功率转换器组件的制作方法

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功率转换器组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率电子装置的领域。具体而言,本发明涉及功率转换器组件。
【背景技术】
[0002]在牵引应用中,功率转换器用于将由悬链线供应的电压转换成AC电压来供应至铁路车辆的电驱动件和/或供应至另外的电气装备,如风扇、加热/冷却、电门等。在该情况中,来自悬链线的供应电压可为一相的AC或DC电压。另外的可能性在于功率转换器由驱动发电机的柴油马达供应,其将三相AC电压提供至功率转换器。
[0003]尤其是在牵引应用中,需要具有小尺寸和低重量的功率电气装备。这还促进了对功率电子电路的空间和重量节省布置的需要。该要求的实现还应当考虑以下事实:当布置变得紧凑时,制造那些布置的复杂性提高。
[0004]大体上,功率转换器组件包括多个构件:半导体功率模块,其典型地包括二极管和IGBT ;用于DC链路、缓冲器和滤波器的电容器、电感器和电阻器;提供电流分离的变压器;使主动构件和被动构件互连的母线组件;电子印刷电路板组件,如,控制板、门驱动件和互连板;从主动构件和被动构件除去热的冷却装置;和/或电流、电压和温度测量装置。
[0005]大功率转换器的构件通常相当庞大,因此将它们集成到紧凑组件中可变为困难的任务,并且提出了技术挑战。
[0006]例如,US6326761B1、DE10236525A1、EP1283589A2和 EP2463996A1 示出了不同类型的功率转换器,其示出了背对背的AC-AC转换器或单输入-单输出DC共振转换器。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于提供具有小尺寸和低重量的功率转换器组件,其使制造、安装在电箱中、试机和维护的任务容易。
[0008]该目的通过独立权利要求的主题实现。另外的示例性实施例从从属权利要求和以下描述为明显的。
[0009]本发明涉及一种功率转换器组件,其可用于牵引应用。功率转换器组件可设在箱中,并且/或者可布置在铁路车辆内、外(下方或上方)。必须理解的是,用语〃功率〃可涉及适用于处理高于10A和/或高于1.000V的电流的转换器。
[0010]根据本发明的实施例,功率转换器组件包括:用于将DC电压转换成三相AC电压的至少一个三相逆变器;至少一个电流隔离DC到DC转换器;具有至少一个DC链路电容器的DC链路,其中至少一个三相逆变器和至少一个DC到DC转换器与DC链路并联联接;第一子组件单元,其承载至少一个三相逆变器和至少一个DC到DC转换器的半导体;以及第二子组件单元,其承载至少一个DC链路电容器。
[0011]功率转换器组件包括两个不同类型的子转换器、三相逆变器和DC到DC转换器,它们并联连接于相同的DC链路,该构件也由组件容纳。组件的这些构件在两个子组件单元之间分布。第一子组件单元承载两个子转换器的功率半导体。第二子组件单元收纳DC链路电容器。
[0012]必须理解的是,子组件单元为功率转换器组件的一部分,其可与作为总体的功率转换器组件机械地断开,即,子组件单元的所有构件/部分可附接于共同的框架、壳体和/或底板。
[0013]功率转换器组件可用作整个电气网络供应源,例如,机载于铁路车辆。功率转换器组件尤其可适于安装在大型复杂功率转换器系统或电气装备箱内,其中辅助功率需要提供至辅助设备,如,风扇,或其它类型的基于感应马达的驱动件,并且其中,需要DC受控源,例如,用于电池组充电。
[0014]根据本发明的实施例,功率转换器组件还包括整流器,其连接于DC链路和AC功率输入用于向整流器供应AC电压。整流器可为被动整流器,该构件(如,二极管)也由第一子组件单元承载。以此类方式,功率转换器组件可从一相AC源电性供应。
[0015]根据本发明的实施例,功率转换器组件还包括连接于DC链路的DC功率输入。以此类方式,功率转换器组件可从DC源电性供应。
[0016]根据本发明的实施例,至少一个DC链路电容器容纳在第二子组件单元的壳体中。通常,DC链路包括多个DC电容器,该多个DC电容器可所有都容纳和/或包封在一个共同的壳体中,其可看作是第二子组件单元的承载结构。
[0017]根据本发明的实施例,DC到DC转换器包括容纳在第二子组件单元的壳体中的变压器。在变压器提供DC到DC转换器的电流分离的情况中,该变压器还可机械地连接于壳体,并且/或者包封在第二子组件单元的壳体中。
[0018]根据本发明的实施例,DC到DC转换器包括变压器,其安装于第一子组件单元的底板。还可有可能的是,DC到DC变压器的电流分离变压器机械地连接于第一子组件单元。
[0019]根据本发明的实施例,第一子组件单元包括至少一个三相转换器和至少一个DC到DC转换器的至少功率半导体模块安装在其上的底板。功率转换器组件的子转换器和可选的它们的门驱动件的半导体开关可安装于功率半导体模块,例如,其中各个可包括其自身上的底板。功率半导体模块可安装(例如,以它们的底板)于公共金属底板,其可看作是第一子组件单元的承载结构。
[0020]金属底板可服务于多个构件用于机械固定:至少一个功率半导体模块和至少一个电流换能器可安装在底板上。
[0021]根据本发明的实施例,底板与至少一个功率半导体模块热接触,并且提供了能够利用冷却剂流冷却的相对的冷却表面。传送冷却剂的导管可设在底板下方和/或冷却表面的一侧上。以此类方式,金属底板可实施至少一个导管以在金属底板表面下方传送冷却剂。金属底板可与至少一个半导体功率模块的底板热接触,以消散来自至少一个功率半导体模块的热。
[0022]根据本发明的实施例,第一子组件单元包括安装于底板的接口板组件,使得至少一个功率模块容纳在底板与接口板组件之间。在功率半导体模块上方,接口板组件可安装于第一子组件单元,其可经由柱或其它固定器件附接于底板。接口板组件可在至少一个功率半导体模块的顶部上方固定于底板。
[0023]可包括一个或更多个印刷电路板(PCB)的接口板组件可用于安装和/或电连接控制板,其可与功率半导体模块电屏蔽。
[0024]根据本发明的实施例,第一子组件单元包括至少一个控制板,用于控制至少一个三相转换器和/或至少一个DC到DC转换器。功率转换器组件的各个子转换器(如,三相转换器和/或DC到DC转换器)可包括控制器,其由控制板提供。这些控制板可安装于第一子组件单元。控制板可为PCB,1C和另外的控制硬件安装在PCB上。
[0025]根据本发明的实施例,至少一个控制板与至少一个功率模块相对安装于接口板组件。接口板组件可电连接于功率半导体模块,并且可提供用于控制板的接口,该控制板可经由接口板组件电连接于功率半导体模块。
[0026]大体上,接口板组件可使一个或更多个控制板与安装在金属底板上的至少一个其它构件互连。
[0027]控制板可看作是印刷板组件,其包括嵌入的功率转换器控制件和门驱动电子电路,并且/或者其安装在至少一个接口板组件上方。
[0028]根据本发明的实施例,接口板组件包括由至少一个柔性印刷板互连的至少第一刚性印刷板和第二刚性印刷板。第一刚性印刷板可安装于底板,并且与底板电气互连。第一刚性印刷板可提供用于一个或更多个控制板的接口。第二刚性印刷板可安装于至少一个功率半导体模块,并且可与至少一个功率半导体模块电气互连,即,可提供至子转换器的电连接。
[0029]大体上,接口板可组合柔性和刚性印刷板区域。将控制板连接于接口板的器件设在至少一个刚性板区域上。将安装在金属底板上的构件连接于接口板的器件可设在至少第二刚性区域上。在两个刚性区域之间,存在至少一个柔性板区域,其实现至互连的弯曲能力。
[0030]根据本发明的实施例,接口板包括提供至少一个功率半导体模块与控制板之间的EMC屏蔽的地层。地层或地平面可置于半导体功率模块与一个或更多个控制板之间。将地层连接于接地返回通路的器件可设在接口板与金属底板之间。
[0031]根据本发明的实施例,第一子组件单元和第二子组件单元与至少一个层压母线组件互连,该至少一个层压母线组件使DC链路电容器与半导体功率模块电气互连。层压母线组件可包括若干非传导和传导的层,其在第二子组件单元的一侧上接触DC链路电容器(同时使它们并联连接),并且/或者在第一子组件单元的一侧上接触安装于底板并且与至少一个功率半导体模块互连的触点。
[0032]本发明的这些及其它方面将从下文中描述的实施例显而易见并且参照其阐明。
【附图说明】
[0033]本发明的主题将在以下文本中参照在附图中示出的示例性实施例更详细阐释。
[0034]图1示出了根据本发明的实施例的功率转换器组件的示意性电路图。
[0035]图2示出了根据本发明的实施例的功率转换器组件的透视分解视图。
[0036]图3示出了图2的功率转换器组件的透视图。
[0037]图4示出了根据本发明的实施例的功率转换器组件的示意性截面。
[0038]附图中使用的参考标号和它们的意义以简要形式在参考标号列表中列出。原则上,相同的部分在附图中设有相同的参考标号。
[0039]部件列表
[0040]10功率转换器组件
[0041]12第一三相逆变器
[0042]14第二三相逆变器
[0043]16 DC到DC转换器
[0044]18 DC 链路
[0045]20整流器
[0046]22 一相 AC 输入
[0047]24 DC 输入
[0048]26三相AC输出
[0049]28半电桥
[0050]30功率半导体
[0051]32 DC 输出
[0052]34两相逆变器
[0053]36变压器
[0054]38整流器
[0055]40 DC链路电容器
[0056]42控制器
[0057]42a第一三相逆变器的控制器
[0058]42b第二三相逆变器的控制器
[0059]42c DC到DC转换器的控制器
[0060]44电流换能器
[0061]46第一子组件单元
[0062]48第二子组件单元
[0063]50功率半导体模
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