一种复合功率装置的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种复合功率装置。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，采用大功率igbt为开关元件的功率单元应用日益广泛，现有的功率单元普遍只能实现一个电气功能，整流、逆变等功能需要通过多个功率单元来共同实现，因此导致用电设备内部的集成度较低，多个功率单元独立安装，需要增大设备体积，也会增加生产和施工成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明采用了高集成化的设计将h桥逆变电路、全波整流电路、隔直二极管电路、吸收电路、igbt驱动与保护等集成在一个功率装置上，实现了多功率单元的集成化和小型化，适应于电动车、电轨车等大功率电驱动技术领域。具体采用以下技术手段解决上述问题：

一种复合功率装置，其特征在于，包括压管式水冷基板、安装在所述压管式水冷基板上的电器元件、以及用于连接各个电器元件的逆变输入复合母排、交流输出复合母排、整流复合母排、连接铜排、直连片和跨连片，其中：

所述压管式水冷基板包括两侧的进水端和出水端，以及安装在压管式水冷基板内部的冷却盘管，所述冷却盘管的两端分别连通进水端和出水端，压管式水冷基板上设置有用于安装电器元件的多个安装孔；

所述电器元件包括第一igbt组、第二igbt组、驱动电路板、信号调理版、快速恢复二极管组、防反二极管、吸收电阻组、吸收电容组，其中：所述第一igbt组、第二igbt组、驱动电路板和逆变输入复合母排、交流输出复合母排能够组成h桥逆变电路，所述快速恢复二极管组和整流复合母排能够组成全桥整流电路，所述吸收电阻组、吸收电容组和连接铜排能够组成rc吸收电路，所述防反二极管和连接铜排能够组成直流防反电路，所述直连片和跨连片用于电器元件之间的连接。

优选的，所述逆变输入复合母排由逆变正极输入母排和逆变负极输入母排同向叠放组成，所述逆变正极输入母排的一端设置有连接直流正极的逆变正极输入端，所述逆变负极输入母排的一端设置有连接直流负极的逆变负极输入端，所述逆变输入复合母排的正反两面设置有逆变输出接口组，所述逆变输出接口组用于分别连接h桥逆变电路的四个输入端。

优选的，所述交流输出复合母排由第一交流输出母排和第二交流输出母排组成，所述第一交流输出母排和第二交流输出母排上设置有固定孔，所述第一交流输出母排的一端设置有第一交流输入端，所述第一交流输入端用于连接第一igbt组的电路中点，所述第一交流输出母排的另一端设置有第一交流输出端，所述第一交流输入端和第一交流输出端之间采用c型母排连通，所述第二交流输出母排的一端设置有第二交流输入端，所述第二交流输入端用于连接第二igbt组的电路中点，所述第二交流输出母排的另一端设置有第二交流输出端，所述第二交流输入端和第二交流输出端之间采用z型母排连通。

优选的，所述整流复合母排由直流正极母排和直流负极母排、第一交流输入母排和第二交流输入母排同向叠放组成，其中：所述直流正极母排设置有第一二极管阴极接口、第三二极管阴极接口和两个顶部左侧过孔；所述直流负极母排设置有第二二极管阳极接口、第四二极管阳极接口和两个顶部右侧过孔；所述第一交流输入母排设置有第三二极管阳极接口、第四二极管阴极接口和六个中部过孔；所述第二交流输入母排设置有第一二极管阳极接口、第二二极管阴极接口和六个底部过孔。

优选的，所述快速恢复二极管组包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管和整流复合母排组成全桥整流电路。

优选的，所述吸收电阻组包括两个或四个电阻，通过直连片和跨连片（8）能够改变rc吸收电路中的电阻值。

优选的，所述吸收电容组包括两个或四个电阻，通过直连片和跨连片（8）能够改变rc吸收电路中的电容值。

优选的，所述逆变输入复合母排、交流输出复合母排、整流复合母排和连接铜排表面进行了0.6-0.9mm的环氧粉末高温喷涂覆盖处理。

本发明的一种复合功率装置具有以下有益效果：

本发明将大功率器件igbt、二极管、水冷基板、叠层复合母排、铜排、吸收电容、吸收电阻、电流传感器等器件集成在一个功率单元上，实现逆变电路、整流回路、驱动保护电路、吸收电路、防反电路等电气攻读的高集成组合，部件功能整合在一起，解决了以下方面问题：（1）解决逆变电路、整流电路及防反电路组合应用问题；（2）解决了传统设计中接口多、体积大、布线复杂、安装维护不方便等缺点；（3）多种电气功能在一个功率单元上实现，达到多部件集成装配、小型化、轻量化的设计目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明中压管式水冷基板正面结构示意图；

图2是本发明中压管式水冷基板反面结构示意图；

图3是本发明中电器元件的正面布局示意图；

图4是本发明中电器元件的反面布局示意图；

图5是本发明的正面结构示意图；

图6是本发明的第一反面结构示意图；

图7是本发明的第二反面结构示意图；

图8是本发明中逆变输入复合母排的结构示意图；

图9是本发明中交流输出复合母排的结构示意图；

图10是本发明中整流复合母排的整体结构示意图；

图11是本发明中整流复合母排的顶层结构示意图；

图12是本发明中整流复合母排的中层结构示意图；

图13是本发明中整流复合母排的底层结构示意图；

图14是本发明中h桥逆变电路的结构示意图；

图15是本发明中全桥整流电路的结构示意图；

图16是本发明中防反电路的结构示意。

图中，1为压管式水冷基板101为进水端、102为出水端、103为安装孔、2为电器元件、201为第一igbt组、202为第二igbt组、203为驱动电路板、204为信号调理版、205为快速恢复二极管组、206为防反二极管、207为吸收电阻组、208为吸收电容组、3为逆变输入复合母排、301为逆变正极输入母排、302为逆变负极输入母排、303为逆变正极输入端、304为逆变负极输入端、305为逆变输出接口组、4为交流输出复合母排、401为第一交流输出母排、402为第二交流输出母排、403为固定孔、4011为第一交流输入端、4012为第一交流输出端、4021为第二交流输入端、4022为第二交流输出端、5为整流复合母排、501为直流正极母排、502为直流负极母排、503为第一交流输入母排、504为第二交流输入母排、5011为第一二极管阴极接口、5012为第三二极管阴极接口、5013为顶部左侧过孔、5021为第二二极管阳极接口、5022为第四二极管阳极接口、5023为顶部右侧过孔、5031为第三二极管阳极接口、5032为第四二极管阴极接口、5033为中部过孔、5041为第一二极管阳极接口、5042为第二二极管阴极接口、5043为底部过孔、6为连接铜排、7为直连片、8为跨连片。

具体实施方式

如图5和图6所示，一种复合功率装置，包括压管式水冷基板1、安装在压管式水冷基板1上的电器元件2、以及用于连接各个电器元件2的逆变输入复合母排3、交流输出复合母排4、整流复合母排5、连接铜排6、直连片7和跨连片8。其中，如图1和图2所示，压管式水冷基板1包括两侧的进水端101和出水端102，以及安装在压管式水冷基板1内部的冷却盘管，冷却盘管的两端分别连通进水端101和出水端102，压管式水冷基板1上设置有用于安装电器元件2的多个安装孔103。

实施例中，电器元件2包括第一igbt组201、第二igbt组202、驱动电路板203、信号调理版204、快速恢复二极管组205、防反二极管206、吸收电阻组207、吸收电容组208，电器元件2的具体布局如图3和图4所示。

具体的，第一igbt组201、第二igbt组202、驱动电路板203和逆变输入复合母排3、交流输出复合母排4能够组成h桥逆变电路，本实施例中的h桥逆变电路如图14所示，快速恢复二极管组205和整流复合母排5能够组成全桥整流电路，本实施例中的全桥整流电路如图15所示，吸收电阻组207、吸收电容组208和连接铜排6能够组成rc吸收电路，图15中rc吸收电路连接在直流的正反极之间，防反二极管206和连接铜排6能够组成直流防反电路，本实施例中直流防反电路如图16所示，直连片7和跨连片8用于电器元件2之间的连接，直连片7为两端带孔的金属片能够连接相邻接头，跨连片8为中部拱起且两端带孔的金属片能够连接不相邻的电路接头。

需要说明的是，参见图14至图16，v1～v2为半桥封装的2个igbt，作为逆变电路的2个桥臂，组成单相逆变电路。d1～d4为快恢复二极管模块，d1与d2、d3与d4分别串联后再并联，组成全波整流电路。r1与c1分别为吸收回路的电阻和电容，用来吸收二极管反向恢复时的过电压，电容电阻的最佳匹配最大限度的增大吸收能能力，d5为输出电路防反二极管，防止蓄电池的电流反向流入到功率装置，drv1和drv2是igbt的驱动电路，每块驱动电路板提供两路驱动信号，驱动一个逆变桥臂的两个igbt单元工作，同时将igbt开关状态信号反馈给控制单元。

信号调理板的作用是，当系统要求信号为电信号时，信号调理板接收控制器发送电信号，将电信号处理后传输给驱动板，通过驱动板控制igbt的通断，同时驱动板反馈电信号至信号调理板，经信号调理板处理后返回给控制器；在要求驱动电路光信号的条件下，无需使用该电路板。信号调理板的使用，使得该功率单元可适用于系统要求为光信号和电信号两种条件。

同时，选用高压大电流igbt，驱动板直接安装在igbt上，即可以节省空间，又可以避免因为驱动连线长，驱动信号受干扰问题。驱动板和信号调理板分装在水冷基板左侧和右侧，左右两侧电路板连线穿过水冷基板上的开孔进行连接，充分利用水冷基板现有空间。驱动板为光信号，当系统要求驱动信号为电信号时，使用该信号调理板将将电信号处理后传输给驱动板，同时驱动板反馈电信号至信号调理板，经信号调理板处理后返回给控制器，具有防止上下桥臂直通、dc/dc变换、电源监测、故障指示等功能。

如图8所示，逆变输入复合母排3由逆变正极输入母排301和逆变负极输入母排302同向叠放组成，逆变正极输入母排301的一端设置有连接直流正极的逆变正极输入端303，逆变负极输入母排302的一端设置有连接直流负极的逆变负极输入端304，逆变输入复合母排3的正反两面设置有逆变输出接口组305，逆变输出接口组305用于分别连接h桥逆变电路的四个输入端，叠层母排的设计，在降低杂散电感的同时节约空间，提高系统可靠性与可维护性。

如图9所示，交流输出复合母排4由第一交流输出母排401和第二交流输出母排402组成，第一交流输出母排401和第二交流输出母排402上设置有固定孔403，第一交流输出母排401的一端设置有第一交流输入端4011，第一交流输入端4011用于连接第一igbt组201的电路中点，第一交流输出母排401的另一端设置有第一交流输出端4012，第一交流输入端4011和第一交流输出端4012之间采用c型母排连通，第二交流输出母排402的一端设置有第二交流输入端4021，第二交流输入端4021用于连接第二igbt组202的电路中点，第二交流输出母排402的另一端设置有第二交流输出端4022，第二交流输入端4021和第二交流输出端4022之间采用z型母排连通，交流输出复合母排4有利于减小直流回路的分布电感和igbt关断电压尖峰，不仅节约空间，还避免电压信号受干扰。

如图10、图11、图12和图13所示，整流复合母排5由直流正极母排501和直流负极母排502、第一交流输入母排503和第二交流输入母排504同向叠放组成，其中：直流正极母排501设置有第一二极管阴极接口5011、第三二极管阴极接口5012和两个顶部左侧过孔5013；直流负极母排502设置有第二二极管阳极接口5021、第四二极管阳极接口5022和两个顶部右侧过孔5023；第一交流输入母排503设置有第三二极管阳极接口5031、第四二极管阴极接口5032和六个中部过孔5033；第二交流输入母排504设置有第一二极管阳极接口5041、第二二极管阴极接口5042和六个底部过孔5043。

具体的，可以进一步参考图15，快速恢复二极管组205包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管和整流复合母排5组成全桥整流电路，整流复合母排5和二极管之间通过导电螺丝连接，由于对应开设了顶部左侧过孔5013、顶部右侧过孔5023、中部过孔5033和底部过孔5043，过孔本身绝缘只是用于其他母排与元器件的连接，因此对应二极管可以直接连接在对应的母排上。

需要说明的是，吸收电阻组207包括两个或四个电阻，通过直连片7和跨连片8能够改变rc吸收电路中的电阻值，吸收电容组208包括两个或四个电阻，通过直连片7和跨连片8能够改变rc吸收电路中的电容值。如图6和图7所示，吸收电阻由串联关系变为了并联关系。这种设计，可以通过连接件可以轻易的改变电容和电阻的串并联关系，当电容选型不合适时，可以通过串并联方式的更改调整电容总值，实现最优取值，解决了传统吸收电容端子穿过复合母排与固定螺母连接，更换电容时需要拆卸整个母排，安装维护不方便的技术问题。

最后需要说明的是，逆变输入复合母排3、交流输出复合母排4、整流复合母排5和连接铜排6的表面进行了0.6-0.9mm的环氧粉末高温喷涂覆盖处理，0.7mm的喷涂厚度可达到10kv耐压。具体实施时，可以在逆变输入复合母排3、交流输出复合母排4、整流复合母排5和连接铜排6对应的位置钻孔，钻孔可以去除覆盖的环氧粉末使接线端处于非绝缘状态，同时，根据情况还可以在钻孔内部铆上导电铜环。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，基于该实施例的同等修改或者替换，并不超出本发明的保护范围。