以水冷散热基板为基准的列车供电功率模块的制作方法

本实用新型涉及大功率电力机车和高速动车功率模块，具体为一种以水冷散热基板为基准的列车供电功率模块。

背景技术：

随着交流传动技术的发展，高功率密度的变流装置应用日益广泛，为了实现系统的轻量化、小型化及便于维修维护等特点，将系统牵引变流系统和辅助变流系统集成在一个变流器柜体内。整流、逆变用的多支功率器件进行安装集成，构成变流功率单元。

列车供电系统应用于列车辅助系统专为列车客用照明等低压设备提供电源。根据目前变流器发展趋势，列车供电柜体集成在变流器柜体内，供电功率模块也由布控整流变为全控整流模式即功率器件由二极管变为IGBT，散热模式采用水冷散热形式，这样做虽然导致功率模块的功耗增加，但方便冷却系统的集成和减小冷却系统体积，减小列车供电功率模块的体积，增强供电模块的散热能力。

现有的列车供电功率模块散热器往往采用风冷散热器，体积和重量较大且需要配置散热风机。现有技术的缺点如下：

1、散热功率不大，限制了功率模块的整体功率。

2、散热器体积庞大，使得功率模块复杂化。

3、结构臃肿，占据空间大。

技术实现要素：

本实用新型从现有技术的缺点出发，以列车供电功率模块为依托，解决辅助功率模块散热问题，提供一种以水冷散热基板为基准的列车供电功率模块。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种以水冷散热基板为基准的列车供电功率模块，包括水冷散热基板，所述水冷散热基板下表面安装驱动板安装框架、上表面安装IGBT四象限功率模块，所述水冷散热基板上表面后部安装绝缘支撑座，所述IGBT四象限功率模块外安装复合母排；所述复合母排的连接端子安装于绝缘支撑座上；所述水冷散热基板两侧安装用于保护IGBT四象限功率模块和复合母排的左保护支架和右保护支架。

所述水冷散热基板包括水冷主板，所述水冷主板上表面设有导水槽，所述水冷主板前部端面两侧设有冷却进水接头和冷却出水接头，所述冷却进水接头和冷却出水接头分别与导水槽两端连通；所述水冷主板前部端面设有两个定位销和一个高压连接器机械安装孔，所述高压连接器机械安装孔位于两个定位销中间。

所述水冷主板的具有导水槽上表面通过焊接钎焊板密封，所述钎焊板上焊接盖板。

所述水冷主板下表面和盖板表面均设有辅助部件机械安装孔。

本方案设计了一种以水冷基板为基准的列车供电功率模块。1、水冷基板单面放置功率器件，另一侧布置驱动板的高低压分离结构设计，结构简单，减小体积和重量；2、供电功率模块采用水冷散热形式，提高散热效率，可以将功率元件的热量及时有效散出。

在设计中可以选择大功率的IGBT，进而提高整个功率模块的功率。它不但实现了供电功率模块IGBT水循环散热，减小了功率模块体积，降低了功率模块复杂度，并且实现了变流主电路的高度集成，提高了功率模块工作的可靠性。

附图说明

图1a表示水冷散热基板的主体结构示意图。

图1b表示水冷散热基板的整体示意图。

图2表示复合母排结构示意图。

图3表示以水冷基板为基准的功率模块安装示意图。

图4表示以水冷基板为基准的功率模块结构示意图。

图中：1---IGBT四象限功率模块，2---水冷散热基板，2-11---导水槽，2-12---定位销，2-13---冷却进水接头，2-14---冷却出水接头，2-15---高压连接器机械安装孔，2-16---辅助部件机械安装孔；3---复合母排，3-1---正母排，3-2---负母排，3-31---交流母排A，3-32---交流母排B，3-11---正极连接端，3-12---负极连接端，3-13---交流连接端；4---驱动板安装框架，4-1---左保护支架，4-2---右保护支架，5---绝缘支撑座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种以水冷散热基板为基准的列车供电功率模块，如图3、4所示，包括水冷散热基板2，水冷散热基板2下表面安装驱动板安装框架4、上表面安装IGBT四象限功率模块1水冷散热基板2上表面后部安装绝缘支撑座5，IGBT四象限功率模块1外安装复合母排3；复合母排3的连接端子安装于绝缘支撑座5上；水冷散热基板2两侧安装用于保护IGBT四象限功率模块1和复合母排3的左保护支架4-1和右保护支架4-2。

整个供电功率模块以水冷基板为中心，一侧安装功率器件、复合母排、绝缘支撑座及保护支架，一侧安装驱动板及其框架支撑组件。水冷基板满足功率器件散热的同时，不仅提供了其他辅助部件的机械安装孔，而且实现了低压驱动板信号与功率器件高压电气连接的物理隔离，避免了不必要的电磁干扰。

如图1a、1b所示，水冷散热基板2包括水冷主板2-1，水冷主板2-1上表面设有导水槽2-11，水冷主板2-1前部端面两侧设有冷却进水接头2-13和冷却出水接头2-14，冷却进水接头2-13和冷却出水接头2-14分别与导水槽2-11两端连通；水冷主板2-1前部端面设有两个定位销2-12和一个高压连接器机械安装孔2-15，高压连接器机械安装孔2-15位于两个定位销2-12中间。

水冷主板2-1的具有导水槽2-11上表面通过焊接钎焊板2-2密封，所述钎焊板2-2上焊接盖板2-3。

水冷主板2-1下表面和盖板2-3表面均设有辅助部件机械安装孔2-16。

水冷散热基板适用于辅助集成化的功率模块，它以循环液体作为冷却剂，对其上安装的发热功率器件进行冷却，保证正常工作需要。

水冷散热基板的特性参数如下：

1）冷却液体

循环冷却液体可以是：纯水，纯水与防冻剂按40%、50%或60%的混合液(乙烯、乙二醇或丙二醇)和防腐剂。液体温度在-25℃(40%混合液)、-35℃(50%混合液)或者-40℃(60%混合液)到+85℃峰值之间。

2）热和水力学性能

散热功率： ≤20kW

热阻性能和压降在56%乙二醇和水的混合物下定义：

液体额定流速： 40±2 L/min

水冷基板热阻： ≤7℃/kW

测试压力： 8bar(相对)

工作温度范围(空气/液体): 空气-40℃～+75℃；

液体-40℃～+85℃。

3）机械支撑说明

该水冷基板双面散热，双面放置功率器件。水冷基板一面放置整流功率器件，另一面放置逆变功率器件。水冷基板两个散热安装面装有机械安装孔，满足功率模块机械支撑和驱动板安装需要；两个定位销之间设有高压快速连接装置的机械安装孔。

如图2所示，复合母排3由正母排3-1、负母排3-2和交流母排A 3-31、交流母排B 3-32叠压合成，正母排3-1、负母排3-2和交流母排A 3-31、交流母排B 3-32之间通过绝缘层隔离，其中，交流母排A 3-31和交流母排B 3-32并列位于负母排3-2表面；正母排3-1延伸有两个正极连接端3-11，作为正母排输出端子S1（DC+），负母排3-2延伸有两个负极连接端3-12，作为负母排输出端子S2（DC–），所述交流母排A 3-31延伸有一个交流连接端3-13，作为交流A相输入端子S3（A），所述交流母排B 3-32延伸有一个交流连接端3-13，作为交流B相输入端子S4（B）。

具体实施时，如图4所示，复合母排3从左至右依次为正母排输出端子S1（DC+）、负母排输出端子S2（DC–）、交流A相输入端子S3（A）、交流B相输入端子S4（B）、负母排输出端子S2（DC–）、正母排输出端子S1（DC+），并安装于绝缘支撑座5上。

本技术方案带来的有益效果如下：

1、采用模块化设计，便于维护更换，降低维护成本。

2、采用水冷散热、提高散热效率，可以将功率元件的热量及时有效散出。在设计中可以选择大功率的IGBT，进而提高整个功率模块的功率。

3、结构简单，减小体积和重量。在整个模块中占用的空间不大，水冷基板两侧都可以利用。不仅满足散热要求，还进一步简化装置结构，减轻重量，缩小体积。

4、以水冷基板为主的双侧结构设计不仅满足了部件安装需要，而且实现了低压信号与高压信号的电气隔离，避免出现高压电气连接对低压信号的电磁干扰。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。