基于igbt的水冷功率单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种基于IGBT的水冷功率单元，包括功率单元框架，水冷散热器固定于功率单元框架内空间的上部，IGBT模块组件安设在水冷散热器的外侧，放电电阻固定于功率单元框架的右下方，热敏电阻安设在水冷散热器上，支撑电容阵列固定于功率单元框架内空间的下部，叠层母排固定于IGBT模块组件和支撑电容阵列的外侧，IGBT驱动板固定于功率单元框架的背面外侧的上部，IGBT驱动板与IGBT模块组件固定连接且电连接，IGBT驱动板、IGBT模块组件、支撑电容阵列、放电电阻和热敏电阻通过叠层母排连成电路回路。本实用新型功率等级高，功率密度高，结构简单紧凑，安装拆卸方便，成本低，提高流水线生产效率。
【专利说明】基于IGBT的水冷功率单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变流器领域，尤其是指一种基于IGBT的水冷功率单元。
【背景技术】
[0002]风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到重视，风力发电技术也随之迅猛发展。风电变流器是风电技术的关键器件，而功率单元又是风电变流器的核心部件。它通过控制功率元件的开通和关断，来改变输入电压的特性，起到整流和逆变的作用。
[0003]功率单元是风电变流器的核心组成部分，目前普遍选用IGBT绝缘栅双极晶体管作为功率单元逆变-整流电路的主开关元件。IGBT是一种新型复合电压控制电力电子器件，具有输入阻抗大、响应速度快、驱动功率小、开关损耗小、通态压降低和工作频率高等优点，广泛地应用于风电变流器中。
[0004]目前大部分厂家的变流器功率单元没有采用模块化的设计理念，存在功率密度低，结构复杂，散热效果差，安装和维护不便，流水线生产效率不高等问题。
实用新型内容
[0005]为了解决现有变流器功率单元功率密度低、结构复杂、散热效果差、安装和维护不便的问题，本实用新型提出了一种基于IGBT的水冷功率单元，功率等级高，功率密度高，结构简单紧凑，安装拆卸方便，成本低，提高流水线生产效率。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种基于IGBT的水冷功率单元，包括功率单元框架和安装于功率单元框架内的IGBT模块组件、水冷散热器、支撑电容阵列、放电电阻、热敏电阻、叠层母排和IGBT驱动板，所述的功率单元框架为上端开口的长方体，所述的水冷散热器固定于功率单元框架内空间的上部，所述的IGBT模块组件安设在水冷散热器的外侦牝所述的放电电阻固定于功率单元框架的右下方，所述的热敏电阻安设在水冷散热器上，所述的支撑电容阵列固定于功率单元框架内空间的下部，所述的叠层母排固定于IGBT模块组件和支撑电容阵列的外侧，所述的IGBT驱动板固定于功率单元框架的背面外侧的上部，IGBT驱动板与IGBT模块组件固定连接且电连接，IGBT驱动板、IGBT模块组件、支撑电容阵列、放电电阻和热敏电阻通过叠层母排连成电路回路。
[0007]IGBT模块组件、支撑电容阵列和放电电阻通过叠层母排相互并联，放电电阻用以在功率单元停止工作时对支撑电容阵列进行放电，保证操作人员检修功率单元时的安全。IGBT驱动板接收外部的PWM信号并转换成控制信号发送给IGBT模块组件以控制其开断，IGBT驱动板对IGBT模块组件具有短路保护和欠压封锁功能；IGBT驱动板可通过检测IGBT集电极和发射极的电流，当电流超过设定值时，IGBT驱动板切断电路形成短路保护，从而保护IGBT不会内部短路；IGBT驱动板通过检测其内部功率放大电路的电压，当电压小于设定值时，IGBT驱动板封锁控制信号向IGBT门极的传输，从而形成欠压封锁，以此降低IGBT的故障风险。水冷功率单元通过液体进行散热，液体流经水冷散热器带走热量。热敏电阻用以测量IGBT模块组件的温度。
[0008]作为优选，还包括铜排，所述的铜排固定于IGBT模块组件的外侧，所述的IGBT模块组件包括若干个IGBT模块，所述的若干个IGBT模块通过铜排串联。
[0009]作为优选，所述的支撑电容阵列包括若干个支撑电容，所述的若干个支撑电容通过叠层母排并联。
[0010]作为优选，所述的IGBT模块组件和散热器粘接有导热硅胶。IGBT模块组件底部涂抹上导热硅胶后采用螺纹连接固定在散热器上。
[0011 ] 作为优选，所述的叠层母排为“凸”字形，所述叠层母排右端为弯折设置的叠层母排正负极，所述的叠层母排正负极固定在功率单元框架的右侧。
[0012]作为优选，所述IGBT驱动板的外侧固定有绝缘板。
[0013]本实用新型的有益效果是:功率等级高，功率密度高，结构简单紧凑，安装拆卸方便，成本低，提高流水线生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的一种结构示意图；
[0015]图2是图1的正视图；
[0016]图3是图2的后视图。
[0017]图中，1-功率单元框架，2-水冷散热器，3-1GBT模块组件，4-1GBT驱动板，5-支撑电容阵列，6-叠层母排，7-铜排，8-放电电阻，9-热敏电阻，10-叠层母排正负极。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0019]如图1、图2和图3所示，一种基于IGBT的水冷功率单元，包括功率单元框架1、水冷散热器2、IGBT模块组件3、IGBT驱动板4、支撑电容阵列5、叠层母排6、铜排7、放电电阻8、热敏电阻9和绝缘板。功率单元框架1为上端开口的长方体，水冷散热器2、IGBT模块组件3、IGBT驱动板4、支撑电容阵列5均放置在功率单元框架1内空间中。
[0020]水冷散热器2通过螺纹连接固定于功率单元框架1内空间的左上方，热敏电阻9安设在水冷散热器2上。
[0021]IGBT模块组件3底部涂抹上导热硅胶后通过螺纹连接固定于水冷散热器2的外侦牝IGBT模块组件3包括两个IGBT模块，每个IGBT模块内部封装两个IGBT，IGBT通过螺纹固定于IGBT模块组件3外侧的铜排7串联成全桥电路。
[0022]支撑电容阵列5包括六个支撑电容，整齐排列并固定安装于功率单元框架1内空间的下方。支撑电容阵列5的支撑电容之间通过叠层母排6并联。
[0023]叠层母排6固定于IGBT模块组件3和支撑电容阵列5的外侧。叠层母排6为“凸”字形，“凸”字形凸出的上部紧贴在IGBT模块组件3的外侧，“凸”字形的下部紧贴在支撑电容阵列5的外侧；叠层母排6右端为弯折设置的叠层母排正负极10，叠层母排正负极10固定在功率单元框架1的顶部。
[0024]放电电阻8固定于功率单元框架1的右下方，通过接线与叠层母排正负极10相连接。
[0025]IGBT驱动板4固定于功率单元框架1背面外侧的上部，IGBT驱动板4与IGBT模块组件3固定连接且电连接。IGBT驱动板4不仅可以控制IGBT门极的开断，而且可以起到部分电路保护作用，IGBT驱动板4的上方安装绝缘板，可以起保护作用。
[0026]IGBT模块组件3、支撑电容阵列5、热敏电阻9和放电电阻8通过叠层母排6相互并联，放电电阻8用以在功率单元停止工作时对支撑电容阵列5进行放电，保证操作人员检修功率单元时的安全。水冷功率单元通过液体进行散热，液体流经水冷散热器带走热量，热敏电阻9用以测量IGBT模块组件的温度。
[0027]IGBT驱动板4接收外部的PWM信号并转换成控制信号发送给IGBT模块组件3以控制其开断，IGBT驱动板4对IGBT模块组件3具有短路保护和欠压封锁功能；IGBT驱动板4可通过检测IGBT集电极和发射极的电流，当电流超过设定值时，IGBT驱动板4切断电路形成短路保护，从而保护IGBT不会内部短路；IGBT驱动板4通过检测其内部功率放大电路的电压，当电压小于设定值时，IGBT驱动板4封锁控制信号向IGBT门极的传输，从而形成欠压封锁，以此降低IGBT的故障风险。
[0028]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:包括功率单元框架和安装于功率单元框架内的IGBT模块组件、水冷散热器、支撑电容阵列、放电电阻、热敏电阻、叠层母排和IGBT驱动板，所述的功率单元框架为上端开口的长方体，所述的水冷散热器固定于功率单元框架内空间的上部，所述的IGBT模块组件安设在水冷散热器的外侧，所述的放电电阻固定于功率单元框架的右下方，所述的热敏电阻安设在水冷散热器上，所述的支撑电容阵列固定于功率单元框架内空间的下部，所述的叠层母排固定于IGBT模块组件和支撑电容阵列的外侧，所述的IGBT驱动板固定于功率单元框架的背面外侧的上部，IGBT驱动板与IGBT模块组件固定连接且电连接，IGBT驱动板、IGBT模块组件、支撑电容阵列、放电电阻和热敏电阻通过叠层母排连成电路回路。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:还包括铜排，所述的铜排固定于IGBT模块组件的外侧，所述的IGBT模块组件包括若干个IGBT模块，所述的若干个IGBT模块通过铜排串联。
3.根据权利要求1所述的基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:所述的支撑电容阵列包括若干个支撑电容，所述的若干个支撑电容通过叠层母排并联。
4.根据权利要求1所述的基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:所述的IGBT模块组件和散热器粘接有导热硅胶。
5.根据权利要求1所述的基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:所述的叠层母排为“凸”字形，所述叠层母排右端为弯折设置的叠层母排正负极，所述的叠层母排正负极固定在功率单元框架的右侧。
6.根据权利要求1所述的基于IGBT的水冷功率单元，其特征在于:所述IGBT驱动板的外侧固定有绝缘板。
【文档编号】H05K7/20GK204145263SQ201420540220
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】陈琦, 蒋侃, 石顺风, 董岩, 崔杰, 吕敏健 申请人:浙江日风电气有限公司