集成门极可关断晶闸管三电平功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率模块，尤其是一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，属于大功率电力电子传动技术领域。
【背景技术】
[0002]在中小功率变流器中，采用的是小功率的电力电子器件，器件的裕量可以选取的很高，失效率低，整个系统的可靠性较高。但是，大容量变流器由于同时存在高压和大电流，功率器件的能力不足，杂散参数影响大、器件的大热量大、散热设计难度大，使大功率变流器的设计使用难度大大提高。目前，大功率变流器还是以国外垄断型公司的产品为主流，国内该技术基础薄弱，其核心就是缺少将大功率器件和续流二极管、吸收电路、散热器、母排等元件紧凑可靠的组合在一起，设计成整体功率模块的能力。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，其结构紧凑，能承受高电压以及大电流，损耗低，开关频率高，适应范围广，安全可靠。
[0004]按照本实用新型提供的技术方案，所述集成门极可关断晶闸管三电平功率模块，包括金属架体，在所述金属架体内设有与所述金属架体绝缘隔离的第一功率串、第二功率串以及第三功率串，且第一功率串、第二功率串以及第三功率串通过金属架体顶部的压装紧固体与所述金属架体紧固连接；
[0005]所述第一功率串内包括四组上下依次分布的门极可关断晶闸管体，每一门极可关断晶闸管体内包含至少一个门极可关断晶闸管，且在所述第一功率串内，位于上方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与相邻下方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端连接；
[0006]第二功率串内包括四组反并联续流二极管，所述第二功率串内的反并联续流二极管分别与相应的门极可关断晶闸管体相并联，且反并联续流二极管的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接，反并联续流二极管的阳极端与所并联门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接；
[0007]第三功率串包括上吸收二极管、上箝位二极管、下箝位二极管、上吸收电容体、下吸收电容体以及下吸收二极管；上吸收二极管的阳极端与第一功率串内位于最上方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端连接，上吸收二极管的阴极端与上吸收电容体的上端连接，上吸收电容体的下端与下吸收电容体的上端、上箝位二极管的阳极端、下箝位二极管的阴极端连接，下箝位二极管的阳极端与第一功率串内位于最下方门极可关断晶闸管体的阳极端连接，上箝位二极管的阴极端与第一功率串内紧邻最上方门极可关断晶闸管体的门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管体的阳极端连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管的阳极端连接，下吸收二极管的阴极端与第一功率串内位于最下方门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端连接。
[0008]所述金属架体包括下导电支撑板以及位于所述下导电支撑板正上方的上导电盖板，下导电支撑板与上导电盖板间设有用于支撑所述上导电盖板的导电支撑杆，所述导电支撑杆的两端分别与下导电支撑板以及上导电盖板连接，且在所述导电支撑杆上套有绝缘套管。
[0009]所述第一功率串、第二功率串以及第三功率串分别支撑在金属框架底端相应的下绝缘支撑块上，第一功率串的上端、第二功率串的上端、第三功率串的上端分别通过相应的上绝缘连接块与金属框架内的顶端连接，压装紧固体穿过金属框架后与上绝缘连接块连接，以分别将第一功率串、第二功率串以及第三功率串压装紧固在金属框架内。
[0010]在所述第一功率串内还包括若干用于对每个门极可关断晶闸管体分别进行散热的晶闸管散热器，在第二功率串内还包括用于对每个反并联续流二极管分别进行散热的第一二极管散热器，第三功率串内还包括用于对上吸收二极管、上箝位二极管、下箝位二极管以及下吸收二极管分别进行散热的第二二极管散热器；
[0011]所述晶闸管散热器、第一二极管散热器以及第二二极管散热器均与金属框架内的水循环散热机构连接。
[0012]所述水循环散热机构包括主进水管以及主出水管，所述主进水管、主出水管分别位于金属框架内的两侧；主进水管通过主进分水管道分别与晶闸管散热器的进水端、第一二极管散热器的进水端以及第二二极管散热器的进水端连接，晶闸管散热器的出水端、第一二极管散热器的出水端以及第二二极管散热器的出水端通过相应的主出分水管道与主出水管连接。
[0013]在所述金属框架内设置用于支撑并使得第一功率串、第二功率串以及第三功率串进行所需电连接的连接母排，第一功率串、第二功率串以及第三功率串在金属框架内呈品字型；所述连接母排包括在金属框架内从上至下依次设置的P相母排、上IGTO支路母排、O相母排、下IGTO支路母排以及N相母排。
[0014]所述第一功率串内四组门极可关断晶闸管体从上至下依次为第一门极可关断晶闸管体、第二门极可关断晶闸管体、第三门极可关断晶闸管体以及第四门极可关断晶闸管体，其中，第一门极可关断晶闸管体位于P相母排与上IGTO支路母排间，且第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与P相母排电连接，第一门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与上IGTO支路母排电连接；
[0015]第二门极可关断晶闸管体位于上IGTO支路母排与O相母排间，且第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与上IGTO支路母排电连接，第二门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与O相母排电连接；
[0016]第三门极可关断晶闸管体位于O相母排与下IGTO支路母排间，且第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与O相母排电连接，第三门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与下IGTO支路母排电连接；
[0017]第四门极可关断晶闸管体位于下IGTO支路母排与N相母排间，且第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阳极端与下IGTO支路母排电连接，第四门极可关断晶闸管体内门极可关断晶闸管的阴极端与N相母排电连接。
[0018]所述第二功率串内的反并联续流二极管位于连接母排间，并通过连接母排与第一功率串内的门极可关断晶闸管体对应连接，其中，位于P相母排与上IGTO支路母排之间反并联续流二极管的阴极端与P相母排电连接，位于P相母排与上IGTO支路母排之间的反并联续流二极管的阳极端与上IGTO支路母排电连接；
[0019]位于上IGTO支路母排与O相母排之间反并联续流二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，位于上IGTO支路母排与O相母排之间的反并联续流二极管的阳极端与O相母排电连接；
[0020]位于O相母排与下IGTO支路母排之间反并联续流二极管的阴极端与O相母排电连接，位于O相母排与下IGTO支路母排之间的反并联续流二极管的阳极端与下IGTO支路母排电连接；
[0021]位于下IGTO支路母排与N相母排之间反并联续流二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，位于下IGTO支路母排与N相母排之间反并联续流二极管的阳极端与N相母排电连接。
[0022]第三功率串内的上吸收二极管位于P相母排与上IGTO支路母排间，且上吸收二极管的阳极端与P相母排电连接，上吸收二极管的阴极端通过上吸收电容母排与上吸收电容体的上端电连接，上吸收电容体的下端通过中吸收电容母排与下吸收电容体的上端、上箝位二极管的阳极端电连接，上箝位二极管的阴极端与上IGTO支路母排电连接，下箝位二极管位于所述上箝位二极管的正下方，下箝位二极管的阳极端与下IGTO支路母排电连接，下箝位二极管的阴极端与上箝位二极管的阳极端电连接，下吸收电容体的下端与下吸收二极管的阳极端连接，下吸收二极管位于下IGTO支路母排与N相母排间，下吸收二极管的阴极端与N相母排电连接。
[0023]所述P相母排、上IGTO支路母排、下IGTO支路母排以及N相母排均呈U型。
[0024]本实用新型的优点:在金属框架内设置第一功率串、第二功率串以及第三功率串，第一功率串、第二功率串以及第三功率串间通过连接母排进行相互电连接，第一功率串通过晶闸管散热器进行散热，第二功率串通过第一二极管散热器进行散热，第三功率串通过第二二极管散热器进行散热，从而使得形成的功率模块具有场控型关断的能力，功率模块结合了晶体管和晶闸管的优点，具有高电压、大电