一种通用型电力电子功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通用型电力电子功率模块，包括钢铁材质的模块外壳以及设于模块外壳底部的散热风机，散热风机上方设有散热器，散热器上方设有直流母排、连接直流母排的IGBT半桥和直流母排支撑电容，所述的IGBT半桥由IGBT管和IGBT驱动板组成，IGBT半桥上连接有温度保护开关，所述的直流母排上方设有接口板；本实用新型封装了完成电力变换的大部分核心部件，散热设计简洁合理，电磁兼容性和维修性好，扩展能力强，只需外加少量标准组件就能完成整套电力电子设备，降低了电力电子装置的开发难度和成本，提高了系统的安全性、通用性、维修性、紧凑性和可扩展性。
【专利说明】
一种通用型电力电子功率模块
技术领域
[0001]本实用新型属于电力电子领域，具体涉及一种通用型电力电子功率模块。
【背景技术】
[0002]目前，电力电子设备往往采用整体设计，散热设计和电磁兼容设计十分繁琐，而且维修性差。即使偶有模块化设计，也只封装了只能完成简单功能的少量部件，通用性不强。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于，克服现有技术的缺点，提出一种通用型电力电子功率模块。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种通用型电力电子功率模块，包括钢铁材质的模块外壳以及设于模块外壳底部的散热风机，散热风机上方设有散热器，散热器上方设有直流母排、连接直流母排的IGBT半桥和直流母排支撑电容，所述的IGBT半桥由IGBT管和IGBT驱动板组成，IGBT半桥上连接有温度保护开关，所述的直流母排上方设有接口板。
[0005]所述的一种通用型电力电子功率模块，其IGBT半桥有六个。
[0006]所述的一种通用型电力电子功率模块，其IGBT半桥输入/输出端连接有电流传感器。
[0007]所述的一种通用型电力电子功率模块，其直流母排上连接有电压传感器。
[0008]所述的一种通用型电力电子功率模块，其模块外壳侧板设有强电接口，强电输入侧位于侧板上部，强电输出侧位于侧板下侧。
[0009]所述的一种通用型电力电子功率模块，其模块外壳顶部设有弱电接口，弱电控制电位于顶部接口左侧，信号电位于顶部接口右侧。
[0010]本实用新型的有益效果是:
[0011]1.模块外壳(钢铁材质)封装了完成电力变换的大部分核心部件，极大地减小了该部分电路对外界的电磁福射，电磁兼容性好；
[0012]2.把工作电压高、工作电流大和能量密度大的电力变换电路封装进一个钢铁材质的外壳内，安全性高；
[0013]3.把完成电力变换的大部分核心部件封装进一个模块内，维修性好，紧凑程度高；
[0014]4.只需外加少量标准组件就能完成整套电力电子设备，降低了电力电子装置的开发难度和成本；
[0015]5.散热设计简洁合理，散热性能好，风道固定，可简化了配套电力电子设备的整体散热设计；
[0016]6.强电弱电分开，输入输出分开，安全性好，电磁兼容性好；
[0017]7.内置六个IGBT半桥可以快速配置成多种工作模式，使用方便灵活，可广泛适用于变频器、蓄电池充放电装置、交/直流稳压电源和交/直流稳流电源等多种应用场合，可扩展性好；
[0018]8.六个IGBT半桥有一定的冗余度，可以实施移相多重，也可以配置成H桥模式，可提升配套电力电子设备的整体性能指标。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型主视方向的结构简图；
[0020]图2为本实用新型侧视方向的结构简图；
[0021 ]图3为本实用新型的系统方框原理图；
[0022]图4为本发明用于蓄电池充放电装置的系统简图；
[0023]图5为SVPffM算法的基本原理图。
[0024]各附图标记为:i一模块外壳，2—IGBT半桥，3—温度保护开关，4一散热风机，5—散热器，6—电流传感器，7—电压传感器，8—直流母排，9 一直流母排支撑电容，10—接口板。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0026]参照图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种通用型电力电子功率模块，以在蓄电池充放电装置上的应用进行说明，重点在于模块组成、风道设计、接口设计和主回路设计。实施如下:
[0027]—种通用型电力电子功率模块，包括钢铁材质的模块外壳I以及设于模块外壳I底部的散热风机4，散热风机4自下往上吹风，热量散发更快，散热风机4上方设有散热器5，风道正对散热器5的散热面，有效散热面积大，无杂物阻碍，风阻小，散热能力强，而且风道固定，受外界干扰小，简化了配套电力电子设备的整体散热设计，散热器5上方设有直流母排
8、连接直流母排8的IGBT半桥2和直流母排支撑电容9，所述的IGBT半桥2由IGBT管和IGBT驱动板组成，IGBT半桥2上连接有温度保护开关3，所述的直流母排8上方设有接口板10，所述的IGBT半桥2有六个，可以快速配置成单相AC/单相AC、单相AC/DC、三相AC/三相AC、三相AC/DC、单相AC/三相AC、三相AC/单相AC、DC/单相AC、DC/三相AC和DC/DC等工作模式，使用方便灵活。由于开关管在设计有一定的冗余度，可以实施移相多重，增加最大工作总电流或提高模块工作的开关频率。此外，如果输入侧或输出侧为直流，模块还可以配置成H桥模式，提高输出响应速度。
[0028]进一步，所述的IGBT半桥2输入/输出端连接有电流传感器6，所述的直流母排8上连接有电压传感器7，所述的模块外壳I侧板设有强电接口，强电输入侧位于侧板上部，强电输出侧位于侧板下侧，所述的模块外壳I顶部设有弱电接口，弱电控制电位于顶部接口左侧，信号电位于顶部接口右侧，这样强电(动力电)弱电(控制电和信号电)分开输入输出分开。
[0029]本实用新型方案结构紧凑，配置方便灵活，散热设计简洁合理，电磁兼容性和维修性好，扩展能力强，只需外加少量标准组件就能完成整套电力电子设备，可广泛适用于变频器、蓄电池充放电装置、交/直流稳压电源和交/直流稳流电源等应用场合，降低了电力电子设备的开发难度和成本，提高了系统的安全性、通用性、维修性、紧凑性和可扩展性。
[0030]在工业应用中，由于国家电网的动力电接口常为三相380V交流电，所以功率模块输入侧采用三个IGBT半桥进行三相受控整流。值得注意的是，由于三相受控整流的最大输出电压有限制，为满足较高的输出电压，蓄电池充放电装置可增加三相隔离变压器，既可实现变压变换以配合输出电压，也可减少蓄电池充放电装置对电网的高次谐波污染。
[0031]功率模块输出侧为满足较大的要求最大输出电流，或者减小单相输出电流以提高输出侧开关管工作频率，可选择移相三重输出。也可随着要求最大输出电流的减小，为控制成本，而选择移相二重甚至单相输出。对应的，输出侧采用三个IGBT半桥、二个IGBT半桥或一个IGBT半桥进行BUCK/BOOST斩波。此外，为了提高输出响应速度，输出侧也可采用二个IGBT半桥，配置成H桥模式。
[0032]本发明功率模块用于蓄电池充放电装置时还需外加少量开关、电感、电容、传感器和控制器，如图4所示。
[0033]其中控制器可灵活配置，既可使用诸如PLC之类的可靠性高、选型丰富的成熟工业控制产品，也可自行开发设计满足特殊需求的定制控制系统。
[0034]输入侧三相受控整流，可采用正弦波脉宽调制(SPffM)控制方式控制或空间矢量控制(SVPffM)控制方式控制，其中SVPffM由于输出电压利用率高，谐波可以控制得更好，建议优先使用SVPffM作为输入侧三相受控整流的控制方式，其工作原理见如图5所示。
[0035]输出侧以移相三重为例，给蓄电池充电时，VS4—VS6均上管受控导通，下管强制截止(虽然下管的IGBT被禁用，但是下管的寄生二极管可用做BUCK电路的续流二极管)，此时输出电路处于BUCK工作模式，给蓄电池放电时，VS4—VS6均上管强制截止(虽然上管的IGBT被禁用，但是上管的寄生二极管可用做BOOST电路的续流二极管)，下管受控导通，此时输出电路处于BOOST工作模式。输出三相的输出管HVM波相位每相依次移相120°，脉宽由每相所在的电流传感器所测的支路电流作为控制量进行控制。如果要求较高的输出电流精度，可以选择任意一相以总电流传感器所测输出总电流减去另外两个支路的支路电流作为控制量进行控制。
[0036]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种通用型电力电子功率模块，其特征在于:包括钢铁材质的模块外壳(I)以及设于模块外壳(I)底部的散热风机(4)，散热风机(4)上方设有散热器(5)，散热器(5)上方设有直流母排(8)、连接直流母排(8 )的IGBT半桥(2)和直流母排支撑电容(9)，所述的IGBT半桥(2)由IGBT管和IGBT驱动板组成，IGBT半桥(2)上连接有温度保护开关(3)，所述的直流母排(8)上方设有接口板(10)。2.根据权利要求1所述的一种通用型电力电子功率模块，其特征在于，所述的IGBT半桥(2)有六个。3.根据权利要求2所述的一种通用型电力电子功率模块，其特征在于，所述的IGBT半桥(2 )输入/输出端连接有电流传感器(6 )。4.根据权利要求1所述的一种通用型电力电子功率模块，其特征在于，所述的直流母排(8 )上连接有电压传感器(7 )。5.根据权利要求1所述的一种通用型电力电子功率模块，其特征在于，所述的模块外壳(I)侧板设有强电接口，强电输入侧位于侧板上部，强电输出侧位于侧板下侧。6.根据权利要求1所述的一种通用型电力电子功率模块，其特征在于，所述的模块外壳(I)顶部设有弱电接口，弱电控制电位于顶部接口左侧，信号电位于顶部接口右侧。
【文档编号】H05K7/20GK205490101SQ201620266499
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】李俊, 阮会, 闵飞云
【申请人】中国船舶重工集团公司第七〇二研究所, 中国船舶重工集团公司第七一二研究所