一种高能量密度双向DC-DC变换器功率模块的制作方法

一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块
技术领域
1.本实用新型属于dc-dc变换器的技术领域，更具体地，涉及一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块。


背景技术：

2.大功率dc-dc变换器广泛应用于直流输配电、新能源发电等领域。dc-dc变换器主要包括原边功率单元、副边功率单元、变压器、电抗器等部分。传统变换器中功率器件为igbt，igbt体积大，损耗高难以工作于较高开关频率场合，变压器、滤波电抗、滤波电容体积难以降低。
3.现有技术中，igbt器件由于损耗需要考虑散热问题，由于igbt损耗高，所需散热器尺寸也相应增加，进一步使得传统dc-dc变换器尺寸难以缩小。此外，igbt单管的额定电压于工作电流有限，难以应用于高压大功率应用场合，采用模块串并联方案，可以解决上述问题。变换器的体积过大，在同等空间内模块数量减少，使得耐压于输出功率相应降低，限制其应用领域。所以减小功率模块体积，降低变换器损耗，提高变换器的能量密度是dc-dc变换器应用于高压大功率场合亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块，其中，功率模块通过串并联扩大了电压应用范围，提高输出功率，并且变换器功率能够双向传输，降低dc-dc变换器损耗，减小变换器体积，拓宽其应用场合。
5.本实用新型采用如下的技术方案。
6.本实用新型提出一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块，包括：原边功率模块，变压器模块，副边功率模块。
7.原边功率模块包括：原边功率模块外壳组件；其中，原边功率模块外壳组件包括：原边功率模块外壳，原边功率模块盖板，原边功率模块底板；原边功率模块外壳组件外部布置有：原边交流a端接线排绝缘支柱，原边交流a端接线排，原边交流b端接线排，原边交流b端接线排绝缘支柱；其中，原边交流a端接线排绝缘支柱固定支撑原边交流a端接线排，原边交流b端接线排绝缘支柱固定支撑原边交流b端接线排。
8.变压器模块包括：变压器模块外壳组件；变压器模块外壳组件包括：变压器模块外壳，变压器模块盖板，变压器模块底板；变压器模块外壳组件外部布置有：变压器副边交流a端接线排，变压器副边交流b端接线排，变压器原边交流a端接线排，变压器原边交流b端接线排。
9.副边功率模块包括：副边功率模块外壳组件；其中，副边功率模块外壳组件包括：副边功率模块外壳，副边功率模块盖板，副边功率模块底板；副边功率模块外壳组件外部布置有：副边交流a端接线排绝缘支柱，副边交流a端接线排，副边交流b端接线排，副边交流b端接线排绝缘支柱；其中，副边交流a端接线排绝缘支柱固定支撑副边交流a端接线排，副边
交流b端接线排绝缘支柱固定支撑副边交流b端接线排。
10.原边交流a端接线排通过变压器原边a端连接铜排连接变压器原边交流a端接线排；原边交流b端接线排通过变压器原边b端连接铜排连接变压器原边交流b端接线排；副边交流a端接线排通过变压器副边a端连接铜排连接变压器副边交流a端接线排；副边交流b端接线排通过变压器副边b端连接铜排连接变压器副边交流b端接线排。
11.原边功率模块外壳组件外部布置有：旁路接触器操作口；原边功率模块外壳组件内部布置有：旁路接触器，原边交流输出排，原边正极连接排，原边负极连接排；
12.旁路接触器操作口与旁路接触器电气连接；旁路接触器的一个触点与原边正极连接排连接，原边正极连接排与原边直流正极接线排连接；旁路接触器的另一触点与原边负极连接排连接，原边负极连接排与原边直流负极接线排连接。
13.原边功率模块外壳组件内部布置有：旁路板，旁路板安装板，上层支撑板、开关电源，主控板；其中，旁路板安装在旁路板安装板上，主控板和开关电源安装在上层支撑板上，旁路板安装板和上层支撑板均固定安装在原边功率模块外壳组件内部；
14.旁路接触器导通或开断旁路板，开关电源连接主控板。
15.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边水冷进水口，原边水冷出水口；
16.原边功率模块外壳组件内部布置有：第一功率板，第一散热器；原边水冷进水口、原边水冷出水口均与第一散热器连接；第一功率板安装在第一散热器上，第一散热器固定安装在原边功率模块外壳组件内部。
17.副边功率模块外壳组件外部布置有：副边水冷进水口，副边水冷出水口；副边功率模块外壳组件内部布置有：第二功率板，第二散热器；
18.副边水冷进水口、副边水冷出水口均与第二散热器连接；第二功率板安装在第二散热器上，第二散热器固定安装在副边功率模块外壳组件内部。
19.变压器模块外壳组件内部布置有：变压器组件、限流电抗器组件、原边隔直电容组件、副边隔直电容组件；其中，
20.变压器组件包括：变压器，变压器原边a端连接线，变压器原边b端连接线，变压器副边a端连接线，变压器副边b端连接线；变压器原边a端连接线和变压器原边b端连接线连接变压器的原边，变压器副边a端连接线和变压器副边b端连接线连接变压器的副边；
21.原边隔直电容组件包括：原边隔直电容器，原边隔直电容a端接线端子，原边隔直电容b端接线端子；原边隔直电容a端接线端子连接原边隔直电容器的一端，原边隔直电容b端接线端子连接原边隔直电容器的另一端；
22.副边隔直电容组件包括：副边隔直电容器，副边隔直电容a端接线端子，副边隔直电容b端接线端子；副边隔直电容a端接线端子连接副边隔直电容器的一端，副边隔直电容b端接线端子连接副边隔直电容器的另一端。
23.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边直流正极接线排，原边直流正极接线排绝缘支柱，原边直流负极接线排，原边直流负极接线排绝缘支柱；其中，原边直流正极接线排绝缘支柱固定支撑原边直流正极接线排，原边直流负极接线排绝缘支柱固定支撑原边直流负极接线排。
24.副边功率模块外壳组件外部布置有：副边直流负极接线排绝缘支柱，副边直流负极接线排，副边直流正极接线排，副边直流正极接线排绝缘支柱；其中，副边直流负极接线
排绝缘支柱固定支撑副边直流负极接线排，副边直流正极接线排绝缘支柱固定支撑副边直流正极接线排。
25.原边功率模块外壳组件外部固定原边功率模块把手，副边功率模块外壳组件外部固定副边功率模块把手。
26.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边通讯接口；副边功率模块外壳组件外部布置有：副边通讯接口；原边通讯接口通过光纤连接副边通讯接口。
27.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型提出的dc-dc变换器功率模块中，将原边功率模块、变压器模块和副边功率模块组合设计，实现设备紧凑化、模块化，便于运输和安装。变换器采用水冷散热结构，既避免模块内板卡积灰问题，而且缩小散热器体积。此外，变换器内各板卡采用分层结构，缩短布线长度，减小电磁干扰。并且分层结构合理优化空间布局，提升空间利用率，提高变换器能量密度。变换器原边功率模块具有旁路功能，当发生故障时及时旁路，不影响其他功率模块正常运行，拓宽其应用场合与应用范围，提高了系统运行稳定性。
附图说明
28.图1是本实用新型提出的一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块的外部主视图；
29.图2是本实用新型提出的一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块的侧视图；
30.图1至2中的附图标记说明如下：
31.1-原边功率模块外壳；2-原边直流正极接线排；3-原边直流正极接线排绝缘支柱；4-旁路接触器操作口；5-原边功率模块盖板；6-原边通讯接口；7-原边交流a端接线排绝缘支柱；8-原边交流a端接线排；27-原边交流b端接线排；28-原边交流b端接线排绝缘支柱；29-原边功率模块底板；30-原边水冷进水口；31-原边水冷出水口；32-原边功率模块把手；33-原边直流负极接线排；34-原边直流负极接线排绝缘支柱；
32.35-旁路板；36-旁路板安装板；37-上层支撑板；38-开关电源；39-第一功率板；40-主控板；63-原边交流输出排；64-第一散热器；65-原边正极连接排；66-旁路接触器；67-原边负极连接排；
33.9-变压器模块外壳；10-变压器模块盖板；26-变压器模块底板；41-变压器；42-原边隔直电容器；43-变压器副边a端连接线；44-变压器副边b端连接线；45-限流电抗器a端接线端子；46-限流电抗器b端接线端子；47-限流电抗器；48-副边隔直电容器；49-变压器副边a端连接铜排；50-变压器副边b端连接铜排；51-变压器副边交流a端接线排；52-变压器副边交流b端接线排；53-副边隔直电容a端接线端子；54-副边隔直电容b端接线端子；55-变压器原边a端连接线；56-变压器原边b端连接线；57-原边隔直电容a端接线端子；58-原边隔直电容b端接线端子；59-变压器原边交流a端接线排；60-变压器原边交流b端接线排；61-变压器原边a端连接铜排；62-变压器原边b端连接铜排；
34.11-副边功率模块外壳；12-副边交流a端接线排绝缘支柱；13-副边交流a端接线排；14-副边水冷进水口；15-副边水冷出水口；16-副边功率模块盖板；17-副边直流负极接线排绝缘支柱；18-副边直流负极接线排；19-副边直流正极接线排；20-副边直流正极接线排绝缘支柱；21-副边功率模块把手；22-副边功率模块底板；23-副边通讯接口；24-副边交
流b端接线排；25-副边交流b端接线排绝缘支柱；
35.图3是本实用新型提出的一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块的俯视图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
37.本发明提出一种高能量密度双向dc-dc变换器功率模块，如图1至3所示，包括：原边功率模块，变压器模块，副边功率模块。
38.原边功率模块包括：原边功率模块外壳组件；其中，原边功率模块外壳组件包括：原边功率模块外壳1，原边功率模块盖板5，原边功率模块底板29。
39.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边交流a端接线排绝缘支柱7，原边交流a端接线排8，原边交流b端接线排27，原边交流b端接线排绝缘支柱28；其中，原边交流a端接线排绝缘支柱7固定支撑原边交流a端接线排8，原边交流b端接线排绝缘支柱28固定支撑原边交流b端接线排27。
40.原边功率模块外壳组件外部布置有：旁路接触器操作口4；原边功率模块外壳组件内部布置有：旁路接触器66，原边交流输出排63，原边正极连接排65，原边负极连接排67。
41.旁路接触器操作口4与旁路接触器66电气连接；旁路接触器66的一个触点与原边正极连接排65连接，原边正极连接排65与原边直流正极接线排2连接；旁路接触器66的另一触点与原边负极连接排67连接，原边负极连接排67与原边直流负极接线排33连接。
42.原边功率模块外壳组件内部布置有：旁路板35，旁路板安装板36，上层支撑板37，开关电源38，主控板40；其中，旁路板35安装在旁路板安装板36上，主控板40和开关电源38安装在上层支撑板37上，旁路板安装板36和上层支撑板37均固定安装在原边功率模块外壳组件内部；旁路接触器66导通或开断旁路板35，开关电源38连接主控板40。
43.变换器原边功率模块具有旁路功能，当发生故障时及时旁路，不影响其他功率模块正常运行，拓宽其应用场合与应用范围，提高了系统运行稳定性。此外，变换器内各板卡采用分层结构，缩短布线长度，减小电磁干扰。并且分层结构合理优化空间布局，提升空间利用率，提高变换器能量密度。
44.变压器模块包括：变压器模块外壳组件；变压器模块外壳组件包括：变压器模块外壳9，变压器模块盖板10，变压器模块底板26；变压器模块外壳组件外部布置有：变压器副边交流a端接线排51，变压器副边交流b端接线排52，变压器原边交流a端接线排59，变压器原边交流b端接线排60。
45.变压器模块外壳组件内部布置有：变压器组件、限流电抗器组件、原边隔直电容组件、副边隔直电容组件；其中，
46.变压器组件包括：变压器41，变压器原边a端连接线55，变压器原边b端连接线56，变压器副边a端连接线43，变压器副边b端连接线44；变压器原边a端连接线55和变压器原边b端连接线56连接变压器41的原边，变压器副边a端连接线43和变压器副边b端连接线44连
接变压器41的副边；
47.原边隔直电容组件包括：原边隔直电容器42，原边隔直电容a端接线端子57，原边隔直电容b端接线端子58；原边隔直电容a端接线端子57连接原边隔直电容器42的一端，原边隔直电容b端接线端子58连接原边隔直电容器42的另一端；
48.副边隔直电容组件包括：副边隔直电容器48，副边隔直电容a端接线端子53，副边隔直电容b端接线端子54；副边隔直电容a端接线端子53连接副边隔直电容器48的一端，副边隔直电容b端接线端子54连接副边隔直电容器48的另一端。
49.副边功率模块包括：副边功率模块外壳组件；其中，副边功率模块外壳组件包括：副边功率模块外壳11，副边功率模块盖板16，副边功率模块底板22；副边功率模块外壳组件外部布置有：副边交流a端接线排绝缘支柱12，副边交流a端接线排13，副边交流b端接线排24，副边交流b端接线排绝缘支柱25；其中，副边交流a端接线排绝缘支柱12固定支撑副边交流a端接线排13，副边交流b端接线排绝缘支柱25固定支撑副边交流b端接线排24；
50.原边交流a端接线排8通过变压器原边a端连接铜排61连接变压器原边交流a端接线排59；原边交流b端接线排27通过变压器原边b端连接铜排62连接变压器原边交流b端接线排60；副边交流a端接线排13通过变压器副边a端连接铜排49连接变压器副边交流a端接线排51；副边交流b端接线排24通过变压器副边b端连接铜排50连接变压器副边交流b端接线排52。
51.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边水冷进水口30，原边水冷出水口31；
52.原边功率模块外壳组件内部布置有：第一功率板39，第一散热器64；
53.原边水冷进水口30、原边水冷出水口31均与第一散热器64连接；第一功率板39安装在第一散热器64上，第一散热器64固定安装在原边功率模块外壳组件内部。
54.副边功率模块外壳组件外部布置有：副边水冷进水口14，副边水冷出水口15；副边功率模块外壳组件内部布置有：第二功率板，第二散热器。
55.副边水冷进水口14、副边水冷出水口15均与第二散热器连接；第二功率板安装在第二散热器上，第二散热器固定安装在副边功率模块外壳组件内部。
56.变换器采用水冷散热结构，既避免模块内板卡积灰问题，而且缩小散热器体积。
57.变压器模块外壳组件内部布置有：变压器组件、限流电抗器组件、原边隔直电容组件、副边隔直电容组件；其中，
58.变压器组件包括：变压器41，变压器原边a端连接线55，变压器原边b端连接线56，变压器副边a端连接线43，变压器副边b端连接线44；变压器原边a端连接线55和变压器原边b端连接线56连接变压器41的原边，变压器副边a端连接线43和变压器副边b端连接线44连接变压器41的副边；
59.原边隔直电容组件包括：原边隔直电容器42，原边隔直电容a端接线端子57，原边隔直电容b端接线端子58；原边隔直电容a端接线端子57连接原边隔直电容器42的一端，原边隔直电容b端接线端子58连接原边隔直电容器42的另一端；
60.副边隔直电容组件包括：副边隔直电容器48，副边隔直电容a端接线端子53，副边隔直电容b端接线端子54；副边隔直电容a端接线端子53连接副边隔直电容器48的一端，副边隔直电容b端接线端子54连接副边隔直电容器48的另一端。
61.本实施例中，变换器功率模块中的开关器件选择sic moseft器件，提高开关频率，
缩小变压器与滤波元件尺寸，减小变换器体积。
62.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边直流正极接线排2，原边直流正极接线排绝缘支柱3，原边直流负极接线排33，原边直流负极接线排绝缘支柱34；其中，原边直流正极接线排绝缘支柱3固定支撑原边直流正极接线排2，原边直流负极接线排绝缘支柱34固定支撑原边直流负极接线排33。
63.副边功率模块外壳组件外部布置有：副边直流负极接线排绝缘支柱17，副边直流负极接线排18，副边直流正极接线排19，副边直流正极接线排绝缘支柱20；其中，副边直流负极接线排绝缘支柱17固定支撑副边直流负极接线排18，副边直流正极接线排绝缘支柱20固定支撑副边直流正极接线排19。
64.原边功率模块外壳组件外部固定原边功率模块把手32，副边功率模块外壳组件外部固定副边功率模块把手21。
65.原边功率模块外壳组件外部布置有：原边通讯接口6；副边功率模块外壳组件外部布置有：副边通讯接口23；原边通讯接口6通过光纤连接副边通讯接口23。
66.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。