带过压吸收的组合水冷功率装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成有多个IGBT器件的功率单元，具体为带过压吸收的组合水冷功率装置。
【背景技术】
[0002]随着电力电子变流技术的发展，采用大功率IGBT为开关元件的变流器应用日益广泛，为了方便主电路的维护，将一种主电路的多个IGBT器件进行安装集成，形成独立的功率装置，主要功能包括主电路的连接、器件的开关控制和散热，这种模式的应用有利于功率装置的标准化，有利于维护和更换。
[0003]现有的功率装置在结构上不独立，如四象限整流和三相逆变电路分散布置、没有组合，或IGBT开关电路未设置过压吸收电路，这样功率装置布局臃肿、占用空间大；IGBT关断反向电压高，功率器件容易损坏，功率装置可靠性差。另外现有的功率装置普遍使用强迫风冷散热模式，功率装置采用强迫风冷散热模式时，要达到同样的热阻，风冷散热器的体积和重量较大，而且需要配置散热风机，增加了系统的成本、并且加大了噪音。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的功率装置在结构上分散和采用强迫风冷散热模式而增加了系统的成本的问题，以及大电流关断造成的可靠性问题，提供了带过压吸收的组合水冷功率装置。
[0005]本发明是采用如下的技术方案实现的:带过压吸收的组合水冷功率装置，包括框架、水冷基板、复合母排和驱动板，框架底部焊接具有内螺纹的立柱，水冷基板紧固在框架底部的立柱上，该立柱上还支撑有交流端子，紧贴水冷基板的表面安装有七个半桥封装的IGBT，其中四个IGBT构成四象限整流电路，另外三个IGBT构成逆变电路，每个半桥封装的IGBT的直流端子间设置一个吸收电容，IGBT的上层安装有复合母排，复合母排的上层安装有驱动板，驱动板通过线束和IGBT的驱动端连接，复合母排的直流端子作为整流电路和逆变电路的直流端子。
[0006]本发明设计了一种带过压吸收的组合水冷功率装置，此功率装置将四象限整流电路和三相逆变电路组合起来，可以将输入单相交流电通过交一直一交的变换方式，输出为三相交流电，功率装置采用大功率的IGBT器件作为主电路开关元件，利用复合母排与外部直流支撑电容连接，在主电路上设置了用于IGBT关断过电压吸收的吸收电容，采用循环水对开关兀件进彳丁散热，实现了变流主电路的尚度集成，并提尚了功率变换电路的可靠性。
[0007]本发明技术方案带来的有益效果是:1)采用模块化设计，将单相的并联双管整流电路和三相逆变电路集成在一起，节省空间，便于维护更换，降低维护成本；2)采用复合母排和吸收电容，提高主电路的可靠性，减小因故障造成的运营损失和维修成本；3 )采用水冷散热、提高散热效率，减小体积和重量。
【附图说明】
[0008]图1为功率装置的原理框图。
[0009]图2为本发明的总体结构示意图。
[0010]图3为吸收电容的安装位置结构示意图。
[0011]图中:1_框架，2-水冷基板，3-复合母排，4-驱动板，5-交流端子，6-吸收电容，7-直流端子，8-1GBT。
【具体实施方式】
[0012]带过压吸收的组合水冷功率装置，包括框架1、水冷基板2、复合母排3和驱动板4，框架I底部焊接具有内螺纹的立柱，水冷基板2紧固在框架底部的立柱上，该立柱上还支撑有交流端子5，紧贴水冷基板的表面安装有七个半桥封装的IGBT8，其中四个IGBT构成四象限整流电路，另外三个IGBT构成逆变电路，每个半桥封装的IGBT的直流端子间设置一个吸收电容6，IGBT的上层安装有复合母排3，复合母排3的上层安装有驱动板4，驱动板4通过线束和IGBT的驱动端连接，复合母排3的直流端子7作为整流电路和逆变电路的直流端子，与外部的直流回路支撑电容连接。
[0013]本发明将四象限整流电路和三相逆变电路、驱动电路、电容吸收电路集成在一个功率装置上，电路功能及原理图如图1所示，其中:V1?V7为半桥封装IGBT，V1&V2并联，V3&V4并联分别组成四象限整流电路的一个桥臂，V5?V7分别为三相逆变电路的三个桥臂；C1?C7为吸收电容，每个半桥IGBT的直流端子间设置一个吸收电容；DRV1?DRV5为IGBT驱动板，DRV1、DRV2为四象限整流IGBT的驱动板，DRV3?DRV5为三相逆变IGBT的驱动板；单相交流电从交流端子AC1、AC2输入，经过Vl?V4组成的四象限整流电路整流为直流电，再经过V5?V7组成的三相逆变电路逆变为三相交流电从交流端子U、V、W输出。
[0014]利用复合母排将直流回路连接在一起后，与外部直流支撑电容连接，可以降低主电路的杂散电感；通过设置吸收电容，可以有效降低主电路的开关反向电压，提高整个装置的可靠程度；复合母排的直流端子对外连接采用绝缘支撑座，保证对外连接的可靠性；单相输入和三相输出利用铜排与装置外部连接；模块采用水冷散热模式，可以提高散热效率，降低装置体积和重量。
[0015]整个功率装置的结构依托于底部框架，框架采用3mm的镀铝锌钢板，钢板底部焊接了带有螺纹的立柱，用于水冷基板安装、交流端子支撑、上层组件支撑柱的安装；框架一端焊接了把手，用于功率装置的转运，框架伸出的四块板，用于上层组件的支撑，其上的方形孔可用于功率装置转运手抓着力点。
[0016]功率装置工作时产生的热量通过水冷基板内的冷却水流动带走，本功率装置采用单侧水冷模式的水冷基板，共安装7个半桥封装IGBT，水冷基板通过固定孔与框架连接，为了方便冷却水连接，功率装置使用了 STABILE的快速水接口。
[0017]水冷基板平面在设计时，要求的平面度和粗糙度比较高(<10um和1.6)，保证两者紧密接触，并通过组装时在两者之间涂抹导热硅脂，减小接触热阻，达到良好散热的目的。
[0018]复合母排将整个整流和逆变电路的‘DC +’和‘DC- ’覆盖起来，并在空间上进行叠层，可以有效减小直流回路的分布电感，减小IGBT关断时的电压峰值。
[0019]功率装置包括5块驱动板，整流电路需要2块，逆变电路需要3块。驱动板安装在功率装置的上层框架上，驱动板四角用绝缘垫柱架空隔离。驱动板输入电源为15V，输入驱动信号为差分PWM信号。输出状态信号为高(+ 15V)低电平(0V)，具有故障自封锁脉冲、短路保护、电源低电压保护等功能。
[0020]功率装置的直流部分通过复合母排的4个连接端子‘DC+’、‘DC- ’与外部的支撑电容连接，连接规格为MlO的螺栓，4个连接端子‘DC+’、‘DC- ’下侧设置了绝缘支撑座，内嵌方形螺母，方便与外部进行可靠连接。
[0021]功率装置的交流部分通过‘AC1’、‘AC2 ’、‘U’、‘V’、‘W，5个连接交流端子与外部铜排连接，连接规格为MlO的螺栓，5个连接端子在模块内部设置了绝缘垫柱，实现电气隔离和连接紧固作用。
【主权项】
1.带过压吸收的组合水冷功率装置，其特征在于包括框架(I)、水冷基板(2)、复合母排(3)和驱动板(4)，框架(I)底部焊接具有内螺纹的立柱，水冷基板(2)紧固在框架底部的立柱上，该立柱上还支撑有交流端子(5)，紧贴水冷基板的表面安装有七个半桥封装的IGBT (8)，其中四个IGBT构成四象限整流电路，另外三个IGBT构成逆变电路，每个半桥封装的IGBT的直流端子间设置一个吸收电容(6)，IGBT的上层安装有复合母排(3)，复合母排(3)的上层安装有驱动板(4)，驱动板(4)通过线束和IGBT的驱动端连接，复合母排(3)的直流端子(7)作为整流电路和逆变电路的直流端子。
【专利摘要】本发明涉及集成有多个IGBT器件的功率单元，具体为带过压吸收的组合水冷功率装置，包括框架、水冷基板、复合母排、驱动板，半桥封装的IGBT、吸收电容和交流端子。本发明设计了一种带过压吸收的组合水冷功率装置，此功率装置将四象限整流电路和三相逆变电路组合在一个独立的单元，可以将输入单相交流电通过交－直－交的变换方式，输出为三相交流电，功率装置采用大功率的IGBT器件作为主电路开关元件，利用复合母排与外部直流支撑电容连接，在主电路上设置了用于IGBT关断过电压吸收的吸收电容，采用循环水对开关元件进行散热，实现了变流主电路的高度集成，并提高了功率变换电路的可靠性。
【IPC分类】H02M7/00, H05K7/20
【公开号】CN105186889
【申请号】CN201510515002
【发明人】牛勇, 王彬, 张丹, 王雷, 刘立刚
【申请人】永济新时速电机电器有限责任公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月21日