专利名称：一种高压大功率串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法
技术领域：
本发明涉及功率半导体器件、电力电子和传热及散热领域，具体涉及一种高压大功率串联晶闸管自冷热管散热器组连接方式。
背景技术：
目前在电力电子技术领域高压大容量功率变换技术的应用越来越广泛，线路电压高而电力电子元件耐压相对低，许多场合需要采用器件串并联的措施来满足电力公用事业和工业界用户对晶闸管阀的功率处理容量的要求。由晶闸管串联组成的阔器件在静止无功补偿、大功率直流电源以及高压变频调速等领域应用广泛，其元件散热主要采用水冷系统和热管散热器冷却的方式。
热管散热器具有很高的热传导能力，相同重量下比银、铜、铝可多传递几个数量级的热量，热管散热器突出特点在于传热能力强、均温能力优良、热密度可变、无外加设备、工作可靠、结构简单、重量轻、不用维护。
晶闸管自冷热管散热器是应用丁-电力电子设备中的一种先进的高效散热器件。传统的热管散热器重量较大，加上该散热器釆用的是价格较昂贵的铜材和铝材，再加上串联热管散热器数量为晶闸管元件的两倍，数量多，使得散热器的成本较高。随着电力电子设备不断向高电压大功率方向发展，对晶闸管和热管散热器串联应用提出了更高的要求，同时整体串联结构方式朝着轻巧、便捷方向发展，要求设备结构紧凑、重量轻、体积小。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的s的是提出一种散热效率高、可靠性强、成本低的大功率晶闸管用散热系统。
为实现上述目的，本发明的一种串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法，包括n(n》2)个品闸管l、 n+l个热管散热器2、带有绝缘伞群的绝缘铸件3、顶压机构4、高纯度环氧绝缘板5、两个端头铝合金金属块6、绝缘隔板7和热管散热器基板8，其特征在于所述品闸管1与热管散热器2相互交叉间隔串联摆放在两块所述高纯度环氧绝缘板5之间，所述串联晶闸管1和热管散热器组2下侧的环氧绝缘板5的厚度大于上侧的环氧绝缘板5;在热管散热器基板8的上、下侧均固定有所述带有绝缘伞群的绝缘铸件3，其作用是增加高压晶闸管间平直环氧绝缘板的绝缘爬距，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压水平；所述顶压机构4由顶压螺杆、叠簧、螺母和压块构成，用于对晶闸管1及热管散热器2的串联压接，在所述 顶压机构4的作用下使得串联的晶闸管1和热管散热器2沿上下两侧的环氧绝缘板5移动， 通过顶压螺杆和叠簧的作用将晶闸管1和热管散热器2串压接到适宜的力度；所述串联晶闸 管1和热管散热器组2的两个端部固定有两个铝合金金属块6，用于固定调试好的串联晶闸 管1和热管散热器2的位置，控制顶压机构4对串联晶闸管1和热管散热器2的压接行程， 使散热器的各个部件在使用时位置固定，不发生位置移动；两热管散热器2之间设置有所述 绝缘隔板7，用于提高两热管散热器2之间的绝缘，改善高压电场的分布特性。
其中，所述串联晶闸管1和热管散热器组2下侧和上侧的环氧绝缘板5的厚度根据串联 晶闸管与热管散热器的数量和总重量有关，挠度设计在lmm之内，以保证压接晶闸管的同心 度，尽可能的减小了晶闸管同热管散热器基板台面之间的接触热阻。
其中，所述带绝缘伞群的绝缘铸件3上开有可容下高纯度环氧绝缘板5的凹槽9，用于
固定热管散热器2和高纯度环氧绝缘板5的方向和位置，同时所述绝缘铸件3还起到提高所
述高纯度环氧绝缘板5的绝缘爬距的作用，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压的水平。 本发明的有益效果是所述高压串联晶闸管自冷热管散热器组的连接方式整体考虑了高
电压电场分布及绝缘特性，有效解决了高压晶闸管同热管散热器紧密串联压接时的高压绝缘
问题，本发明采用的热管散热器同晶闸管间隔串联压接方式，具有结构紧凑、散热效率高、
耐高压、免维护、组装方便的特点。
1. 结构紧凑，休积比两个散热器压装一个晶闸管元件然后再间接串联的结构要小，节约空间。
2. 节约成本，结构简单相对来说热管散热器总重量轻，制造成本相对低廉，且采用这种 结构要比两个散热器压一个晶闸管元件的结构节约铜母线排，节约附属配件成本。
3. 整个晶闸管串联热管散热器在相同质量下散热效率和散热功率更高。
4. 耐压相对较高，此串联结构耐高电压性能取决于单层晶闸管自身的耐压性能，不会因 为晶闸管串压热管散热器而降低了单层晶闸管间的耐压性能。
5. 串联压接力可调，以适用不问型号晶闸管压接。
6. 绝缘垫块可更换，以适用不同电压等级绝缘爬距的需要。
图1是依据本发明的串联晶闸管自冷热管散热器组的侧视图； 图2是依据本发明的串联晶闸管自冷热管散热器组的正视图； 图3是依据本发明的串联晶闸管自冷热管散热器组的立体视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
在串联的晶闸管l中，采用热管散热器同晶闸管间隔串联压接的方式迮接，其特征在于整体结构紧凑，涉及的附属高压绝缘压接件包括高纯度环氧绝缘板5、端头铝合金金属块6、固定在热管散热器2上带绝缘伞群的绝缘铸件3、顶压机构4、两热管散热器2之间的绝缘隔板7，上述结构保证了不同型号晶闸管串联压接适合的压接力和压接同心度，将晶闸管同热管散热器基板8的接触热阻降到了较低水平，同时保证了高压串联晶闸管原有关断时的整体高绝缘特性不因热管散热器2和附属高压绝缘压接件的引入而受到影响。
热管散热器基板8的匕下侧均固定有带绝缘伞群的绝缘铸件3，与热管散热器2紧密连接，带绝缘伞群的绝缘铸件3上开有可容下环氧绝缘板5的凹槽9，起到固定热管散热器2的方向和位置的作用，同时所述绝缘铸件3增加高压晶闸管1间平直环氧绝缘板5的绝缘爬距的作用，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压水平。
本发明采取了以下设计方案晶闸管数量为n (n》2)，则所需串联热管散热器的数量为n+l，作为其串联压接附件还有高纯度环氧绝缘板、端头铝合金金属块、固定在热管散热器上带绝缘伞群的绝缘铸件、顶压机构和热管散热器间的绝缘隔板构成。
所述双面散热晶闸管1数量为n (n》2)，与数量为n + l的热管散热器2，串联摆放在两块高纯度环氧绝缘板5之间；在串联晶闸管和热管散热器组的卜一侧，所述环氧绝缘板5相对较厚，其厚度根据串联晶闸管与热管散热器的数量和总重量有关，设计挠度在l醒之内，以保证压接晶闸管的同心度，尽可能的减小了晶闸管同热管散热器基板台面之间的接触热阻；在热管散热器基板上下侧均固定有所述带有绝缘伞群的绝缘铸件3，起到增加高压晶闸管间平直环氧绝缘板的绝缘爬距的作用，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压水平；所述顶压机构4由顶压螺杆、叠簧、螺母和压块构成，完成对晶闸管及热管散热器的压接，在所述顶压机构4的作用下使得串联晶闸管和热管散热器沿所述环氧绝缘板5移动，通过顶压螺杆和叠簧将晶闸管阀串压接到适宜的力度；端头固定有所述铝合金金属块6，起到固定晶闸管和热管散热器位置、控制压接行程的作用；热管散热器之间有所述绝缘隔板7，用来提高散热器之间的绝缘，改善高压电场的分布特性。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不
脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1、一种串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法，包括n(n≥2)个晶闸管1、n+1个热管散热器2、带有绝缘伞群的绝缘铸件3、顶压机构4、高纯度环氧绝缘板5、两个端头铝合金金属块6、绝缘隔板7和热管散热器基板8，其特征在于所述晶闸管1与热管散热器2相互交叉间隔串联摆放在两块所述高纯度环氧绝缘板5之间，所述串联晶闸管1和热管散热器组2下侧的环氧绝缘板5的厚度大于上侧的环氧绝缘板5；在热管散热器基板8的上、下侧均固定有所述带有绝缘伞群的绝缘铸件3，其作用是增加高压晶闸管间平直环氧绝缘板的绝缘爬距，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压水平；所述顶压机构4由顶压螺杆、叠簧、螺母和压块构成，用于对晶闸管1及热管散热器2的串联压接，在所述顶压机构4的作用下使得串联的晶闸管1和热管散热器2沿上下两侧的环氧绝缘板5移动，通过顶压螺杆和叠簧的作用将晶闸管1和热管散热器2串压接到适宜的力度；所述串联晶闸管1和热管散热器组2的两个端部固定有两个铝合金金属块6，用于固定调试好的串联晶闸管1和热管散热器2的位置，控制顶压机构4对串联晶闸管1和热管散热器2的压接行程，使散热器的各个部件在使用时位置固定，不发生位置移动；两热管散热器2之间设置有所述绝缘隔板7，用于提高两热管散热器2之间的绝缘，改善高压电场的分布特性。
2、 如权利要求l所述的串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法，其特征在于所述串联晶 闸管1和热管散热器组2下侧和上侧的环氧绝缘板5的厚度根据串联晶闸管与热管散热器的 数量和总重量有关，挠度设计在lmm之内，以保证压接晶闸管的同心度，尽可能的减小了品 闸管同热管散热器基板台面之间的接触热阻。
3、 如权利要求1或2所述的串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法，其特征在于所述带 绝缘伞群的绝缘铸件3上开有可容下高纯度环氧绝缘板5的凹槽9，用于固定热管散热器2 和高纯度环氧绝缘板5的方向和位置，同时所述绝缘铸件3还起到提高所述高纯度环氧绝缘 板5的绝缘爬距的作用，将绝缘电压等级提高至高压晶闸管耐压的水平。
全文摘要
本发明涉及一种高压大功率串联晶闸管自冷热管散热器组，依次将热管散热器同晶闸管串联压接起来，其上下使用耐高压的环氧绝缘板固定，通过端头铝合金金属块、顶压螺杆和叠簧将晶闸管阀串压接到适宜的力度，同时整体考虑高电压分布及绝缘特性，解决了高压晶闸管同热管散热器紧密串联压接时的绝缘问题。具有结构紧凑、散热效率高、耐高压、免维护、组装方便、可形成模块化、一体化装配等优点。
文档编号H01L25/07GK101630675SQ200910089200
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者任孟干, 刘亚萍, 忠 常, 李志麒, 袁洪亮 申请人:中电普瑞科技有限公司;中国电力科学研究院