一种新能源车逆变器用均流母排的制作方法

本发明涉及一种母排结构，尤其是一种新能源车逆变器用均流母排。

背景技术：

随着电力电子技术的发展及大规模应用，市场对大功率电子装置的需求不断增加且对igbt的功率要求越来越高，由于受半导体功率器件自身性能、生产制造工艺及成本的限制，单个igbt模块的输出参数往往不能满足要求，通常采用多个igbt模块并联组合构成更高电流密度功率模块的方法来提高电力电子装置的功率等级，此方案不仅可提供所需的输出参数，且具有热分布均匀、布局灵活及性价比较高等优势，是当前应用的主流方案。但该方案也存在一定的缺陷，多igbt模块并联存在电流分配不均现象，各路不均流电流会导致各模块载荷有差异，有些模块负荷过轻，有些模块负荷过重，从而降低igbt模块的可靠性及系统的稳定性，大大降低igbt模块自身寿命，严重时造成模块及装置损坏。多igbt模块并联不均流的主要原因如下，1.各igbt模块自身参数不一致；2.各igbt模块接收驱动信号不同步；3.和igbt模块直接关联的交流、直流铜排阻抗参数不一致。其中，各igbt模块自身参数不一致问题，无法从根本上解决，只能尽量保证接近，具体措施是优选同一型号同一批次产品，再对模块进行检测筛选，选择出参数差异在允许范围内的产品。针对各igbt模块接收驱动信号不同步的问题，最好选用驱动能力强的驱动器，用同一驱动信号同时驱动各并联模块，并尽量保证驱动信号传递路径到各模块距离接近。此两种因素难以在以上措施的基础上通过其他措施进一步改进均流效果，因此本专利重点围绕改进和igbt模块直接关联的交流、直流铜排阻抗参数来实现均流。

专利cn104242605a(发明名称：均流母排)该发明公开了一种均流母排，用于一变流器，包括：直流母排，连接至变流器的直流端和该变流器中的各功率模组的正极端子和负极端子；交流母排,连接至该变流器中的各功率模组的交流端子和一负载；其中，当变流器工作时，该直流母排在该直流端与该变流器的一个功率模组的正极端子或负极端子之间产生的电感和该交流母排在该负载与该功率模组的交流端子之间产生的电感之和等效于该直流母排在该直流端与该变流器的其它功率模组的正极端子或负极端子之间产生的电感和该交流母排在该负载与其它功率模组的交流端子之间产生的电感之和。该方案仅考虑电感的因素，没有考虑电阻导致的影响，比较片面。另外该方案适用于半桥模块及半桥模块间的电流均流母排设计，难以应用在较常见的新能源车用三相全桥模块间并联均流。

专利cn203135694u(发明名称：一种igbt模块并联输出均流结构)该发明提供一种igbt模块并联输出均流结构，所述结构包括4个并联支路，所述并联支路具有相同的尺寸，分别连接各并联igbt模块；4条并联支路两两并联后再经过并联后实现均流输出。本实用新型的有益效果是整个并联输出均流结构由一块铜板加工而成，结构紧凑，最大限度利用了铜板的面积，有效降低了生产加工过程中的材料损耗；同时并联支路还可以穿入电流传感器或者磁环，方便测量调整均流效果，具有试验和生产应用价值。该方案适用于逆变器总成空间要求较为宽松的多半桥模块并联或者单个集成的三相全桥功率模块各工作单元间的电流均流，但该结构不适合逆变器空间较为紧凑的情形，另外，该结构只能应用于直流侧，未考虑交流侧情况。

专利cn107733246a(发明名称：均流式并联igbt模块组件)本发明提供一种均流式并联igbt模块组件，其包括：散热器，其具有正面和背面；多个igbt模块，与适配板配对使用并一字排列固定安装在散热器的正面上；并联铜排，其安置在所述多个igbt模块之上，并与多个igbt模块中处于中间位置的一个或多个igbt模块的交流端固定连接；交流输出铜排，其搭接在并联铜排的上方，并将交流输出铜排的两端与并联铜排的两端固定连接，同时将多个igbt模块中处于外侧的模块的交流输出端与交流输出铜排的两端分别短接，其中交流输出铜排的中部不与并联铜排的中部接触，并具有间隙，以使得并联铜排上流过的电流与交流输出铜排上流过的电流在水平方向上重合，但流向相反。该发明主要应用于同侧布置的多功率模块并联电流均流，不能适用于异侧布置情况，且无法应用于单个集成的三相全桥功率模块内部各工作单元间的电流均流，不能对各并联支路电流进行测量，难以判断均流效果。

专利cn203014662u(一种并联均流电路及逆变器)该发明提供一种并联均流电路，其包括多个并联的功率单元和分别与之相连的多个交流输出铜排，所述功率单元和交流输出铜排的数量相等，所述多个交流输出铜排并联后形成一路交流输出，其中，所述并联均流电路还包括多个磁性单元，每个磁性单元均安装在一个交流输出铜排上，以增加该安装有磁性单元的交流输出铜排的阻抗值，并使得各个交流输出铜排的阻抗值均相等。该发明采用增加辅助元器件(限流环)的方法实际实现较为困难，且多只igbt模块并联时设计安装均较为复杂，流经单个igbt模块的电流较大时，限流环的体积也会随之增大，显著增加了系统成本和加工制造难度。

现有技术多围绕独立的半桥模块间均流设计，缺乏三相全桥集成式模块间并联设计解决方案，很少从系统层面整体考虑整体均流效果，难以对各并联支路电流进行测量，难以判断均流效果，无法可靠地应用于试验和生产。

技术实现要素：

为了克服现有技术中多模块并联电流均流性不好，设计复杂，支路电流不易检测，且成本较高，缺乏三相全桥集成式功率模块并联均流设计方案等问题，本发明提供一种从系统层面整体考虑整体均流效果，且结构简单紧凑，杂散电感较小，均流效果较佳，成本较低且可对各并联支路电流进行测量的多模块并联输出的母排均流结构。

本发明提供一种新能源车逆变器用均流母排，采用对称设置的直流母排总成和交流母排总成；直流母排总成包含直流正极母排和直流负极母排，直流正极母排连接逆变器的直流正极输入端和各功率模块的正极端子，直流负极母排连接逆变器的直流负极输入端和各功率模块的负极端子，直流正极母排和直流负极母排层叠布置；交流母排包括u相母排、v相母排、w相母排，u相母排连接逆变器中各功率模块u相输出端子和负载的u相输入端子，v相母排连接逆变器中各功率模块v相输出端子和负载的v相输入端子，w相母排连接逆变器中各功率模块w相输出端子和负载的w相输入端子。该集成式母排从系统层面综合考虑直流侧和交流侧母排影响、各并联模块之间以及集成的三相全桥功率模块内部各工作单元间电流均流效果影响。同时可对各并联支路电流进行测量，对比试验和仿真分析结果，局部调整母排阻抗参数，进一步改善均流效果，可以可靠地应用于实际生产。

所述直流正极母排包括正极输入端子、正极母排总线及多个正极输出端子，直流电通过正极母排总线分流，分别经过各自的连接结构传递至对应的正极输出端子；所述直流负极母排包括负极输入端子、负极母排总线及多个负极输出端子，直流电通过负极母排总线分流，分别经过各自的连接结构传递至对应的负极输出端子；各正极输出端子与正极母排总线间的连接结构和对应位置的各负极输出端子与负极母排总线间的连接结构对应位置采用层叠结构；正极母排总线和负极母排总线为层叠结构。

所述功率模块可以是集成的三相全桥功率模块也可以是三相半桥模块。

所述功率模块放置方式为背置式放置方式。

所述直流母排可以是独立结构的导电金属排，也可以是内置于母线电容与母线电容集成一体的导电金属排。

所述直流母排的正极母排和负极母排除与功率模块正、负极端子接触部分的端子外，其余部分均进行层叠布置，最大程度减小直流母排的杂散电感。

所述直流正极母排两侧对称的伸出接线端子用于与各并联功率模块同名正极端子连接。

所述直流正极母排两侧对称的伸出接线端子数量由并联功率模块的数量及种类决定。

所述直流负极母排两侧对称的伸出接线端子用于与各并联功率模块同名负极端子连接。

所述直流负极母排两侧对称的伸出接线端子数量由并联功率模块的数量及种类决定。

所述直流母排正负极母排间由绝缘介质隔绝。

所述交流母排的每一相母排可以为单一结构的导电金属排，也可以为多个独立金属排结构拼装一体的组合结构。

所述交流母排的每一相母排应有多个位置对称的连接端子，该连接端子的数量由并联功率模块的数量决定。

所述交流母排的每一相母排应有一段距离可穿入电流传感器或其他可测电流装置。

所述交流母排各相母排结构相同或相近。

本发明的工作原理是，当逆变器工作时，以并联模块的某一工作单元为例说明，直流母排在逆变器直流端与该模块的某一工作单元正极端子和负极端子以及该工作单元交流端子与负载对应的交流端子间阻抗之和等效于其他模块的该工作单元正、负极端子与逆变器直流端连接的直流母排以及该工作单元交流端子与负载对应的交流端子间阻抗之和。

本发明的积极效果是，提供一种结构简单紧凑，杂散电感较小，可对各并联支路电流进行测量，可靠地应用于试验和生产，从系统层面进行各并联模块之间及集成的三相全桥功率模块内部各工作单元间考虑电流均流的一种均流效果较佳的母排结构方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明均流母排方案的等效电路原理图；

图2为本发明实施例逆变器电流系统结构图示意图；

图3为本发明实施例逆变器电流系统爆炸图示意图；

图4为直流母排总成结构示意图；

图5为直流正极母排结构示意图；

图6为直流负极母排结构示意图；

图7为一种单一载体交流母排结构示意图；

图8为另一种组合交流母排结构示意图；

图9为组合交流母排中某一段交流母排结构示意图。

图中：

1为功率模块电路一，2为功率模块电路二，z1-z6为各段电路等效阻抗值，c为直流母线电容，100为逆变器电流系统结构，101为电流传感器，102为第一集成式三相全桥功率模块，103为第二集成式三相全桥功率模块，110为直流母排总成，120为正极母排，121-a为a侧正极输出端子一，122-a为a侧正极输出端子二，123-a为a侧正极输出端子三，121-b为b侧正极输出端子一，122-b为b侧正极输出端子二，123-b为b侧正极输出端子三，124-a为a侧正极输出端子一与正极母排总线间连接结构，125-a为a侧正极输出端子二与正极母排总线间连接结构，126-a为a侧正极输出端子三与正极母排总线间连接结构，124-b为b侧正极输出端子一与正极母排总线间连接结构，125-b为b侧正极输出端子二与正极母排总线间连接结构，126-b为b侧正极输出端子三与正极母排总线间连接结构，127为正极输入端子，128为正极母排总线，130为负极母排，131-a为a侧负极母排输出端子一，132-a为a侧负极母排输出端子二，133-a为a侧负极母排输出端子三，131-b为b侧负极母排输出端子一，132-b为b侧负极母排输出端子二，133-b为b侧负极母排输出端子三，134-a为a侧负极输出端子一与负极母排总线间连接结构，135-a为a侧负极输出端子二与负极母排总线间连接结构，136-a为a侧负极输出端子三与负极母排总线间连接结构，134-b为b侧负极输出端子一与负极母排总线间连接结构，135-b为b侧负极输出端子二与负极母排总线间连接结构，136-b为b侧负极输出端子三与负极母排总线间连接结构，137为正极输入端子穿过孔，138为负极输入端子，139为负极母排总线，140为交流母排总成，140-1为交流母排u相，140-2为交流母排v相，140-3为交流母排w三相，141-a为a侧交流输出端子，141-b为b侧交流输出端子，142为电机交流电输入端子，150为交流母排结构，151为a侧交流输出端子，152为b侧交流输出端子。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

新能源车用逆变器均流母排，采用对称设置的直、交流母排，包括直流母排总成110和交流母排总成140，其中，直流母排总成110包含直流正极母排120和直流负极母排130，直流电经过直流母线电容c稳压滤波处理后经过直流母排总成正极输入端子127、负极输入端子138进入直流母排总成的正极母排总线128和负极母排总线139，正极母排总线128和负极母排总线139为层叠结构，以削弱杂散电感带来的不利影响。直流电通过正极母排总线128分流，分别经过a侧正极输出端子一121-a和正极母排总线128间连接结构124-a、a侧正极输出端子二122-a和正极母排总线128间连接结构125-a、a侧正极输出端子三123-a和正极母排总线128间连接结构126-a、b侧正极输出端子一121-b和正极母排总线128间连接结构124-b、b侧正极输出端子二122-b和正极母排总线128间连接结构125-b、b侧正极输出端子三和正极母排总线128间连接结构126-b分别传递到a侧正极输出端子121-a、122-a、123-a和b侧正极输出端子121-b、122-b、123-b；直流电通过负极母排总线139分流，分别经过a侧负极母排输出端子一131-a和负极母排总线139间连接结构134-a，a侧负极母排输出端子二132-a和负极母排总线139间连接结构135-a，a侧负极母排输出端子三133-a和负极母排总线139间连接结构136-a，b侧负极母排输出端子一131-b和负极母排总线139间连接结构134-b，b侧负极母排输出端子二132-b和负极母排总线139间连接结构135-b，b侧负极母排输出端子三133-b和负极母排总线139间连接结构136-b传递到a侧负极母排输出端子131-a、132-a、133-a和b侧负极母排输出端子131-b、132-b、133-b，其中正极输出端子与正极母排总线128间连接结构124-a、125-a、126-a、124-b、125-b、126-b和负极输出端子与负极母排总线139间连接结构134-a、135-a、136-a、134-b、135-b、136-b对应位置同样采用层叠结构进一步削弱产生的杂散电感。直流电再通过a侧正极输出端子和a侧负极输出端子分别将直流电传递到a侧功率模块102直流侧；直流电通过b侧正极输出端子和b侧负极输出端子分别将直流电传递到b侧功率模块103直流侧。直流电经功率模块102和功率模块103逆变成交流电，交流母排总成140的三相交流母排结构140-1、140-2、140-3为保证各相阻抗相同，采用同一种结构，以其中u相交流母排结构为例，功率模块102和功率模块103输出u相交流电分别通过u相交流母排140-1的a侧交流输入端子和b侧交流输入端子汇流后传递到电机交流电输入端子142，经过电机交流电输入端子142最终传递到电机中进行工作。原理如图1所示，即z1+z2+z3＝z4+z5+z6，其中z1～z4为直流侧等效阻抗值，z3、z6为交流侧等效阻抗值，因交流母排总成各相采用完全相同结构，可默认z3＝z6，即要求满足z1+z2＝z4+z5即可。当均流要求不是非常严格时，直流侧采用层叠近似对称结构可基本满足，当均流要求比较严格时，可在直流母排适当位置进行处理局部打孔或其他方式，具体位置可通过仿真和试验进行确定。

其中，可以在交流母排总成各相交流母排140-1、140-2、140-3的141-a、141-b位置或者141-a、142位置或者141-b、142位置放置需要的电流传感器以检测各相均流情况。

实施例2

实施原理及除交流母排外部分均同实施例1，考虑当电流较大的情形，交流母排用一集成母排结构会导致母排较厚，连接时如工艺处理不佳，仅靠连接力无法使结合面紧密贴合，从而导致线接触，局部接触电阻过大而引起局部过热，图8为一种拼装组合的对称母排，由图9所示的完全相同的两母排构成，在汇流后电流一定的情况下，图8导电铜排与实施例1中图7载流能力相同，导电铜排151、152在保证需求的载流能力前提下可以厚度可以大大降低，在受到局部压力时变形能力更强，补偿变形后保证与被连接面贴合更加紧密，从而保证电连接处连接可靠。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。