功率单元模块的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地讲，涉及一种空间布局合理、拆装方便且散热增强的功率单元模块。

背景技术：

随着电力电子技术的快速发展，出现了各种电力电子变换装置，而针对不同的电力电子装置，需要设置不同功率等级、大小或型式的功率单元模块，来满足差异化多元化的应用要求，由此使得功率单元模块研制周期长、成本高、使用不灵活，限制电力电子领域的发展。

在电力电子装置的机柜中，通常将功率开关元件(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))、电源支撑部件、控制电路、保护电路、传感电路等相关部分沿着机柜的高度方向布置在散热器的上表面或下表面，这使得散热器散热能力受限，并且目前用于功率单元模块的常见散热方式为水冷散热和风冷散热，其中，水冷散热效率高，可以达到更高的散热性能，但结构复杂，成本高，而风冷散热器结构简单，维修方便，但风冷因散热能力有限或风冷散热器体积限制，只能满足一定的散热需求，无法满足日益提高的模块单元功率密度要求。

另外，对于功率开关元件、电源支撑部件、控制电路、保护电路、传感电路等，通常根据特定的电力电子装置的需求而对它们进行整体设计，并在安装时进行整体安装，使得工序和装配时间都比较长，维修时需要拆掉所有的器件，造成维护的不便。

为了使功率单元模块组装便捷、空间利用合理且能够最大程度地散热，有必要提供一种优化配置的功率单元模块并为其提供更有效地散热。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种空间布局合理、拆装方便且散热增强的功率单元模块。

根据本实用新型的一方面，提供一种功率单元模块，所述功率单元模块可包括：第一模块化结构，可包括直流进线母排、与所述直流进线母排电连接的叠层母排以及与所述叠层母排电连接的电容组；第二模块化结构，可包括IGBT模块和散热器，所述IGBT模块可布置在所述散热器的侧壁上，其中，所述第一模块化结构与所述第二模块化结构(200)可在水平方向上并排布置，并且所述第一模块化结构可以可拆卸地连接到所述第二模块化结构。

可选地，所述电容组与所述IGBT模块可平行地布置。

可选地，所述叠层母排可水平地布置，所述电容组可安装在所述叠层母排上并与所述叠层母排垂直；并且/或者，所述直流进线母排可从所述叠层母排的一端向下竖直地延伸。

可选地，所述IGBT模块可竖直地固定布置在所述散热器的侧壁上；并且/或者，所述IGBT模块可通过铜排连接到均流电感器，所述铜排可沿竖直方向向下延伸。

可选地，所述直流进线母排的电输入端向下延伸超出支撑所述电容组的托板的底表面，所述铜排的电输出端向下延伸超出支撑所述IGBT模块和所述散热器的支架的底表面，所述托板设置在所述支架上。

可选地，所述叠层母排上的第一连接端与设置在所述IGBT模块上的第二连接端螺纹连接或插接连接。

可选地，所述散热器可以为相变热管散热器。

可选地，在所述IGBT模块和所述散热器之间可设置有相变导热绝缘元件。

可选地，所述第二模块化结构还可包括连接到所述IGBT模块的驱动板，所述驱动板用于控制IGBT模块的通断。

本实用新型通过使包括直流支撑电容的第一模块化结构与包括IGBT模块和散热器的第二模块化结构进行可拆卸地连接，使得第一模块化结构中的各个组件和第二模块化结构中的各个组件可通过独立安装后再组合在一起，方便进行安装和维护。

本实用新型通过将第一模块化结构和第二模块化结构进行水平化布置，使得对于高度方向比较紧张的机柜来说，可以节省高度上的空间。

本实用新型通过将功率单元模块中产热较多的IGBT模块设置在散热器的侧壁上，减小通过散热器的空气风阻，增加散热风量，从而增强散热器的散热能力；可以将散热器独立地设置于风道中，构成密闭风道，进一步增强散热；通过使用相变热管散热器，传热介质在发生相变时要吸收大量热量，从而通过简单构造的散热器即可取得显著的散热效果。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本实用新型的实施例的第一模块化结构的示意图；

图2是示出根据本实用新型的实施例的第二模块化结构的示意图；

图3是示出根据本实用新型的实施例的包括组装后的第一模块化结构和第二模块化结构的功率单元模块的示意图；以及

图4是示出根据本实用新型的实施例的IGBT模块的示意图。

具体实施方式

在下文中参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本实用新型的范围充分地传达给本领域人员。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1示出了包含在根据本实用新型的功率单元模块中的示例性第一模块化结构100，第一模块化结构100可以是为功率单元模块提供直流输入和支撑的模块化结构，第一模块化结构100可包括直流进线母排110和120，所述直流进线母排110和120分别可以是直流正母排和直流负母排，直流进线母排110、120可通过叠层母排140连接到直流支撑电容组130，直流支撑电容组130用于支撑直流母线电压并提供纹波电流，如图1中所示，叠层母排140可水平地设置，直流进线母排110、120可在叠层母排140的一侧处连接到叠层母排140并且可从叠层母排140的一侧向下竖直地延伸，电容组130可垂直于叠层母排140设置并由托板160支撑，在一个实施例中，电容组130可以采用薄膜电容，可根据特定的电力电子装置的需求来确定电容组的尺寸、容量、电压等级等。在叠层母排140上可设置有用于卸放电容电荷的电阻150。

图2示出了包含在根据本实用新型的功率单元模块中的示例性第二模块化结构200，第二模块化结构200可包括IGBT模块210，IGBT模块210上可固定有驱动板212，用于控制功率回路导通和关断以逆变或可控整流，虽然图2中示出为具有三个IGBT，但IGBT的数量可根据特定应用而改变。第二模块化结构200还可包括散热器310。如图2所示，IGBT模块210固定在散热器310的一个侧壁311上，侧壁311可以是平行于电力电子装置(例如，变流器)的机柜的竖直方向的侧壁，优选地，IGBT模块210竖直地固定在散热器310的侧壁311上。IGBT模块210可通过铜排220连接到均流电感器250，铜排220可沿竖直方向向下延伸，铜排220上还可设置有电流传感器230，用于感测输出电流，如图1至图4所示，还可设置有电压传感器(未示出)。IGBT模块210和散热器310可以由支架240支撑。

在根据本实用新型的功率单元模块，第一模块化结构100和第二模块化结构200可以进行可拆卸地连接。在功率单元模块的组装过程中，可通过使设置在叠层母排140上的第一连接端141与设置在IGBT模块上的第二连接端211进行可拆卸地连接而将第一模块化结构100可拆卸地连接到第二模块化结构200。图3示出了第一模块化结构100和第二模块化结构200组装后形成的功率单元模块。在一个实施例中，在对第一模块化结构100和第二模块化结构200组装时，可通过将设置在叠层母排140上的第一连接端141与设置在IGBT模块上的第二连接端211进行螺纹连接，来将第一模块化结构100与第二模块化结构200进行快速组装或分离。在另一实施例中，可通过将设置在叠层母排140上的第一连接端141与设置在IGBT模块上的第二连接端211进行插接连接，来将第一模块化结构100与第二模块化结构200进行快速组装或分离。螺纹连接和插接连接仅为示例，本实用新型还可以使用其它适合的可拆卸连接方式将第一模块化结构100与第二模块化结构200进行可拆卸地连接，以提高组装和维修性能。

如图3所示，可使第一模块化结构100与第二模块化结构200在水平方向上并排布置，在组装完成的功率单元模块中，IGBT模块210可以与电容组130平行地布置，并且，直流进线母排110、120的电输入端111，121和铜排220的电输出端221、222、223均位于功率单元模块的底部，在本实用新型的实施例中，如图1所示，直流进线母排110、120的电输入端111、121向下延伸超出支撑电容组130的托板160的底表面，并且如图2和图4所示，铜排220的电输出端221、222、223向下延伸超出支撑IGBT模块210和散热器310的支架240的底表面，并且在组装过程中，使托板160设置在支架240上。这样的构造可促进功率单元模块的电缆布置并使得功率单元模块便于与机柜中的其它组件进行连接。此外，在组装完成的功率单元模块中，IGBT模块210与第二模块化结构200均位于散热器310的一侧，设置在机柜上的风扇350可促使空气竖直地流过散热器，这与传统地将组件设置在散热器的上表面或下表面相比，可显著地减小通过散热器的空气风阻，并增加通过散热器的风量，从而显著地增强散热器的散热能力。并且，通过使IGBT模块210与第二模块化结构200均位于散热器310的一侧，还可以将散热器310单独地放置于机柜的风道中，并构成密闭风道，从而增强散热能力。

通过将第一模块化结构100与第二模块化结构200进行水平布置，还可以充分利用IGBT模块210的前部空间，并且可使功率单元模块的总高度仅为直流支撑电容组130的高度加上一部分散热器的高度，对于高度方向比较紧张的柜体，可以充分节省高度的空间。另外，通过对功率单元模块进行水平设置，还可使散热器内部的工作介质处于合理的存储形式，有利于长期工作的可靠性。此外，通过对功率单元模块进行水平设置，还有助于安装和运输。

优选地，用于冷却功率单元模块的散热器310可以为相变热管散热器，并且优选地在IGBT模块210和散热器310之间设置相变导热绝缘元件。在功率单元模块的工作过程中，IGBT模块的开关通断会产生热量，填充在相变热管散热器的工作区域中的液体工质(优选地，液体工质具有较低的沸点)吸收来自IGBT模块的热量而汽化，汽化后工质通过相变热管散热器内部的热管道朝向远离侧壁311的一侧传递，在此期间，通过风扇350迫使穿过相变热管散热器的冷却空气与汽化后工质进行热交换，使工质液化并回流至侧壁311处继续冷却IGBT模块。设置在IGBT模块210和散热器310之间的相变导热绝缘元件在高温情况下发生形态变化，减小IGBT模块与散热器之间的导热元件厚度，并均匀地填充IGBT模块与散热器之间的空隙，从而降低IGBT模块与散热器之间的热阻，提高导热效率。

通过上述构造，本实用新型使得功率单元模块中的各个组件通过独立安装后再组合在一起，方便进行安装和维护；通过将第一模块化结构和第二模块化结构进行水平化布置，可以节省高度上的空间；通过将IGBT模块和直流进线以及直流支撑电容部分设置在散热器的一侧，可有效地减小通过散热器的空气风阻，增加散热风量，从而增强散热器的散热能力，并且通过使用相变热管散热器，使得通过使用简单构造的散热器即可取得显著的散热效果。

虽然已经显示和描述了示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。