功率模块及风力发电机组的变流器的制作方法

本实用新型涉及一种功率模块以及包括功率模块的风力发电机组的变流器。

背景技术：

目前，功率模块被广泛应用于风力发电机组中的变流器，其性能的优劣影响风力发电机组的性能。

在现有技术中，功率模块通常包括有源钳位电路和推挽驱动电路。然而，这样的功率模块中的绝缘栅双极型晶体管(igbt)的关断特性容易受过高的关断尖峰电压的影响，导致存在功率模块误动作的风险，并且会使得igbt端电压过高，导致igbt损坏。

另外，通过对风力发电机组的实际勘察发现，功率模块容易受到干扰，并且杂散电感较大，影响功率模块稳定运行。

总之，现有技术中的功率模块存在容易出现误动作、igbt端电压过高、容易受到干扰以及杂散电感大的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题而提出本实用新型。本实用新型的目的在于提供一种功率模块以及包括功率模块的风力发电机组的变流器，以防止由于igbt模块的关断尖峰电压过高导致功率模块误动作，减少干扰以及降低杂散电感，从而提高功率模块的稳定性。

根据一个总体方面，本实用新型提供一种功率模块包括：水冷基板；igbt模块，安装在所述水冷基板上；igbt适配板，设置在所述igbt模块上，并且被配置为驱动所述igbt模块；第一绝缘挡板，设置在所述igbt模块的第一侧，并且具有贯通孔；吸收电容，设置在所述igbt模块的集电极和发射极之间，并且位于所述igbt模块的第一侧；以及一体式层叠母排，设置在所述igbt模块的第一侧，穿过所述第一绝缘挡板的贯通孔电连接所述igbt模块和吸收电容。

优选地，所述一体式层叠母排可包括至少一对第一导电部和第二导电部，所述第一导电部穿过所述第一绝缘挡板的贯通孔并且电连接到所述igbt模块，所述第二导电部用于与外部连接。

优选地，所述第一导电部可包括第一连接端子和第二连接端子，所述第一连接端子和所述第二连接端子分别电连接到所述igbt模块的集电极和发射极。

优选地，所述吸收电容可包括第一电极端子和第二电极端子，所述第一连接端子和所述第二连接端子分别电连接到所述吸收电容的所述第一电极端子和所述第二电极端子。

优选地，所述吸收电容可设置在所述igbt模块的上方，所述吸收电容的第一电极端子和所述igbt模块的集电极可分别设置在所述第一导电部的第一连接端子的上侧和下侧，并且所述吸收电容的第二电极端子和所述igbt模块的发射极可分别设置在所述第一导电部的第二连接端子的上侧和下侧。

优选地，所述一体式层叠母排还可包括绝缘层，所述绝缘层将所述一体式层叠母排封装为使得所述第一导电部和所述第二导电部暴露出来，所述第一导电部和所述第二导电部分别位于所述绝缘层的相对的两侧。

优选地，所述功率模块还可包括：第二绝缘挡板，设置在所述igbt模块的与所述第一侧相对的第二侧，并且具有贯通孔；以及交流母排，设置在所述igbt模块的第二侧，所述交流母排穿过所述第二绝缘挡板的贯通孔电连接所述igbt模块。

优选地，所述igbt适配板上可设有多个元器件，多个元器件以贴片焊接方式固定在所述igbt适配板上，并且所述igbt适配板可包括保护层，所述保护层形成在所述igbt适配板的外表面上，并且所述保护层为具有防潮、防尘和防腐蚀性能的表面处理层。

优选地，所述igbt模块可包括三个并联设置的igbt，并且可包括三个吸收电容，三个所述吸收电容分别与三个所述igbt连接。

根据另一总体方面，本实用新型提供一种风力发电机组的变流器，所述变流器包括如上所述的功率模块。

根据本实用新型的功率模块可通过增加吸收电容来吸收igbt模块端部的过高的关断尖峰电压，有效地抑制igbt模块端部的过高的关断尖峰电压造成的过压冲击，从而减少功率模块的误动作。

根据本实用新型的功率模块在结构上进行优化，具体地可采用一体式叠层母排来降低杂散电感，从而改善功率模块稳定性。

另外，根据本实用新型的功率模块通过对电路设计和水冷基板设计进行优化，使得功率模块的故障率降低；通过改善igbt适配板上的元器件的连接方式，提升了igbt适配板的稳定性和可靠性；以及通过在igbt适配板上保护层，降低了由于环境问题引起的电路老化和损坏风险。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本实用新型的上述和其他方面、特点及其他优点将会变得清楚和更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的分解结构的示意图。

图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块在组装之后的结构的示意图。

图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块中的一体式层叠母排的示意图。

附图标记说明：

11-水冷基板；12-igbt模块；13-igbt适配板；14-第一绝缘挡板；15-第二绝缘挡板；16-一体式层叠母排；17-交流母排；18-吸收电容；161-第一导电部；162-第二导电部；163-绝缘层；1611-第一连接端子；1612-第二连接端子。

具体实施方式

在下文中，参照附图来详细说明本实用新型的优选实施例。应清楚的是，在下面对实施例的说明和附图中，以相同的附图标记指示相同或相似的组件，并省略重复的说明。

将理解的是，尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”来描述各种元件，但是这些元件将不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，在此描述的示例性实施例中所称的第一元件也可被称作第二元件。

另外，为了易于描述，下文中所称的“内”、“外”、“上”、“下”与附图本身的内、外、上、下方向一致，但并不对本实用新型的结构起限定作用。

图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块的分解结构的示意图，图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块在组装之后的结构的示意图。

如图1和图2所示，根据示例性实施例的功率模块可包括：水冷基板11、igbt12、igbt适配板13、第一绝缘挡板14、吸收电容18及一体式层叠母排16。其中，igbt模块12安装在水冷基板11上，igbt适配板13设置在igbt模块12上，用于驱动igbt模块12。第一绝缘挡板14设置在igbt模块12的第一侧，并且上面设有贯通孔。吸收电容18设置在igbt模块12的集电极(c)和发射极(e)之间，并且位于igbt模块12的第一侧。一体式层叠母排16也设置在igbt模块12的第一侧，其穿过第一绝缘挡板14的贯通孔，并电连接igbt模块12和吸收电容18。

igbt模块12可包括三个并联设置的igbt，即为三并联igbt模块。但igbt模块12中所包含的igbt的具体数量及连接方式，本公开并不限制。如图1和图2所示，根据示例性实施例的功率模块可设置有分别与三个并联设置的igbt相对应的三个吸收电容18，其中，每个吸收电容18可经由一体式层叠母排16连接到相应igbt。也就是说，吸收电容18与igbt模块12中的igbt成对地设置。

在现有技术中，功率模块通常使用有源钳位电路，而这样的功率模块存在以下技术问题：在igbt的开关管关断的瞬间，过高的关断尖峰电压会使有源钳位电路误动作，导致钳位电路的有效性降低，这会影响igbt模块的关断特性，使得功率模块存在误动作风险，并且过高的关断尖峰电压会使得igbt模块端电压过高，导致功率模块的损坏。然而，根据本实施例的功率模块使用了吸收电容18，吸收电容18可吸收igbt模块12中igbt开关管关断过程中的关断尖峰电压，与现有技术中的igbt模块设置有源钳位电路的结构相比，能够有效地抑制igbt模块关断过程中产生的尖峰电压对igbt模块造成的过压冲击。在这种情况下，吸收电容18可提高igbt模块的关断特性，从而减少功率模块误动作的风险。

如先前描述的，吸收电容18、第一绝缘挡板14、一体式层叠母排16均可设置在igbt模块12的第一侧，即吸收电容18、第一绝缘挡板14和一体式层叠母排16可设置在igbt模块12的同一侧。如图2所示，一体式层叠母排16可从第一绝缘挡板14的外侧插入到第一绝缘挡板14的贯通孔中，以穿过一体式层叠母排16的贯通孔电连接到igbt模块12和吸收电容18。具体地，位于一体式层叠母排16的内侧的接线端子，在穿过第一绝缘挡板14的贯通孔后，可位于第一绝缘挡板14的内侧，继而可电连接到吸收电容18的两端，并且可电连接到igbt模块12的集电极和发射极。稍后将结合图3详细地描述一体式层叠母排16的结构及其连接。

作为实施例，吸收电容18、一体式层叠母排16和igbt模块12可通过紧固件(诸如，螺栓、螺钉等)连接在一起。吸收电容18可设置在igbt模块12的上方，并且一体式层叠母排16可介于igbt模块12与吸收电容18之间，但不限于此。

图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率模块中的一体式层叠母排的示意图。

如图3所示，一体式层叠母排16可包括第一导电部161、第二导电部162和绝缘层163。第一导电部161、第二导电部162和绝缘层163可一体地形成，其中，绝缘层163可形成为将一体式层叠母排16封装为使得第一导电部161和第二导电部162暴露出来，并且第一导电部161和第二导电部162分别位于绝缘层163的相对的两侧。第二导电部162可电连接到外部，例如，第二导电部162可电连接到电容池的正极和负极。

参照图1至图3，第一导电部161可穿过第一绝缘挡板14的贯通孔并且电连接到igbt模块12。如图3所示，第一导电部161可包括第一连接端子1611和第二连接端子1612，第一连接端子1611和第二连接端子1612可分别电连接到igbt模块12的集电极和发射极。

作为实施例，第一导电部161可被设置为三组，其中每组包括一对第一连接端子1611和第二连接端子1612。每对第一连接端子1611和第二连接端子1612可分别电连接到igbt模块12中的相应igbt的集电极和发射极。也就是说，第一导电部161与igbt模块12中的igbt成对地设置。第一导电部161的组数可根据igbt模块12中的igbt的数量而改变，例如，当igbt模块12仅包括一个igbt时，第一导电部161可被设置为一组，即包括一对第一连接端子1611和第二连接端子1612。在图1至图3所示的示例中，igbt模块包括三个igbt，因此，第一导电部161设置为三组。

另外，吸收电容18可包括第一电极端子和第二电极端子，第一连接端子1611和第二连接端子1612还可分别电连接到吸收电容18的第一电极端子和第二电极端子。换句话说，igbt模块12的集电极和吸收电容18的第一电极端子同时连接到第一连接端子1611，igbt模块12的发射极和吸收电容18的第二电极端子同时连接到第二连接端子1612。

如先前所描述的，吸收电容18可设置在igbt模块12的上方，并且一体式层叠母排16可介于igbt与吸收电容18之间。具体地，吸收电容18的第一电极端子和igbt的集电极可分别设置在第一导电部161的第一连接端子1611的上侧和下侧，并且吸收电容18的第二电极端子和igbt的发射极可分别设置在第一导电部161的第二连接端子1612的上侧和下侧。

在这种情况下，在igbt开关管的关断的瞬间，吸收电容18可在igbt的端部处吸收过高的关断尖峰电压，从而防止igbt端电压过高导致igbt损坏。具体地，吸收电容18的两个电极端子通过紧固件固定在一体式层叠母排16的第一导电部161上侧，igbt的集电极和发射极可连接到第一导电部161的下侧，从而吸收电容18的两个电极端子可设置在igbt的集电极和发射极的上方。

在现有技术中，功率模块的信号线路过长，容易受到干扰，并且功率模块通常采用分体式母排，当进行安装时，在分体式母排的两组母排之间增加绝缘层进行电气隔离，但是这样做会产生较大的杂散电感。然而，在根据本实用新型的功率模块中，吸收电容18可通过一体式层叠母排16的第一导电部161连接到igbt模块12，即，吸收电容18与igbt模块12之间的距离可相对较近，减少干扰，使得杂散电感相对较小。

因此，与根据现有技术的功率模块相比，根据本实用新型的功率模块可通过使用一体式层叠母排16来降低杂散电感，从而提高功率模块的稳定性。

返回参照图1和图2，功率模块还可包括第二绝缘挡板15和交流母排17。

具体地，第二绝缘挡板15可设置在igbt模块12的与第一侧相对的第二侧。与第一绝缘挡板14相似，第二绝缘挡板15也可具有贯通孔，其中，贯通孔的形状没有特别限制。另外，第一绝缘挡板14和第二绝缘挡板15可具有较厚的厚度，以增加绝缘挡板的承重能力，减少绝缘挡板损坏风险，从而可以降低绝缘挡板的损坏率。

交流母排17可设置在igbt模块12的第二侧。如图2所示，交流母排17可通过紧固件(诸如，螺栓、螺钉等)固定到igbt模块12上。交流母排17可电连接到igbt模块12，具体地，交流母排17可穿过第二绝缘挡板15的贯通孔，以电连接到igbt模块12的交流端子。尽管示出了交流母排17具有连接到igbt模块12中的三个igbt的交流端子的三组接线端子，但不限于此，交流母排17可包括与igbt模块12的交流端子成对设置的连接端子。另外，交流母排17的与三组接线端子相对的另一侧可电连接到外部。作为实施例，交流母排17可以是一体式交流母排，但不限于此。

此外，根据实施例的水冷基板11具有散热功能。在水冷基板11的内部，可设置有引导冷却剂流过的流体通道。流体通道与外部进水管和出水管连通，以通过冷却水循环将igbt模块的热量带走。可通过增大水冷基板11内部的管流动通道的导热面积，来提高水冷基板11的导热能力，从而改善水冷基板11的散热功能。

根据实施例的功率模块中的igbt适配板13可包括多个元器件(未详细示出)。多个元器件可以是电容器、电阻器、二极管等，但不限于此。综合考虑igbt适配板的电磁兼容特性、抗干扰性能、线路载流能力、电气间隙等因素，多个元器件可以以贴片焊接方式(而非直插焊接方式)固定在igbt适配板13上，从而提升igbt适配板13的生产加工工艺的可靠性以及运行的稳定性。

igbt适配板13还可包括保护层(未示出)，以防止环境潮湿、灰尘过大、盐雾腐蚀等因素对igbt适配板13造成损伤。保护层可形成在igbt适配板13的外表面上。保护层可以是具有防潮、防尘和防腐蚀性能的表面处理层，但不限于此，只要保护层可起到防止外部环境对igbt适配板13造成损伤的作用即可。在igbt适配板13设置有保护层的情况下，可降低由于环境问题引起的功率模块老化和损坏风险。

如以上所阐述的，根据上述示例性实施例的功率模块可通过增加吸收电容来吸收igbt模块端部的过高的关断尖峰电压，有效地抑制igbt模块端部的过高的关断尖峰电压造成的过压冲击，从而减少功率模块的误动作。

另外，根据上述示例性实施例的功率模块在结构上可采用一体式叠层母排来降低杂散电感，从而改善功率模块稳定性。

此外，根据上述示例性实施例的功率模块可应用于风力发电机组的变流器，从而改善风力发电机组的变流器的性能。

上述实施例中的实施方案可以进一步相互组合或者替换，且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行的描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。