专利名称：水冷四相两电平igbt模块单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率电子电路领域。它是基于根据独立权利要求的前序部分的水冷四 相两电平IGBT模块单元的。
背景技术：
在静止变换器或牵引变换器中，IGBT相模块经常是构造为紧凑的和集成的系统以 达到高性能、高相电压和开关频率。一般的模块单元构成如下_功率消耗模块(典型地，半导体和电阻)直接安装(带有热中间层)在金属散热 器上(空气或水冷却)。_典型地，半导体模块是绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块并连接以形成两电平的 相。-IGBT模块通常安装在散热器的一侧，并且直流连接电容接近IGBT模块。-层叠的母线以形成具有相应的相输出的两电平的相的方式连接直流连接至 IGBT。-半导体的栅极信号由栅极驱动产生。栅极驱动直接连接至一相的两个半导体并 位于IGBT模块之上。令人遗憾的是，上述的根据现有技术的模块单元典型地重量重并需要很多空间。 发明内容因此，本发明的目的是实现介绍中所述的IGBT模块单元，使得上述的缺点可以被 避免。这个目的借助权利要求1的特征来实现。本发明的有利的改进方案在附属权利要 求中指出。根据本发明的模块单元包括八个IGBT模块，IGBT模块安装在金属散热器上，由 此，热中间层在IGBT模块和散热器之间。根据本发明，散热器是水冷的，并且IGBT模块安 装在散热器的两侧。由于在散热器的两侧上安装IGBT模块，散热器材料的利用率可通过使 用散热器的两个表面而提高。因此，在散热器中的水通道作为散热器的两侧的IGBT模块消 耗的能量的散热器。IGBT模块单元的体积和重量可通过减少散热器的体积大约降低2倍。本发明的这些和另外的目的、优点和特征将通过下面的本发明的优选的实施例的 具体描述并结合附图而清楚。
图1根据本发明的模块单元的实施例的视图，和图2根据图1的模块单元的实施例的展开图。在图中使用的标号以及它们的意义在标号列表中以汇总的形式列出。大体上，相
3同的部分在图中设有相同的标号。描述的实施例表现了本发明的主旨的示例，而不具有任 何限制作用。标号列表
具体实施方式
图1显示了根据本发明的模块单元的实施例的视图。此外，图2显示了根据图1 的模块单元的实施例的展开图。图1中的模块单元包括八个IGBT模块B，IGBT模块B安装 在金属散热器A上，由此，热中间层在IGBT模块B和散热器A之间。根据本发明，散热器A 是水冷的，并且IGBT模块B安装在散热器A的两侧。由于在散热器A的两侧安装IGBT模 块B，散热器材料的利用率可通过使用散热器的两个表面而提高。在散热器A中的水通道作 为散热器A的两侧的IGBT模块B消耗的能量的散热器。IGBT模块单元的体积和重量可通 过减少散热器的体积大约降低2倍。此外，散热器A具有在散热器A两侧的水连接器。水连接器还可在散热器的相同 侧。水连接器是在入口和出口侧的自封管连接器以保证整个单元模块B的快速的和简单的 拆卸。IGBT模块B优选地安装在散热器A的两侧。可如图2中示例性地显示的，相同数量 的IGBT模块B安装在散热器A的各侧以完全使用散热器表面并有利于降低散热器体积。八 个IGBT模块B分组为两个单开关模块B串联的4相，形成了四个两电平的变换器相。作为 可能的变型，也可实现八个双开关IGBT模块分组为具有相同模块设计的八个两电平的相。 结合电流传感器E和栅极驱动单元D1的加倍，可实现具有每相一半功率的装备齐全的八相 系统。通过在散热器A的长度轴线上除去或增加相，也可实现减少的或增加的带有不同数 量的相的设置。散热器A优选地具有在散热器A两侧上的水连接器，如图1和图2所示。[0022]根据电气连接Cl，C2，IGBT模块B的位置还以减少母线长度和其中的层和开口的 数量的方式来选择。模块单元具有上述的设置在IGBT模块B之上的母线C，由此，母线C的 形状基本是矩形的。直流连接C1是在母线C的短侧(short side)上并定位在各模块B的底部。交 流连接C2是在母线C的大侧(large side)上并在经过电流传感器E之后定位在各模块B 的前侧。这保证了变换器系统的模块单元的整齐的和简单的机械连接。母线C的低感应率 对于IGBT模块B的良好的开关特性是必须的，结果，允许模块单元在直流连接电压和开关 频率上的操作。母线C是层叠类型的，由一个正极的、一个负极的和每相一个交流导体层构 成。层是平的和薄的，相互并列并在其间具有绝缘体，通过最多两层形成在IGBT模块B和 模块单元的直流连接Cl，C2之间的低感应率的电气连接。连接IGBT模块B的母线的部分 是“U”形的以用最近的线路连接IGBT模块B。分别根据图1和图2，在各情况下，用于驱动一相的两个IGBT模块B的栅极驱动单 元D1直接设置在母线C的大侧上，在层叠的母线C的上方，并设置在绝缘体上。它们连接 至IGBT模块B的辅助接线端以引导半导体模块的合适的开关特性。另外，它们连接至直流 正极和直流负极上以测量直流连接电压。电流传感器E还连接至栅极驱动单元D1以测量 负载电流。由此，所有用于变换器的相控制的本地保护和测量可在相应的栅极驱动单元D1 本身上执行(过电压、过电流、IGBT去饱和)。控制信号和测量数据可通过双向光链路在上位控制和栅极驱动单元D1之间发送。而且，保护盖D2设置在栅极驱动单元D1之上，保护盖D2包括用于栅极驱动单元 D1的信号线和栅极驱动单元D1的功率连接线的固定点。保护盖D2可由塑料或金属制成。 各栅极驱动单元D1直接设置在与它相关联的IGBT模块B之上以保证短的连接。在栅极驱 动单元D1和相关联的IGBT模块B之间的连接由挠性PCBA(印刷电路板组件)完成，其保 证低感应率以避免在IGBT模块B的开通和关断期间的摆动效应。此外，有利地，挠性PCBA 允许在各栅极驱动单元D1和相关联的IGBT模块B之间的非常短的距离。保护盖D2被安 装以保护栅极驱动单元D1免受灰尘和损坏的风险。另外，供应栅极驱动单元D1的线的分 布是机械地固定在保护盖D2上的。
权利要求模块单元，其包括八个IGBT模块(B)，所述IGBT模块(B)安装在金属散热器(A)上，由此，热中间层在所述IGBT模块(B)和所述散热器(A)之间，其中，所述散热器(A)是水冷的，所述IGBT模块(B)安装在所述散热器(A)的两侧。
2.权利要求1所要求保扩的模块单元，其特征在于，相同数量的所述IGBT模块(B)安 装在所述散热器(A)的各侧。
3.权利要求1或2所要求保护的模块单元，其特征在于，所述散热器(A)具有在所述散 热器(A)两侧上的水连接器。
4.权利要求1或2所要求保护的模块单元，其特征在于，母线(C)设置在所述IGBT模 块(B)之上，由此，所述母线(C)的形状基本是矩形的。
5.权利要求4所要求保护的模块单元，其特征在于，直流连接(C1)在所述母线(C)的 短侧上。
6.权利要求5所要求保护的模块单元，其特征在于，交流连接(C2)在所述母线(C)的 大侧上。
7.权利要求6所要求保护的模块单元，其特征在于，在各情况下，用于驱动两个IGBT模 块(B)的栅极驱动单元(D1)直接设置在所述母线(C)的大侧上，在所述母线(C)的上方。
8.权利要求7所要求保护的模块单元，其特征在于，保护盖(D2)设置在所述栅极驱动 单元(D1)之上，所述保护盖(D2)包括用于所述栅极驱动单元(D1)的信号线和所述栅极驱 动单元的功率连接线的固定点。
专利摘要本实用新型涉及水冷四相两电平IGBT模块单元。具体而言，提供了一种包括八个IGBT模块(B)的模块单元，IGBT模块(B)安装在金属散热器(A)上，由此，热中间层在IGBT模块(B)和散热器(A)之间。为了改进IGBT模块(B)的冷却，散热器(A)是水冷的，并且IGBT模块(B)安装在散热器(A)的两侧。
文档编号H05K7/20GK201608626SQ200920177299
公开日2010年10月13日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者F·迈洛纳斯, G·克纳普 申请人:Abb瑞士有限公司