一种含吸收及驱动系统的压接式igbt两电平功率单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元。该功率单元包含两个大功率压接式IGBT器件；在两个IGBT器件中间及两侧安装有三个集成了IGBT吸收和驱动装置的水冷板，吸收和驱动装置具有IGBT门极触发，过压、过流、短路、过热等多重保护措施，水冷板在IGBT工作时对整个功率单元进行散热；在水冷板外侧分别安装有绝缘压板及碟型弹簧压紧装置；整个功率单元用上下压板进行固定安装；上压板与上绝缘压块之间采用中心顶压的压紧方式，保证压在IGBT器件压接面上的压力可以均匀分布。本实用新型可用作为柔性直流输电换流阀，静止无功补偿功率单元，风力发电、太阳能发电变流器，中高压变频器等工业领域的可控整流及逆变单元核心部件使用。
【专利说明】
一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元
技术领域
[0001]本实用新型是工业领域的可控整流及逆变单元的核心部件，具体涉及一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元。
【背景技术】
[0002]在柔性直流输电换流阀，风力发电、太阳能发电变流器，中高压变频器等工业领域中，IGBT可控整流及逆变单元在其中起着重要的作用。
[0003]随着人类社会生产力的发展，目前以煤、石油、天然气为主的不可再生能源已经渐渐枯竭。因此，可再生能源包括太阳能，风能，生物质能，水能等越来越受到各个国家的重视。其中，太阳能和风能已经得到了广泛的推广和应用。一般情况下太阳能电场和风电场都处于人烟稀少的偏远地区，因此清洁能源的远距离输送至关重要。而柔性直流输电系统可以将清洁能源以更加高效的方式输送到能源使用密集区。在能源使用方面，电动机在能源的消耗方面所占比重非常大，为了提高电动机的工作效率，变频器起着越来越重要的作用，特别是在中高压变频领域，变频器将会起到不可替代的作用。
[0004]目前，IGBT可控整流及逆变单元中，模块式IGBT功率单元占据着主导地位。但随着电力电子技术的发展，模块式IGBT器件已经不能满足现有市场的需求，特别是在器件散热方面，由于模块式IGBT功率单元为单面散热，极大的限制了IGBT器件芯片单位面积的功率密度，最终造成模块式IGBT功率单元结构体积巨大，必须耗费高昂的成本来满足散热系统的要求。因此作为可控整流及逆变单元核心的IGBT器件，必须向更高的电压和电流等级以及更好的散热性能发展。压接式IGBT器件采用双面散热的结构，可以大大提高IGBT器件芯片单位面积下的功率密度。与传统的模块式IGBT器件相比，在相同电压和电流等级下，可大大减小IGBT器件以及散热系统的体积。但是对于压接式IGBT器件而言，由于其功率密度大，对散热性能要求非常高，必须采用水冷散热，且必须通过一定的压力使IGBT器件压装在水冷板上才能正常工作；另外由于压接式IGBT的器件特性，决定了压接式IGBT器件的压接平整度，及压接后的压力保持是一个技术难点。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，以克服现有模块式IGBT器件存在的单位功率下体积偏大，散热性能不好的缺陷。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，包括第一 IGBT和第二 IGBT以及第一水冷板、第二水冷板、第三水冷板，其特征在于:
[0008]所述第一IGBT上方安装有第一水冷板，在第一 IGBT和第二 IGBT之间安装有第二水冷板，在第二 IGBT下方安装有第三水冷板；
[0009]所述第一水冷板上方安装有上压板、中心顶压装置、上压块和上绝缘块，压接力通过上压板传导给中心顶压装置，然后通过上压块以及第一水冷板将压力依次传递给第一IGBT、第二水冷板、第二 IGBT、第三水冷板、下压块、碟型弹簧导柱、碟型弹簧及下压板；
[0010]所述第三水冷板下方安装有下压块、下绝缘块、碟型弹簧导柱和碟型弹簧，锁紧组件通过上压板和下压板将压力存储在碟型弹簧中，碟型弹簧受压变形后存储的能量将持续的对组件产生反作用力，可以保证第一 IGBT和第二 IGBT的压接力的要求;绝缘套管、上绝缘块和下绝缘块起内外绝缘的作用。
[0011]进一步地，所述第三水冷板集成有IGBT吸收电路及IGBT驱动电路。
[0012]进一步地，所述第二水冷板集成有IGBT吸收电路及IGBT驱动电路。
[0013]进一步地，所述IGBT吸收电路是由无感吸收电容、吸收二极管、水冷吸收电阻组成R⑶型吸收电路，且采用无感母线进行连接。
[0014]进一步地，所述IGBT驱动电路由驱动电路本体与驱动盒组成，其中驱动盒直接安装在水冷板上面。
[0015]进一步地，所述第一水冷板、第三水冷板、第二水冷板既作为水冷散热器使用，也作为导电母排使用。
[0016]进一步地，为保证压接力能够均匀分布到IGBT器件压接面上，采用了中心顶压的安装方式，所述中心顶压装置由中心顶压螺杆和螺帽组成。
[0017]进一步地，所述上绝缘块上面加工有多圈的沟槽，可以增大电流的爬电距离，增强功率电路与外界的绝缘能力。
[0018]进一步地，所述下绝缘块上面加工有多圈的沟槽，可以增大电流的爬电距离，增强功率电路与外界的绝缘能力。
[0019]进一步地，所述第一IGBT和第二IGBT为压接式IGBT器件，IGBT器件最大Vces电压为:4500V-6500V，最大Icp电流范围为:1500A?3000A，IGBT器件压接面为直径五英吋的圆面。
[0020]有益效果:
[0021]本实用新型通过上压板和下压板将压力存储在碟型弹簧中，碟型弹簧受压变形后存储的能量将持续的对组件产生反作用力，可以保证第一IGBT和第二IGBT的压接力的要求，保证了压接式IGBT器件具有良好的压接平整度。本实用新型在水冷板(19)和水冷板
(20)上增加了 IGBT吸收电路及IGBT驱动电路，解决了压接式IGBT的吸收无法安装及驱动电路不易安装的问题。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的立体图的结构图；
[0023]图2为本实用新型的正视图的结构图；
[0024]图3为本实用新型的剖面图的结构图。
[0025]结合图1?图3所示，具体附图标记如下:
[0026]1、无感吸收电容;2、吸收二极管;3、水冷吸收电阻;4、IGBT驱动;5、上压板;6、锁紧组件;7、绝缘套管;8、第一IGBT;9、第二IGBT; 10、下压板；11、中心顶压装置；12、上压块；13、上绝缘块；14、第一水冷板；15、下压块；16、碟型弹簧导柱；17、碟型弹簧；18、下绝缘块；19、第三水冷板;20、第二水冷板。
【具体实施方式】
[0027]下面结合图1?图3对本实用新型作进一步详细描述:
[0028]一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，包括由第一 IGBT8和第二IGBT9以及第一水冷板14、第二水冷板20、第三水冷板19组成的两电平结构;第一 IGBT8上方安装有第一水冷板14，在第一 IGBT8和第二 IGBT9之间安装有第二水冷板20，在第二 IGBT9下方安装有第三水冷板19;
[0029]第一水冷板14上方安装有上压板5、中心顶压装置11、上压块12、上绝缘块13，压接力通过上压板5传导给中心顶压装置11，然后通过上压块12以及第一水冷板14将压力依次传递给第一 IGBT8、第二水冷板20、第二 IGBT9、第三水冷板19、下压块15、碟型弹簧17导柱16、碟型弹簧17及下压板10;
[0030]第三水冷板19下方安装有下压块15、下绝缘块18、碟型弹簧17导柱16、碟型弹簧17，锁紧组件6通过上压板5和下压板10将要求的压力压到IGBT器件上。而碟型弹簧17在受压变形后存储的能量将持续的对组件产生反作用力，可以保证第一 IGBT8和第二 IGBT9的压接力的要求。
[0031]进一步地，所述的绝缘套管7套在锁紧组件6的4根螺栓上面，用来隔离IGBT器件与水冷板和外界的绝缘作用。
[0032]进一步地，所述的上绝缘块13和下绝缘块18分别套在上压块12和下压块15上面，其分别起到与上压板5和下压板10的绝缘作用，上绝缘块13和下绝缘块18上面加工有多圈的沟槽，可以增大电流的爬电距离。
[0033]进一步地，所述的第二水冷板20、第三水冷板19集成有IGBT吸收电路及IGBT驱动4电路。
[0034]进一步地，所述的IGBT吸收系统是由无感吸收电容1、吸收二极管2、水冷吸收电阻3组成RCD型吸收电路，RCD型吸收电路可以保证关断瞬间由杂散电感引起的电压尖峰降到IGBT器件的安全区域范围之内。
[0035]进一步地，所述的IGBT驱动4系统由驱动电路本体与驱动盒组成，其中驱动盒直接安装在水冷板上面，驱动盒里面安装的驱动电路是专门设计的针对压接式IGBT的专用驱动器。
[0036]进一步地，所述的第一水冷板14、第二水冷板20、第三水冷板19既作为水冷散热器使用，也作为导电母排使用；由于压接式IGBT器件在运行过程中会产生大量的热量，体积和单位面积功率密度大的因素决定了压接式IGBT器件的散热必须为水冷散热器，压接式IGBT器件的压接面为其集电极和发射极，因此水冷散热器也兼做导电母排的作用。
[0037]进一步地，所述的中心顶压装置11由中心顶压螺杆和螺帽组成，其主要功能是保证压接力能够均匀分布到IGBT器件压接面上，满足IGBT器件要求的均匀压接效果；另外螺杆和螺帽也可以对压接面的高度进行微调。
[0038]进一步地，所述的第一 IGBT8和第二 IGBT9为压接式IGBT器件，压接式IGBT器件区别于传统的模块式IGBT器件的主要特征在于，压接式IGBT器件为双面导电结构，IGBT器件的两端面分别为集电极和发射极，且兼具导电及散热功能；压接式IGBT器件对水冷散热器的平面度要求极高，对压接力也有很高的要求。
[0039]进一步地，所述的连接上压板5和下压板10的锁紧组件6主要由4根带有绝缘套管7的螺栓及防松螺母组成;在对压接式IGBT两电平功率单元进行压接时，首先使用液压机对组件加压至IGBT器件要求的额定压力值，此时用力矩扳手锁紧上压板5上面的防松螺母，去掉液压机后，锁紧组件6和碟型弹簧17将持续对组件产生相应的反作用力，以满足压接式IGBT器件对压力的要求。
[0040]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，包括第一 IGBT(S)和第二IGBT( 9)以及第一水冷板(14)、第二水冷板(20)、第三水冷板(19)，其特征在于: 所述第一 IGBT(8)上方安装有第一水冷板(14)，在第一 IGBT(8)和第二 IGBT(9)之间安装有第二水冷板(20)，在第二IGBT(9)下方安装有第三水冷板(19); 所述第一水冷板(14)上方安装有上压板(5)、中心顶压装置(11)、上压块(12)和上绝缘块(13)，压接力通过上压板(5)传导给中心顶压装置(11)，然后通过上压块(12)以及第一水冷板(14)将压力依次传递给第一 IGBT(8)、第二水冷板(20)、第二 IGBT(9)、第三水冷板(19)、下压块(15)、碟型弹簧导柱(16)、碟型弹簧(17)及下压板(10); 所述第三水冷板(19)下方安装有下压块(15)、下绝缘块(18)、碟型弹簧导柱(16)和碟型弹簧(17)，锁紧组件(6)通过上压板(5)和下压板(10)将压力存储在碟型弹簧(17)中。2.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述第三水冷板(19)集成有IGBT吸收电路及IGBT驱动电路。3.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述第二水冷板(20)集成有IGBT吸收电路及IGBT驱动电路。4.根据权利要求2或3所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述IGBT吸收电路是由无感吸收电容(1)、吸收二极管(2)、水冷吸收电阻(3)组成RCD型吸收电路，且采用无感母线进行连接。5.根据权利要求2或3所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述IGBT驱动电路由驱动电路本体与驱动盒组成，其中驱动盒直接安装在水冷板上面。6.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述第一水冷板(14)、第三水冷板(19)、第二水冷板(20)既作为水冷散热器使用，也作为导电母排使用。7.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述中心顶压装置(11)由中心顶压螺杆和螺帽组成。8.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述上绝缘块(13)上面加工有多圈的沟槽。9.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述下绝缘块(18)上面加工有多圈的沟槽。10.根据权利要求1所述的一种含吸收及驱动系统的压接式IGBT两电平功率单元，其特征在于:所述第一IGBT(8)和第二IGBT(9)为压接式IGBT器件，IGBT器件最大Vges电压为:4500V-6500V，最大Icp电流范围为:1500A?3000A，IGBT器件压接面为直径五英吋的圆面。
【文档编号】H02M1/00GK205725433SQ201620648911
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】吴企尧, 张朝山, 李卓智, 陆继鸣
【申请人】西安开天电力电子技术有限公司