电力电子功率器件，功能类 似于图1(b)吸收电路，但电路电感更小，若同时配合使用图1(a)吸收电路，还能减小二极 管的应力，使吸收效果更好。缺点是吸收电路复杂，成本较高。本发明中所采用的吸收电路为RC吸收电路，如图2所示。RC吸收电路的结构简 单，关断浪涌电压抑制效果好，电路成本低，该结构吸收电路在应用于大功率的电力电子功 率器件时，必须使吸收电阻值很小。2.阻热器设计要求采用铝壳电阻作为吸收电阻会严重影响功率模块的紧凑型设计，增加生产成本。 采用铁铬铝电阻带作为吸收电阻时可以避免以上问题，但是铁铬铝吸收电阻产生的热量会 有一大部分传导到连接的吸收电容，长时间运行在高温状态会造成吸收电容损坏。因此，需要在不影响功率模块紧凑型结构的基础上设计一种体积较小的阻热器3 安装在吸收电容4与吸收电阻2之间，吸收电阻与大功率电力电子器件1相连。阻热器安 装位置如图3所示，对于阻热器的功能具有以下要求a)具有良好的热传导特性；b)阻止吸收电阻的热量传导到吸收电容；c)辅助吸收电容散热；d)阻热器在吸收电容与吸收电阻之间起到物理连接同时还有电气连接作用，要求 其具有良好的导电特性；3.阻热器设计原理由导热基本定律可知，在导热现象中，热量传递的方向与温度升高的方向相反，即 热量传递的方向指向温度降低的方向。因此，运行过程中要使阻热器温度低于吸收电容与 吸收电阻，这样吸收电路中各元器件产生的大部分热量才会传递至阻热器；吸收电阻的大 部分热量会传导至阻热器，阻热器通过与空气进行热交换，阻止热量传导至吸收电容；同 样，吸收电容的热量快速传导至阻热器，阻热器将这部分热量也与空气或液体进行热交换， 达到辅助吸收电容散热的目的；阻热器的材料要选用导热系数高、电导率高的金属。阻热器的形状及结构可根据阻热器设计原理结合吸收电路的情况进行来确定。4.阻热器材料的选用热量传递的大小同材料的导热系数、传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数 越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。热传导的基本公式为
权利要求
1.一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路，包括大功率电力电子器件、吸收 电阻、吸收电容和阻热器，其特征在于所述吸收电阻采用分裂式安装方式，在吸收电容的两端分别串联两个吸收电阻，在吸 收电容与每个吸收电阻之间分别串联阻热器；所述阻热器具有散热面和底面，在散热面上加工有平行的散热沟槽；所述阻热器安装时散热面朝外，底面与吸收电容接触，阻热器的散热面具有的散热沟 槽与该吸收电路的散热通道平行，可通过散热风扇将阻热器的热量带走。
2.如权利要求1所述的吸收电路，其特征在于对于阻热器的特性具有以下要求a)具有良好的热传导特性；b)阻止吸收电阻的热量传导到吸收电容；c)辅助吸收电容散热；d)阻热器在吸收电容与吸收电阻之间起到物理连接同时还有电气连接作用，具有良好 的导电特性。
3.如权利要求2所述的吸收电路，其特征在于阻热器的材料要选用导热系数高、电导 率高的金属，热量传递的大小同材料的导热系数、传热面积成正比，同距离成反比。
4.如权利要求3所述的吸收电路，其特征在于所述阻热器由铜、铝或铝合金制成。
5.如权利要求4所述的吸收电路，其特征在于阻热器的形状及结构可根据阻热器设 计原理结合吸收电路的情况来确定。
6.如权利要求5所述的吸收电路，其特征在于所述阻热器的整体形状为高度h、半径r的圆柱形；在散热面上加工深度为d、宽度为 w、齿宽为t的平行的散热沟槽；散热面中央保留半径为rl的圆形平台，圆形平台中心加工 半径为r2的通孔；阻热器的底面加工为光滑平面，阻热器的底面厚度为h-d。
7.如权利要求1-6任一所述的吸收电路，其特征在于所述圆形平台和阻热器的底面 的表面粗糙度为3. 0-4。
全文摘要
本发明属于电子电力领域，具体涉及一种用于大功率电力电子功率器件的吸收电路。吸收电阻采用分裂式安装方式，在吸收电容的两端分别串联两个吸收电阻，在吸收电容与每个吸收电阻之间分别串联阻热器。解决了吸收电容的散热，有效阻止了吸收电阻向吸收电容的热量传导，同时也解决了传统风冷散热器体积较大、成本较高的问题，对于今后功率器件模块化和紧凑型设计具有重要意义。
文档编号H02M1/00GK102097920SQ20101053801
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者杨武帝, 王轩, 袁蒙, 赵波, 邓占锋, 韩天绪 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司