一种功率模块及电力电子变换器的制作方法

1.本发明涉及一种功率模块及电力电子变换器，属于直流配网设备技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着高压直流输电技术广泛应用于电力系统中，基于电力电子变换器的直流配网应用也越来越广泛。功率模块作为电力电子变换器的核心部件，直接影响着变换器的性能、可靠性以及可维护性。在功率模块中，功率器件的布局不仅影响变换器的各项性能指标，同时不合理的功率器件布局将直接影响变换器的散热性和可维护性，并且造成变换器整体尺寸设计的不合理和成本过高等问题。
3.例如申请公布号为cn110138238a的中国发明专利申请公开的一种功率模块，该功率模块包括机箱以及安装在机箱内的母线电容组、散热器和igbt模块，igbt模块安装在散热器基板上，机箱内具有自下而上通风的散热通道，散热通道的进风口位于机箱的底部，出风口位于机箱的顶部，方便igbt模块产生的热量通过散热通道排出柜外。但是，该功率模块还需要另外配置风机，集成性不高，会造成变换器整体尺寸过大。
4.对此，授权公告号为cn209709929u的中国实用新型专利公开了一种紧凑型风冷igbt功率模组，该功率模组通过在箱体内设置电容模块、散热模块、igbt模块、叠层母排，结合各模块的特性，合理分布节省空间，具体是电容模块、散热模块以及igbt模块之间通过叠层母排连接；散热模块包括散热器、散热器支架、风机和风机支架，igbt模块固定在散热器基板上，散热器和风机正对设置，增强了对igbt模块的散热效果；igbt模块包括驱动板，驱动板控制线连接到驱动转接板，用于驱动igbt工作。
5.上述功率模组集成了风机，器件布局更加合理紧凑，但是实际应用中，驱动转接板还需要通过导线连接出线端子排，进而再通过出线端子排连接其他控制设备，以实现对igbt的控制，然而现有的出线端子排都是位于箱体外部，占用箱体外部的空间，同样造成变换器整体尺寸设计不合理。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种功率模块，以解决现有出线端子排设置在功率模块的箱体外部、占用箱体外部空间而造成变换器整体尺寸设计不合理的问题；本发明的目的还在于提供一种电力电子变换器，以解决上述问题。
7.为实现上述目的，本发明中的功率模块采用如下技术方案：
8.一种功率模块，包括箱体、设置在箱体内的igbt模块和驱动转接板，驱动转接板通过第一导电连接件与igbt模块的驱动板连接，箱体内还设置有出线端子排，驱动转接板通过第二导电连接件与出线端子排连接，出线端子排具有用于连接外部控制设备的连接端子。
9.上述技术方案的有益效果在于：本发明在现有功率模块的基础上进行了改进，将出线端子排设置在功率模块的箱体内，使得驱动转接板直接在箱体内通过第二导电连接件
与出线端子排连接，而出线端子排具有用于连接外部控制设备的连接端子，保证了正常使用功能，且不占用箱体外部空间，从而可以优化变换器的整体尺寸设计，使尺寸设计更为合理。
10.进一步地，第二导电连接件采用导线，箱体内于驱动转接板的旁侧设置有绑线板，绑线板上设置有用于固定所述导线的绑线孔。
11.上述技术方案的有益效果在于：采用导线作为第二导电连接件，方便连接和布置，同时在驱动转接板的旁侧设置绑线板，利用绑线板上的绑线孔可以对导线进行绑扎固定，避免箱体内线束过于混乱。
12.进一步地，箱体内固定设置有绑线板支架，绑线板支架包括垂直相连的第一支架板和第二支架板，箱体包括侧面板，第一支架板的端部固定在侧面板上，所述绑线板固定在第一支架板上，第二支架板上固定有绝缘板，驱动转接板安装在绝缘板上。
13.上述技术方案的有益效果在于：绑线板支架通过第一支架板与箱体的侧面板固定连接，绑线板固定在第一支架板上，方便了绑线板的固定设置；第二支架板上固定有绝缘板，驱动转接板安装在绝缘板上，充分利用了绑线板支架，方便了驱动转接板的安装。
14.进一步地，所述侧面板上固定有整体呈u形的散热器架板，散热器架板和侧面板所围成的空间内设置有散热器，散热器架板包括两个平行的侧壁板以及连接两个侧壁板的连接板，两个侧壁板的端部均与侧面板固定连接，连接板上设置有露出散热器基板的露出口，igbt模块固定在散热器基板上；所述绑线板支架整体呈l形，所述第二支架板搭设并固定在连接板上。
15.上述技术方案的有益效果在于：散热器架板的设置方便布置散热器，且散热器架板整体呈u形，和侧面板共同围成设置散热器的空间，整体结构紧凑，简化了散热器架板的结构，有利于降低功率模块的重量和制造成本；同时，利用散热器架板的形状，方便与侧面板固定连接，同时通过在连接板上设置露出口，使得igbt模块可以直接固定在散热器基板上，方便对igbt模块进行散热；在此基础上，绑线板支架整体呈l形，第二支架板直接搭设并固定在连接板上，使得绑线板支架的整体结构简单，方便加工制造，同时也方便安装固定。
16.进一步地，所述侧面板上还固定有风道板，风道板和侧面板共同围成风道，箱体内还设置有风机，风道板的两端分别连接散热器架板以及风机的出风口，以使风机吹出的冷却气流通过所述风道进入散热器中。
17.上述技术方案的有益效果在于：通过设置风道板，且风道板和侧面板共同围成风道，整体结构紧凑，简化了风道板的结构；同时箱体内还设置有风机，集成化程度高，避免设置在箱体外部而占用外部空间，使得器件布局更加合理紧凑，并且风道板的两端分别连接散热器架板以及风机的出风口，这样风机吹出的冷却气流就可以通过风道进入散热器中，带走散热器散热的热量。
18.进一步地，风机、风道板、散热器架板成排布置，出线端子排安装在侧面板上且位于风机或风道板的一侧，绑线板支架位于与出线端子排相同的一侧。
19.上述技术方案的有益效果在于：充分利用箱体内空间以及侧面板的板面积，结构更加紧凑，同时绑线板支架位于与出线端子排相同的一侧，方便绑线板上固定的导线与出线端子排进行连接，避免箱体内走线混乱。
20.进一步地，绑线板支架间隔设置有两个，绑线板固定在两个绑线板支架的第一支
架板上，绝缘板固定在两个绑线板支架的第二支架板上。
21.上述技术方案的有益效果在于：两个绑线板支架间隔设置，不仅方便绑线板和绝缘板的安装固定，同时结构简单，避免设置成一整块完整的板而增加功率模块的重量。
22.进一步地，箱体内于出线端子排的旁侧设置有线槽，以供与外部控制设备连接的导线布置在线槽内。
23.上述技术方案的有益效果在于：与外部控制设备连接的导线可以布置在线槽内，避免箱体内走线混乱。
24.进一步地，功率模块还包括与igbt模块连接的叠层母排，叠层母排包括直流输入导电排和交流输出导电排，箱体包括框架，交流输出导电排通过绝缘支柱连接在框架上。
25.上述技术方案的有益效果在于：叠层母排方便直流输入和交流输出，同时通过框架和绝缘支柱方便叠层母排的安装固定。
26.为实现上述目的，本发明中的电力电子变换器采用如下技术方案：
27.一种电力电子变换器，包括机柜和设置在机柜内的功率模块，功率模块包括箱体、设置在箱体内的igbt模块和驱动转接板，驱动转接板通过第一导电连接件与igbt模块的驱动板连接，箱体内还设置有出线端子排，驱动转接板通过第二导电连接件与出线端子排连接，出线端子排具有用于连接外部控制设备的连接端子。
28.上述技术方案的有益效果在于：本发明在现有功率模块的基础上进行了改进，将出线端子排设置在功率模块的箱体内，使得驱动转接板直接在箱体内通过第二导电连接件与出线端子排连接，而出线端子排具有用于连接外部控制设备的连接端子，保证了正常使用功能，且不占用箱体外部空间，从而可以优化变换器的整体尺寸设计，使尺寸设计更为合理。
29.进一步地，第二导电连接件采用导线，箱体内于驱动转接板的旁侧设置有绑线板，绑线板上设置有用于固定所述导线的绑线孔。
30.上述技术方案的有益效果在于：采用导线作为第二导电连接件，方便连接和布置，同时在驱动转接板的旁侧设置绑线板，利用绑线板上的绑线孔可以对导线进行绑扎固定，避免箱体内线束过于混乱。
31.进一步地，箱体内固定设置有绑线板支架，绑线板支架包括垂直相连的第一支架板和第二支架板，箱体包括侧面板，第一支架板的端部固定在侧面板上，所述绑线板固定在第一支架板上，第二支架板上固定有绝缘板，驱动转接板安装在绝缘板上。
32.上述技术方案的有益效果在于：绑线板支架通过第一支架板与箱体的侧面板固定连接，绑线板固定在第一支架板上，方便了绑线板的固定设置；第二支架板上固定有绝缘板，驱动转接板安装在绝缘板上，充分利用了绑线板支架，方便了驱动转接板的安装。
33.进一步地，所述侧面板上固定有整体呈u形的散热器架板，散热器架板和侧面板所围成的空间内设置有散热器，散热器架板包括两个平行的侧壁板以及连接两个侧壁板的连接板，两个侧壁板的端部均与侧面板固定连接，连接板上设置有露出散热器基板的露出口，igbt模块固定在散热器基板上；所述绑线板支架整体呈l形，所述第二支架板搭设并固定在连接板上。
34.上述技术方案的有益效果在于：散热器架板的设置方便布置散热器，且散热器架板整体呈u形，和侧面板共同围成设置散热器的空间，整体结构紧凑，简化了散热器架板的
结构，有利于降低功率模块的重量和制造成本；同时，利用散热器架板的形状，方便与侧面板固定连接，同时通过在连接板上设置露出口，使得igbt模块可以直接固定在散热器基板上，方便对igbt模块进行散热；在此基础上，绑线板支架整体呈l形，第二支架板直接搭设并固定在连接板上，使得绑线板支架的整体结构简单，方便加工制造，同时也方便安装固定。
35.进一步地，所述侧面板上还固定有风道板，风道板和侧面板共同围成风道，箱体内还设置有风机，风道板的两端分别连接散热器架板以及风机的出风口，以使风机吹出的冷却气流通过所述风道进入散热器中。
36.上述技术方案的有益效果在于：通过设置风道板，且风道板和侧面板共同围成风道，整体结构紧凑，简化了风道板的结构；同时箱体内还设置有风机，集成化程度高，避免设置在箱体外部而占用外部空间，使得器件布局更加合理紧凑，并且风道板的两端分别连接散热器架板以及风机的出风口，这样风机吹出的冷却气流就可以通过风道进入散热器中，带走散热器散热的热量。
37.进一步地，风机、风道板、散热器架板成排布置，出线端子排安装在侧面板上且位于风机或风道板的一侧，绑线板支架位于与出线端子排相同的一侧。
38.上述技术方案的有益效果在于：充分利用箱体内空间以及侧面板的板面积，结构更加紧凑，同时绑线板支架位于与出线端子排相同的一侧，方便绑线板上固定的导线与出线端子排进行连接，避免箱体内走线混乱。
39.进一步地，绑线板支架间隔设置有两个，绑线板固定在两个绑线板支架的第一支架板上，绝缘板固定在两个绑线板支架的第二支架板上。
40.上述技术方案的有益效果在于：两个绑线板支架间隔设置，不仅方便绑线板和绝缘板的安装固定，同时结构简单，避免设置成一整块完整的板而增加功率模块的重量。
41.进一步地，箱体内于出线端子排的旁侧设置有线槽，以供与外部控制设备连接的导线布置在线槽内。
42.上述技术方案的有益效果在于：与外部控制设备连接的导线可以布置在线槽内，避免箱体内走线混乱。
43.进一步地，功率模块还包括与igbt模块连接的叠层母排，叠层母排包括直流输入导电排和交流输出导电排，箱体包括框架，交流输出导电排通过绝缘支柱连接在框架上。
44.上述技术方案的有益效果在于：叠层母排方便直流输入和交流输出，同时通过框架和绝缘支柱方便叠层母排的安装固定。
附图说明
45.图1为本发明中功率模块的一个视角的立体图；
46.图2为本发明中功率模块的另一个视角的立体图；
47.图3为本发明中功率模块的又一个视角的立体图；
48.图4为本发明中功率模块去掉各器件之后的立体图；
49.图5为本发明中功率模块的叠层母排的立体图。
50.图中：1、框架；2、侧面板；3、散热器架板；31、侧壁板；32、连接板；4、散热器；41、散热器基板；5、igbt模块；6、叠层母排；61、直流输入导电排；62、交流输出导电排；7、绑线板支架；71、第一支架板；72、第二支架板；8、绝缘板；9、驱动转接板；10、绑线板；11、出线端子排；
12、线槽；13、风道板；14、风机；15、吸收电容；16、风机电容；17、绝缘支柱；18、第一支架；19、第二支架。
具体实施方式
51.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
52.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
55.本发明中功率模块的优选实施例：
56.本发明在现有功率模块的基础上进行了改进，将出线端子排设置在功率模块的箱体内，使得驱动转接板直接在箱体内通过导线与出线端子排连接，而出线端子排具有用于连接外部控制设备的连接端子，保证了正常使用功能，且不占用箱体外部空间，从而可以优化变换器的整体尺寸设计，使尺寸设计更为合理。具体介绍如下：
57.如图1、图2和图3所示，功率模块包括箱体，箱体包括框架1和固定在框架1四周的侧面板2(图中只显示了一个侧面板)，当然箱体还包括顶板和底板(图中均未示出)。结合图4所示，侧面板2上固定有整体呈u形的散热器架板3，散热器架板3和侧面板2所围成的空间内设置有散热器4。具体地，散热器架板3包括两个平行的侧壁板31以及连接两个侧壁板31的连接板32，两个侧壁板31的端部均与侧面板2固定连接，散热器4分别与连接板32和侧面板2固定连接，连接板32上设置有露出散热器基板41的露出口，该露出口是一个比较大的长方形框口。
58.如图1～图3所示，功率模块还包括设置于箱体内且固定在散热器基板41上的igbt模块5，以对igbt模块5进行散热。功率模块还包括与igbt模块5连接的叠层母排6，结合图5所示，叠层母排6包括直流输入导电排61和交流输出导电排62，两种导电排均为铜排，其中，交流输出导电排62通过绝缘支柱17连接在框架1上。如图4所示，框架1上固定有三个l形的第一支架18，绝缘支柱17的一端与第一支架18连接，另外一端与交流输出导电排62连接。另外，叠层母排6上还固定有两个吸收电容15，用于吸收杂散电感引起的尖峰电压，避免igbt模块5损坏。
59.如图1～图4所示，侧面板2上还固定有风道板13，风道板13和侧面板2共同围成风
道。箱体内还设置有风机14，风道板13的两端分别连接散热器架板3以及风机14的出风口，也即风机14、风道板13、散热器架板3自下而上成排布置，使得风机14吹出的冷却气流可以直接通过上述风道进入散热器4中，带走散热器4散发的热量。此外，风道板13上固定有l形的第二支架19，第二支架19上安装有风机电容16。
60.如图1～图3所示，箱体内还设置有驱动转接板9，igbt模块5包括驱动板，驱动转接板9通过第一导电连接件(图中未示出)与igbt模块5的驱动板连接，第一导电连接件可以采用导线或者导电排。此外，侧面板2上还安装有出线端子排11，驱动转接板9通过第二导电连接件(图中未示出)与出线端子排11连接，出线端子排11具有用于连接外部控制设备的连接端子，以实现对igbt模块5的控制。并且，侧面板2上于出线端子排11的上下两侧分别安装有线槽12，以供与外部控制设备连接的导线布置在线槽12内，避免箱体内走线混乱。这样，通过将出线端子排11设置在箱体内，使得驱动转接板9可以直接在箱体内通过导线与出线端子排11连接，既保证了正常使用功能，又不占用箱体外部空间，从而可以优化变换器的整体尺寸设计，使尺寸设计更为合理。
61.另外，本实施例中的第二导电连接件也采用导线，方便连接和布置，箱体内于驱动转接板9的旁侧设置有绑线板10，绑线板10上设置有用于固定上述导线的绑线孔，从而可以对导线进行绑扎固定，避免箱体内线束过于混乱。为了方便驱动转接板9、绑线板10的布置，如图1～图4所示，箱体内固定设置有绑线板支架7，绑线板支架7整体呈l形且上下间隔设置有两个，绑线板支架7和绑线板10均为绝缘材质。具体地，绑线板支架7包括垂直相连的第一支架板71和第二支架板72，第一支架板71的端部固定在侧面板2上，绑线板10固定在两个绑线板支架7的第一支架板71上且位于靠近第二支架板72的位置。绑线板10的长度方向为上下方向，绑线板10具体也呈l形，其中一个侧边固定在第一支架板71上，另外一个侧边上设有上述的绑线孔。
62.两个绑线板支架7的第二支架板72均搭设并固定在散热器架板3的连接板32上，两个第二支架板72上固定有绝缘板8，驱动转接板9安装在绝缘板8上。这样从整体上来看，风机14、风道板13、散热器架板3以及散热器4占据箱体内的主要空间，出线端子排11及两个线槽12位于风机14的一侧，绑线板支架7、绝缘板8、驱动转接板9、绑线板10位于与出线端子排11相同的一侧且在出线端子排11的上方，从而充分利用了箱体内空间以及侧面板2的板面积，整体结构紧凑，集成化程度高，走线更加合理、便捷，电气性能可靠性大幅提升。
63.本发明的功率模块在组装时，框架1为平放设置，首先将散热器4放置在侧面板2上的合适位置，然后将散热器架板3放在散热器4外部，将散热器架板3与侧面板2固定连接，并将散热器4与散热器架板3固定连接，完成散热器4的安装。然后将三组igbt模块5依次固定到散热器基板41上，将叠层母排6连接固定到igbt模块5对应位置上，并通过绝缘支柱17实现交流输出导电排62与框架1之间的固定，然后将吸收电容15固定到叠层母排6对应位置上。接下来将两个绑线板支架7的第一支架板71固定到侧面板2上，将第二支架板72搭设并固定在散热器架板3的连接板32上，然后将绝缘板8固定在两个第二支架板72上，将绑线板10固定在两个第一支架板71上，然后将三个驱动转接板9依次固定在绝缘板8上。接着将风机14和风道板13固定在箱体内部对应位置上，将风机电容16固定在风道板13的第二支架19上，然后将出线端子排11及两个线槽12固定在侧面板2的对应位置上，出线端子排11与驱动转接板9之间通过导线连接，并且导线由绑线板10实现绑扎固定，同时驱动转接板9与igbt
模块5的驱动板之间也通过导线连接，即完成功率模块的组装。
64.在功率模块的其他实施例中：叠层母排可以只是与igbt模块进行连接，而不再与框架进行连接。
65.在功率模块的其他实施例中：箱体内可以不设置线槽，出线端子排直接通过导线连接外部控制设备。
66.在功率模块的其他实施例中：绑线板支架不是两个，而是仅有一个，此时绑线板支架的第一支架板和第二支架板均具有一定的宽度，保证能够稳定地固定绑线板和绝缘板。
67.在功率模块的其他实施例中：风机、风道板、散热器架板可以不是成排布置，例如风道板形成的风道不是直的，而是经过90度转弯，此时风机与散热器架板整体呈垂直布置。
68.在功率模块的其他实施例中：出线端子排还可以安装在侧面板上且位于风道板的一侧。
69.在功率模块的其他实施例中：根据igbt模块的具体布局，可以将出线端子排安装在侧面板上且位于风机或风道板的一侧，而绑线板支架位于不与出线端子排同侧的另外一侧。
70.在功率模块的其他实施例中：侧面板上可以不固定风道板，同时箱体内也不设置风机，此时的功率模块未集成风机，风机设置在箱体外部。
71.在功率模块的其他实施例中：散热器架板整体也可以是矩形框结构，或者侧面板上不固定散热器架板，此时散热器直接固定在侧面板上，而l形绑线板支架的第二支架板可以搭设并固定在散热器上，或者绑线板支架可以是u形，此时两侧平行的支架板直接固定在箱体的侧面板上。
72.在功率模块的其他实施例中：根据绑线板支架的具体设计，绑线板支架也可以直接固定在框架上，或者箱体内也可以不设置绑线板支架，此时绑线板直接固定在箱体的侧面板或者框架上。
73.在功率模块的其他实施例中：当第二导电连接件采用导线时，箱体内也可以不设置绑线板，导线直接连接驱动转接板和出线端子排，或者第二导电连接件也可以采用导电排，此时同样可以省去绑线板。
74.本发明中电力电子变换器的实施例为：电力电子变换器包括机柜和设置在机柜内的功率模块，其中功率模块的具体结构与上述实施例中的功率模块相同，在此不再重述。
75.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。