一种通过PCB板连接的高压变频功率单元的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域，特别是一种通过PCB板连接的高压变频功率单元。

背景技术：

功率单元是使用电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器主回路中主要部件，每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器。

功率单元由整流器件、滤波器件、IGBT器件等组成，目前在行业中，功率单元都是用铜排将各器件进行相互连接的，暂时没有应用PCB板进行连接设计，功率模块的交流输入端经过整流二极管，将交流电转化为直流电，接着经过电容进行滤波，之后经过IGBT器件将直流电转化为交流电，最终到单元输出端。在此过程中安装时间还是相对较长，器件采用螺丝固定在铜排上的方式较多，增加了安装的工序，铜排连接会使模块整体重量加重，不利于搬运与整机的安装，同时安装还不够简便、易懂，导致出错率较高，并且通过铜排连接，器件之间的感抗较大，对IGBT器件的干扰较大，功率单元的效率较低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种分布电感较低、安装方便、重量较轻的通过PCB板连接的高压变频功率单元。本实用新型采用的技术方案是：

一种通过PCB板连接的高压变频功率单元，包括依次电性连接的交流输入端、整流模块、稳压滤波模块、IGBT模块、单元输出端，还包括叠层设置并且相互绝缘的第一PCB板组和第二PCB板组，所述交流输入端、整流模块、稳压滤波模块、IGBT模块、单元输出端设置在第一PCB板组或第二PCB板组上，所述第一PCB板组上设置有第一导电层组，所述第二PCB板组上设置有第二导电层组，所述交流输入端、整流模块、稳压滤波模块、IGBT模块、单元输出端上设置有正极端子、负极端子，所述交流输入端、整流模块、稳压滤波模块、IGBT模块、单元输出端的正极端子均通过第一导电层组电性连接，所述交流输入端、整流模块、稳压滤波模块、IGBT模块、单元输出端的负极端子均通过第二导电层组电性连接。

所述第一PCB板组包括第一PCB板、第三PCB板，第一导电层组包括设置在第一PCB板上的第一导电层以及设置在第三PCB板上的第三导电层，第二PCB板组包括第二PCB板、第四PCB板，第二导电层组包括设置在第二PCB板上的第二导电层以及设置在第四PCB板上的第四导电层，该第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板、第四PCB板依次叠层设置并且相邻PCB板之间绝缘，该第一导电层与第三导电层之间电性导通、该第二PCB板与第四PCB板之间电性导通。

所述第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板、第四PCB板上均设置有能够使第一导电层与第三导电层连通或者使第二导电层与第四导电层连通的通孔。

所述第一导电层为铜箔层或者锡层。

所述IGBT模块包括IGBT元件以及用于驱动IGBT元件运作的驱动元件，所述IGBT元件包括与稳压滤波模块电性连接的输入端、与单元输出端电性连接的输出端、与驱动元件电性连接的控制端。

所述稳压滤波模块内包括电解电容组，该电解电容组的正极与第一导电层电性连接并且电解电容组的负极与第二导电层电性连接，该电解电容组正极与IGBT元件输入端的距离小于该电解电容组负极与IGBT元件输入端的距离。

所述IGBT元件为压接式IGBT元件。

所述整流模块为压接式整流器。

还包括熔断器，该熔断器分别与交流输入端、整流模块电性连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过PCB板连接的高压变频功率单元，通过叠层PCB板组使功率单元的各部分器件电性连接，同时，此处将PCB板组分成第一PCB板组和第二PCB板组，此处各部分器件的处于高电位的正极端子(相当于引脚)均设置在第一PCB板组上，处于低电位的负极端子均设置在第二PCB板组上，高电位的正极端子、低电位的负极端子两者进行隔离，减少了对IGBT模块以及其他器件的干扰，同时采用PCB板进行连接，减轻了重量，减少了器件通过螺钉连接的数量，大大减少了线路之间的分布电感，提高了功率单元的效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本实用新型变频功率单元的结构示意图。

图2是本实用新型变频功率单元第一PCB板的示意图。

图3是本实用新型变频功率单元第四PCB板的示意图。

图4是本实用新型变频功率单元的原理图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本实用新型变频功率单元，包括依次电性连接的交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5，还包括叠层设置并且相互绝缘的第一PCB板组6和第二PCB板组7，所述交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5设置在第一PCB板组6或第二PCB板组7上，所述第一PCB板组6上设置有第一导电层组8，所述第二PCB板组7上设置有第二导电层组9，所述交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5上设置有处于高电位的正极端子以及处于低电位的负极端子，所述交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5的正极端子均设置在第一PCB板组6上并且通过第一导电层组8电性连接，所述交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5的负极端子均设置在第二PCB板组7上并且通过第二导电层组9电性连接。

其中，功率单元还可以包括熔断器11，该熔断器11分别与交流输入端1、整流模块2电性连接，当出现过流时，熔断器11关断，防止对变频功率单元造成损坏。

交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5可以设置在第一PCB板组6和第二PCB板组7，稳压滤波模块3可以由电解电容组31、均压电阻32、吸收电容33等元件构成，本优选实施例中第一PCB板组6上的第一导电层组8带高电位，第二PCB板组7上的第二导电层组9带低电位，交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5上处于高电位的正极端子均设置在第一PCB板组6上并且通过第一导电层组8连接，交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5上处于低电位的负极端子，包括接地端、负极端等等均设置在第二PCB板组7上并且通过第二导电层组9连接。

本设计通过叠层PCB板组使功率单元的各部分器件电性连接，同时，此处将PCB板组分成第一PCB板组6和第二PCB板组7，高电位的正极端子、低电位的负极端子两者进行隔离，减少了IGBT模块以及其他器件的干扰，同时采用PCB板进行连接，减轻了重量，减少了器件通过螺钉连接的数量，大大减少了线路之间的分布电感，提高了功率单元的效率，各个元件均采用PCB板进行连接，结构更加密集。

如图4所示，本设计IGBT模块4包括IGBT元件41以及用于驱动IGBT元件41运作的驱动元件42，所述IGBT元件41包括与稳压滤波模块3电性连接的输入端、与单元输出端5电性连接的输出端、与驱动元件42电性连接的控制端。此处驱动元件42包括控制板、驱动板以及为控制板、驱动板供电的电源板，电源板从导电层上进行取电，控制板与驱动板均设置在PCB板上。

本设计与铜排连接相比，通过PCB板连接的功率单元质量较轻，此处IGBT元件41为压接式IGBT元件，整流模块2包括整流二极管，也可以是压接式的二极管形成的压接式整流器，将IGBT元件42、整流模块2设置在相应的位置，并且通过螺钉压接固定，稳压滤波模块3的电容电阻可采用波峰焊等方式直接采用机器对器件进行焊接，节省了人工，操作简单。

如图1-图3所示，本设计优选实施例采用4层PCB板，第一PCB板组6包括第一PCB板61、第三PCB板62，第一导电层组8包括设置在第一PCB板61上的第一导电层81以及设置在第三PCB板62上的第三导电层82，第二PCB板组7包括第二PCB板71、第四PCB板72，第二导电层组9包括设置在第二PCB板71上的第二导电层91以及设置在第四PCB板72上的第四导电层92，该第一PCB板61、第二PCB板71、第三PCB板62、第四PCB板72依次叠层设置并且相邻PCB板之间绝缘，此处第一PCB板61、第二PCB板71、第三PCB板62、第四PCB板72呈高低电位交替分布，该第一导电层81与第三导电层82之间电性导通、该第二PCB板71与第四PCB板72之间电性导通，并且，为了便于导电层之间的导通，第一PCB板61、第二PCB板71、第三PCB板62、第四PCB板72上均设置有能够使第一导电层81与第三导电层82连通或者使第二导电层91与第四导电层92连通的通孔10，其中，假设交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5的任一设置在第一PCB板61上，正极端子与第一PCB板61上的第一导电层81连接，并且根据相应的走线设计使交流输入端1、整流模块2、稳压滤波模块3、IGBT模块4、单元输出端5依次相连，同时通过相应的通孔10使第一导电层81与第三导电层82连接，此处第三导电层82的走线可以与第一导电层81的走线大致相同，负极端子则从另一个通孔10延伸到第二PCB板71上，与第二导电层91和第四导电层92相连，此处第一导电层81、第二导电层91、第三导电层82、第四导电层92可以是铜箔层或者锡层,此处第一导电层81与第三导电层82连通的方式是通过铜箔连通。

在器件连接的线路之间存在分布电感，因此在直流部分稳压滤波模块3和IGBT模块4之间存在线路分布电感L，在IGBT模块4的上管关断瞬间，电感L会阻止电流迅速减小，会在电感L两端感应出瞬态尖峰电压△U，其大小由下式决定：△U＝Ldi/dt，由上式可知，在一定的di/dt时，产生的电压尖峰和分布电感大小成正比，分布电感增大会导致电压尖峰增大，使得IGBT模块4在关断时无法及时关断，导致IGBT模块4过压及影响功率单元的正常运行，而根据电磁学原理，在正负线路之间的分布电感为：其中l为导电极板的长度，w为导电极板的宽度，t为导电极板的厚度，d为正负极板之间的间隙，本设计采用PCB板叠层能够有效减少线路的分布电感，在本次设计中，PCB板采用4层PCB板，其中正负线路各两层，正负线路都是交替叠层的布局的，这样使得导电层之间的间隙变小，相邻导电层之间流过相反的电流，产生的磁场相互抵消，从而更好地降低了线路之间的分布电感。

另外，如图2、图3所示，IGBT元件41与电解电容组31的之间连接线路存在杂散电感，即存在压降，若电解电容组31正极远离IGBT元件会使得杂散电感增大从而导致电感两端电压增大，在IGBT元件41关断时，由于IGBT元件41内二极管的续流作用使得杂散电感电压与电解电容组31电压的叠加，导致IGBT元件41的上管的集电极电压增大，从而导致电压过大，存在IGBT元件41的二极管被击穿的隐患，由此，本设计在稳压滤波模块3上的电解电容组31与IGBT元件41的布置上，还做出相应的改进，稳压滤波模块3内包括电解电容组31，此处电解电容组31可以由至少一个电容串联而成，而本设计中点解电容组的优选实施例由三个电容串联而成，该电解电容组31的正极与第一导电层81电性连接并且电解电容组31的负极与第二导电层91电性连接，该电解电容组31正极与IGBT元件41输入端的距离小于该电解电容组31负极与IGBT元件41输入端的距离，电解电容组31正极一端比负极要更加靠近IGBT元件41，使得IGBT元件41与电解电容组31正极存在的电感减小，使得功率单元更加稳定。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。