车载变流器功率模块的制作方法
车载变流器功率模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种轨道车辆用辅助变流器【技术领域】，具体的说，涉及一种轨道车辆用的变流器功率模块，包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容C1、母排和机械外壳，功率电路为三相逆变全桥电路，母排为复合叠层低感母排，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容C1电连接，一端与接线端子电连接。本发明的优点是低感母排能够有效减小回路降压和发热损耗，变流器功率模块整体结构安排紧凑、各器件布局合理、组装拆卸过程简单方便。
【专利说明】车载变流器功率模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道车辆用辅助变流器【技术领域】，具体的说，涉及一种轨道车辆用的变流器功率模块。
【背景技术】
[0002]随着我国高速铁路建设进程的推进及城市轨道交通的快速发展，对高速动车组，机车、城际列车及城轨车辆用牵引以及辅助变流器的要求越来越高，作为牵引和辅助变流器中的关键部位，功率模块的可靠性、可用性、可维护性和安全性十分重要。
[0003]通常的变流器功率模块包括多个模块，不仅对功率模块散热性能要求很高，且对其高度和体积也有一定的限制。一般是将变流器功率模块各模块包括散热器块集中组装于一个箱体中，体积和重量较大，安装和拆卸过程不方便。
[0004]在实际使用过程中，对变流器功率模块各个模块性能要求很高，支撑电容在功率模块工作过程中不可或缺的重要部件之一，需要承受电路中较高的浪涌电压和长期承受反向脉冲电压，传统的变流器功率模块中所用支撑电容大都采用电解电容作为支撑储能元件，而在实际应用中发现电解电容的寿命以及可靠性对变流器的使用寿命存在很大的制约性。功率模块一般采用IGBT管作为核心功率部件，IGBT管的排布方式以及母线排的设计对功率模块的寿命具有重要作用。且一般的变流器功率模块的驱动信号采用电缆或单束光纤传输，不仅安装拆卸过程复杂，且使用寿命短、可靠性差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有轨道车辆用辅助变流器功率模块的缺点，提供一种高可靠性、寿命长和安装快捷方便的车载变流器功率模块。
[0006]本发明的技术方案是:一种车载变流器功率模块，其特征在于:包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容Cl、母排和机械外壳，所述的功率电路为三相逆变全桥电路，散热器固定于该功率模块机械外壳的上部，机械外壳的前面板设有接线端子、电流传感器和多芯光纤驱动连接器；所述的母排为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子电连接。
[0007]优选的是，所述的三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，QU Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂，上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器输出至U、V和W输出端。
[0008]优选的是，所述的母排为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层。
[0009]优选的是，根据权利要求3所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子，每组端子中间均填充有绝缘材料。
[0010]优选的是，所述的多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，该多芯光纤驱动连接器为功率电路提供驱动信号。
[0011]优选的是，机械外壳上还设有安装架，安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块。
[0012]优选的是，所述的支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻Rl。
[0013]优选的是，所述的散热器上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关。
[0014]本发明与现有技术相比的有益效果为:
[0015]( I)支撑电容Cl采用高压薄膜电容，该电容能够承受更高的有效值电流和浪涌电压，且无极性限制，并能长期承受反向脉冲电压，此外薄膜电容介质损耗小，温度特性好，具有一定的自愈能力；
[0016](2)母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子和电源连接器电连接，母排双侧进行电气连接可以保证母排正负极电流回路面积保持重合，极大程度降低母排寄生电感，同时母排为三层结构的叠层低感母排，从上到下依次为P+层、N-层和复合层，能够有效地降低电流中的杂散电感，从而减小IGBT管关断时回路杂散电感在较高的di/dt作用下的产生的电压过冲，降低IGBT管的损坏率，同时低感母排能够有效减小回路降压和发热损耗，且叠层母排安装简单、维护方便；
[0017](3)多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，采用多芯光纤驱动连接器为三相逆变全桥电路的IGBT管Ql至Q6提供驱动信号，有效降低驱动信号长距离传输过程中受到干扰，从而避免IGBT管的误导通，同时可以减少器件更换作业时间，提高维护便捷性，且可避免因人为失误引起的驱动信号接错，造成IGBT管损坏；
[0018](4)机械外壳的安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块，操作人员可以轻松完成变流器功率模块的拆装工作，减少维修工时；
[0019](5)该变流器功率模块整体结构安排紧凑、各器件布局合理、组装拆卸过程简单方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明变流器功率模块的结构示意图；
[0021]图2为本发明变流器功率模块的主视图；
[0022]图3为本发明变流器功率模块的后视图；
[0023]图4为本发明功率模块的电路原理图；
[0024]图5为本发明功率模块的IGBT管排布图；
[0025]图6为本发明母排的结构示意图。
[0026]图中，I一散热器，2—机械外壳，3—接线端子，4一电流传感器，5—多芯光纤驱动连接器，6—母排，7—安装架，8—端子，9一电源模块
【具体实施方式】
[0027]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】:[0028]参见图1、图2和图3，一种车载变流器功率模块，包括功率电路、驱动电路、电源模块9、散热器1、支撑电容Cl、母排6和机械外壳2，功率电路为三相逆变全桥电路，散热器I固定于该功率模块机械外壳2的上部,机械外壳2的前面板设有接线端子3、电流传感器4、和多芯光纤驱动连接器5 ;母排6为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排6为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子3电连接。
[0029]参见图4、图5，功率电路原理图中，三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，Ql、Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂,上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器TA1、TA2和TA3输出至U、V和W输出端。其中，支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻Rl，且采用的放电电阻Rl阻值为68KQ额定功率为500W，可保证变流器断电后5分钟被将回路中储存的能量放尽，以保证维护操作人员的安全，通常功率电路的直流输入端P+端和N-端的电压范围为2700V—3000V。
[0030]参见图6，母排6为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层，母排6安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子8，每组端子8中间均填充有绝缘材料。
[0031 ] 多芯光纤驱动连接器5采用多组光纤电缆集于同一连接器内，多芯光纤连接器5安装于该变流器功率模块机械外壳2的前面板的一侧，外部控制器通过多芯光纤驱动连接器5为三相逆变全桥电路的IGBT管Ql至Q6提供驱动信号，该多芯光纤驱动连接器5将功率电路的驱动信号的接口电路集成于一体，方便器件更换过程，提高维护的便捷性。
[0032]散热器I上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关，散热器I基板上通过导热硅脂贴装有IGBT管、放电电阻Rl和防反二极管Dl。
[0033]机械外壳2上还设有安装架7，安装架7两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块，同时各模块结构紧凑，方便更换、维护设备。
【权利要求】
1.一种车载变流器功率模块，其特征在于:包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容Cl、母排和机械外壳，所述的功率电路为三相逆变全桥电路，散热器固定于该功率模块机械外壳的上部，机械外壳的前面板设有接线端子、电流传感器和多芯光纤驱动连接器；所述的母排为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子电连接。
2.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，QU Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂，上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器输出至U、V和W输出端。
3.根据权利要求2所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层。
4.根据权利要求3所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子，每组端子中间均填充有绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，该多芯光纤驱动连接器为功率电路提供驱动信号。
6.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:机械外壳上还设有安装架，安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块。
7.根据权利要求2所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻R1。
8.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的散热器上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关。
【文档编号】H02M7/00GK103427669SQ201310371369
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】李博, 周扬, 张守春, 林祥礼, 杨东军, 位俊雷, 张利军, 张波, 张晓明, 谢峥, 李照平, 李刚, 张艳芳 申请人:青岛四方车辆研究所有限公司
【专利摘要】本发明公开一种轨道车辆用辅助变流器【技术领域】，具体的说，涉及一种轨道车辆用的变流器功率模块，包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容C1、母排和机械外壳，功率电路为三相逆变全桥电路，母排为复合叠层低感母排，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容C1电连接，一端与接线端子电连接。本发明的优点是低感母排能够有效减小回路降压和发热损耗，变流器功率模块整体结构安排紧凑、各器件布局合理、组装拆卸过程简单方便。
【专利说明】车载变流器功率模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道车辆用辅助变流器【技术领域】，具体的说，涉及一种轨道车辆用的变流器功率模块。
【背景技术】
[0002]随着我国高速铁路建设进程的推进及城市轨道交通的快速发展，对高速动车组，机车、城际列车及城轨车辆用牵引以及辅助变流器的要求越来越高，作为牵引和辅助变流器中的关键部位，功率模块的可靠性、可用性、可维护性和安全性十分重要。
[0003]通常的变流器功率模块包括多个模块，不仅对功率模块散热性能要求很高，且对其高度和体积也有一定的限制。一般是将变流器功率模块各模块包括散热器块集中组装于一个箱体中，体积和重量较大，安装和拆卸过程不方便。
[0004]在实际使用过程中，对变流器功率模块各个模块性能要求很高，支撑电容在功率模块工作过程中不可或缺的重要部件之一，需要承受电路中较高的浪涌电压和长期承受反向脉冲电压，传统的变流器功率模块中所用支撑电容大都采用电解电容作为支撑储能元件，而在实际应用中发现电解电容的寿命以及可靠性对变流器的使用寿命存在很大的制约性。功率模块一般采用IGBT管作为核心功率部件，IGBT管的排布方式以及母线排的设计对功率模块的寿命具有重要作用。且一般的变流器功率模块的驱动信号采用电缆或单束光纤传输，不仅安装拆卸过程复杂，且使用寿命短、可靠性差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有轨道车辆用辅助变流器功率模块的缺点，提供一种高可靠性、寿命长和安装快捷方便的车载变流器功率模块。
[0006]本发明的技术方案是:一种车载变流器功率模块，其特征在于:包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容Cl、母排和机械外壳，所述的功率电路为三相逆变全桥电路，散热器固定于该功率模块机械外壳的上部，机械外壳的前面板设有接线端子、电流传感器和多芯光纤驱动连接器；所述的母排为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子电连接。
[0007]优选的是，所述的三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，QU Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂，上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器输出至U、V和W输出端。
[0008]优选的是，所述的母排为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层。
[0009]优选的是，根据权利要求3所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子，每组端子中间均填充有绝缘材料。
[0010]优选的是，所述的多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，该多芯光纤驱动连接器为功率电路提供驱动信号。
[0011]优选的是，机械外壳上还设有安装架，安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块。
[0012]优选的是，所述的支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻Rl。
[0013]优选的是，所述的散热器上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关。
[0014]本发明与现有技术相比的有益效果为:
[0015]( I)支撑电容Cl采用高压薄膜电容，该电容能够承受更高的有效值电流和浪涌电压，且无极性限制，并能长期承受反向脉冲电压，此外薄膜电容介质损耗小，温度特性好，具有一定的自愈能力；
[0016](2)母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子和电源连接器电连接，母排双侧进行电气连接可以保证母排正负极电流回路面积保持重合，极大程度降低母排寄生电感，同时母排为三层结构的叠层低感母排，从上到下依次为P+层、N-层和复合层，能够有效地降低电流中的杂散电感，从而减小IGBT管关断时回路杂散电感在较高的di/dt作用下的产生的电压过冲，降低IGBT管的损坏率，同时低感母排能够有效减小回路降压和发热损耗，且叠层母排安装简单、维护方便；
[0017](3)多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，采用多芯光纤驱动连接器为三相逆变全桥电路的IGBT管Ql至Q6提供驱动信号，有效降低驱动信号长距离传输过程中受到干扰，从而避免IGBT管的误导通，同时可以减少器件更换作业时间，提高维护便捷性，且可避免因人为失误引起的驱动信号接错，造成IGBT管损坏；
[0018](4)机械外壳的安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块，操作人员可以轻松完成变流器功率模块的拆装工作，减少维修工时；
[0019](5)该变流器功率模块整体结构安排紧凑、各器件布局合理、组装拆卸过程简单方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明变流器功率模块的结构示意图；
[0021]图2为本发明变流器功率模块的主视图；
[0022]图3为本发明变流器功率模块的后视图；
[0023]图4为本发明功率模块的电路原理图；
[0024]图5为本发明功率模块的IGBT管排布图；
[0025]图6为本发明母排的结构示意图。
[0026]图中，I一散热器，2—机械外壳，3—接线端子，4一电流传感器，5—多芯光纤驱动连接器，6—母排，7—安装架，8—端子，9一电源模块
【具体实施方式】
[0027]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】:[0028]参见图1、图2和图3，一种车载变流器功率模块，包括功率电路、驱动电路、电源模块9、散热器1、支撑电容Cl、母排6和机械外壳2，功率电路为三相逆变全桥电路，散热器I固定于该功率模块机械外壳2的上部,机械外壳2的前面板设有接线端子3、电流传感器4、和多芯光纤驱动连接器5 ;母排6为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排6为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子3电连接。
[0029]参见图4、图5，功率电路原理图中，三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，Ql、Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂,上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器TA1、TA2和TA3输出至U、V和W输出端。其中，支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻Rl，且采用的放电电阻Rl阻值为68KQ额定功率为500W，可保证变流器断电后5分钟被将回路中储存的能量放尽，以保证维护操作人员的安全，通常功率电路的直流输入端P+端和N-端的电压范围为2700V—3000V。
[0030]参见图6，母排6为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层，母排6安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子8，每组端子8中间均填充有绝缘材料。
[0031 ] 多芯光纤驱动连接器5采用多组光纤电缆集于同一连接器内，多芯光纤连接器5安装于该变流器功率模块机械外壳2的前面板的一侧，外部控制器通过多芯光纤驱动连接器5为三相逆变全桥电路的IGBT管Ql至Q6提供驱动信号，该多芯光纤驱动连接器5将功率电路的驱动信号的接口电路集成于一体，方便器件更换过程，提高维护的便捷性。
[0032]散热器I上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关，散热器I基板上通过导热硅脂贴装有IGBT管、放电电阻Rl和防反二极管Dl。
[0033]机械外壳2上还设有安装架7，安装架7两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块，同时各模块结构紧凑，方便更换、维护设备。
【权利要求】
1.一种车载变流器功率模块，其特征在于:包括功率电路、驱动电路、电源模块、散热器、支撑电容Cl、母排和机械外壳，所述的功率电路为三相逆变全桥电路，散热器固定于该功率模块机械外壳的上部，机械外壳的前面板设有接线端子、电流传感器和多芯光纤驱动连接器；所述的母排为复合叠层低感母排，安装于功率电路和支撑电容Cl之间，母排为两侧向下弯曲结构，一侧与支撑电容Cl电连接，一端与接线端子电连接。
2.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的三相逆变全桥电路，由IGBT管Ql至Q6组成，QU Q2和Q3位于上桥臂，Q4、Q5和Q6位于下桥臂，上桥臂通过防反二极管Dl与直流输入端P+端相连，下桥臂与直流输入端N-端相连，三相逆变全桥电路的三相输出端分别通过一个霍尔电流传感器输出至U、V和W输出端。
3.根据权利要求2所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排为三层结构，从上到下依次为与直流输入端P+端相连的P+层、与直流输入端N-端相连的N-层、与U、V和W输出端相连的复合层，P+层、N-端和复合层的两端和中间相间设有4层绝缘层。
4.根据权利要求3所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的母排安装于功率电路的下端，母排上设有6组与IGBT管电连接的端子，每组端子中间均填充有绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的多芯光纤驱动连接器采用多组光纤电缆集于同一连接器内，该多芯光纤驱动连接器为功率电路提供驱动信号。
6.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:机械外壳上还设有安装架，安装架两侧设有安装滑道，通过推拉滑道方式装卸该功率模块。
7.根据权利要求2所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的支撑电容Cl为高压薄膜电容，直流输入端P+端与N-端之间并联接入支撑电容Cl与放电电阻R1。
8.根据权利要求1所述的车载变流器功率模块，其特征在于:所述的散热器上安装有对功率电路进行超温保护的温度开关。
【文档编号】H02M7/00GK103427669SQ201310371369
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】李博, 周扬, 张守春, 林祥礼, 杨东军, 位俊雷, 张利军, 张波, 张晓明, 谢峥, 李照平, 李刚, 张艳芳 申请人:青岛四方车辆研究所有限公司
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