专利名称：一种igbt功率模块系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种IGBT功率模块，具体涉及一种由IGBT功率模块组成的系统。
背景技术：
随着工业技术的快速发展，大型电力电子设备在各行业的应用越来越广泛，功率 等级和功率密度也越来越高，使用在电力电子设备中的IGBT功率模块，由于使用环境特 殊，要求功率模块结构紧凑、维护方便、功率密度高，因此，IGBT功率模块常常被设计成一个 功能完善的模块单元。目前，IGBT功率模块通常由多个分立的IGBT元件并联再结合相当数量的直流滤 波电容组成，现有的IGBT功率模块存在如下缺陷1、由于电力电子设备整机结构体积的限制，并联的IGBT元件数量有限，不能满足 高功率等级和高功率密度的需求；2、过多IGBT元件的直接并联不利于减小滤波电容与IGBT元件之间的杂散电感， 容易引起IGBT元件之间电流不均衡，而不均流问题给结构设计带来了很多问题；3、采用现有IGBT功率模块相互分立并联布置的方法，会导致电力电子设备整机 体积比较庞大，不利于整机体积的减小和功率密度的提高，并且给整机成本带来很大的压 力。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种IGBT功率模块系统，克服现有技术 缺陷，提高IGBT功率模块的功率等级和功率密度，满足电力电子设备对高功率等级和高功 率密度的IGBT功率模块的需要，使电力电子设备结构紧凑。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种IGBT功率模块系统， 包括两个独立的IGBT功率模块组件，每个所述IGBT功率模块组件的基板包括位于其两侧 向其背侧延伸的侧边，每个所述IGBT功率模块组件的IGBT散热器换热叶片一侧穿过所述 基板的对应安装孔位于该基板背侧；其特征在于，两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边 相适配并配合形成自模块组件安装IGBT模块一侧的下侧向安装电解电容一侧的上侧的通 风通道；所述IGBT功率模块系统还包括上侧附件、下侧附件和风机，所述上侧附件将两 个所述IGBT功率模块组件相配合的基板侧边上端连接成一体，所述下侧附件将两个所述 IGBT功率模块组件相配合的基板侧边下端连接成一体；所述风机安装在所述上侧附件或 下侧附件上并保证风机进风口或出风口位于所述通风通道内。在本实用新型的IGBT功率模块系统中，每个所述IGBT功率模块组件包括换热器， 该换热器两侧表面分别与功率模块组件的IGBT模块、IGBT散热器的配合表面相适配，所述 IGBT模块、换热器、IGBT散热器依次配合安装在所述基板上。在本实用新型的IGBT功率模块系统中，所述风机安装在所述下侧附件上；所述上侧附件为长方体，该长方体与所述通风通道上端相适配，该长方体主平面为通风面，该长方 体一端或两端侧边与两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边上端端部连接；所述下侧附 件与所述通风通道下端相适配，该下侧附件包括带有进风口的风机安装面、位于该风机安 装面一端或两端连接两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边下端的端部侧边。在本实用新型的IGBT功率模块系统中，两个所述IGBT功率模块组件基板的相配 合的侧边的一侧下端包括允许所述风机通过的缺口，所述风机安装在所述下侧附件上；所 述上侧附件为长方体，该长方体与所述通风通道上端相适配，该长方体主平面为通风面，该 长方体一端或两端侧边与两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边上端端部连接；所述下 侧附件与所述通风通道下端相适配，该下侧附件包括风机安装板和下端连接件，该风机安 装板和下端连接件分别包括对应的风机进风口，所述风机安装板包括带有所述进风口、安 装所述风机并可通过所述基板侧边下端缺口的底板、位于该底板一侧的导向侧边和位于该 底板一端与所述基板侧边下端缺口相配合的端部侧边，所述下端连接件包括位于其两侧的 第一侧边、位于其一端连接两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边下端的第二侧边和位 于其另一端与所述第二侧边相对的通道口，该通道口宽度允许所述风机安装板通过。在本实用新型的IGBT功率模块系统中，所述IGBT功率模块组件包括与所述IGBT 模块适配并连接在其上方的IGBT保护罩。在本实用新型的IGBT功率模块系统中，两个所述IGBT功率模块组件的所述基板 的侧边对接配合，该两个所述IGBT功率模块组件结构沿配合面相对称。实施本实用新型的IGBT功率模块系统，与现有技术比较，其有益效果是1.通过解决IGBT模块散热问题，将两个独立的IGBT功率模块组件构成一个结构 紧密的IGBT功率模块系统，提高了功率等级和功率密度，使设备空间利用更为充分，体积 更优化；2.由于IGBT功率模块系统结构紧凑，能够较好地解决多个IGBT并联带来的不均 流问题，使结构设计简单化；3.使用该IGBT功率模块系统的设备整机可以实现体积更小化，成本更优化。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型IGBT功率模块系统一种实施例的立体分解示意图。图2是本实用新型IGBT功率模块系统的主视图。图3是本实用新型IGBT功率模块系统的轴侧图。图4是本实用新型IGBT功率模块系统中的IGBT功率模块组件一种实施方式的立 体图。图5是本实用新型IGBT功率模块系统中上侧附件一种实施方式的立体图。图6是本实用新型IGBT功率模块系统中下侧附件的下端连接件9的立体图。图7是本实用新型IGBT功率模块系统中保护罩10的立体图。图8是本实用新型IGBT功率模块系统中下侧附件的风机安装板18与风机19的 结构分解立体图。图9是本实用新型IGBT功率模块系统 换热器11与IGBT散热器20的结构分解立体图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图8所示，本实用新型的IGBT功率模块系统包括两个独立 的IGBT功率模块组件5和6、上侧附件8、下侧附件和风机19。本实用新型IGBT功率模块系统中的IGBT功率模块组件为具有完整功率放大功能 的IGBT功率模块。在本实施例中，如图1、图4所示，IGBT功率模块组件包括基板1、直流 滤波电解电容13、正直流和负直流Bus连接铜排14、绝缘纸15、无感吸收电容17、IGBT门 极附加板4、IGBT驱动板7、IGBT模块3、IGBT散热器11、交流引出铜排2、IGBT散热器20、 电解电容串联和并联铜排16。IGBT模块3、IGBT门极附加板4和IGBT驱动板7固定连接在IGBT散热器11上。 正直流和负直流Bus连接铜排14，绝缘纸15和无感吸收电容17都固定连接在直流滤波电 解电容13和IGBT模块3上，同时IGBT散热器11和直流滤波电解电容13固定连接在基板 1上，直流滤波电解电容13与IGBT散热器11之间保持一定的距离间隔设置。电解电容串联和并联铜排16把多个直流滤波电解电容13串联和并联连接，以达 到增大电解电容容量和承受更高电压的目的；正直流和负直流Bus连接铜排14以最短捷的 路径，把IGBT模块3和直流滤波电解电容13连接，并于组件的顶部引出接线排；无感吸收 电容17直接压接在IGBT模3的正负两端；每个IGBT模块3上面附加了一块IGBT门极附 加板4 ；IGBT驱动板7置于IGBT散热器11和IGBT模块3的上方，通过铜锣柱支撑在IGBT 散热器11上面；交流引出铜排2把多个IGBT模块3的交流侧短接和并联，以达到IGBT并 联使用的目的。在其他实施例中，IGBT功率模块组件可以采用其他满足完整功率放大功能的结 构。在本实施例中，两个IGBT功率模块组件5和6采用如下结构两个IGBT功率模块 组件的基板的侧边对接配合，两个IGBT功率模块组件结构沿配合面相对称。在其他实施例 中，两个IGBT功率模块组件5和6可以采用不同的结构，也能够实现本发明目的。每个IGBT功率模块组件5、6的基板1包括位于其两侧向其背侧延伸的侧边101， 每个IGBT功率模块组件5、6的IGBT散热器20的换热叶片一侧穿过基板1的对应安装孔 位于基板1的背侧，两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101相适配并配合形成自模块 组件安装IGBT模块3 —侧的下侧向安装电解电容13 —侧的上侧的通风通道。在本实施例中，两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101相适配采用基板侧边 101的间距宽度相同、两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101相互对接配合的结构，形 成通风通道。在其他实施例中，两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101相适配采用一 个IGBT功率模块组件的基板侧边101的内侧间距宽度与另一个IGBT功率模块组件的基板 侧边101的外侧间距宽度相配合、两功率模块组件的基板侧边101相互嵌套配合的结构形 成通风通道，也能够实现本发明目的。在本实施例中，风机19安装在下侧附件上，风机的出风口位于通风通道内。在其 他实施例中，风机19也可以安装在上侧附件上，风机的进风口位于通风通道内。如图5所示，在本实施例中，上侧附件8采用长方体结构，该长方体与两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101构成的通风通道上端相适配，长方体的主平面为通风面，长 方体的一端或两端侧边与两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101上端端部连接(可 以采用螺纹连接、焊接等连接结构)。在其他实施例中，上侧附件8可以采用其他将两个IGBT功率模块组件5、6相配合 的基板侧边101的上端连接成一体的结构，如采用连接板结构将两个IGBT功率模块组件5、 6相配合的基板侧边101的一侧上端或两侧上端连接成一体等。如图1、图6、图8所示，在本实施例中，下侧附件采用如下结构(此时，如图1所 示，两个IGBT功率模块组件5、6的基板101相配合的侧边的一侧下端包括允许风机19通 过的缺口)下侧附件包括风机安装板18和下端连接件9。风机安装板18和下端连接件 9分别包括对应的风机进风口，风机安装板18包括带有进风口、安装风机并可通过基板侧 边101下端缺口的底板、位于该底板一侧的导向侧边和位于该底板一端与所述基板侧边下 端缺口相配合的端部侧边，端部侧边可以与基板侧边可以采用螺栓连接或卡接方式进行连 接，也可以采用相互配合但不连接的结构方式。下端连接件9包括位于其两侧的第一侧边、 位于其一端连接两个IGBT功率模块组件基板的侧边下端的第二侧边和位于其另一端与第 二侧边相对的通道口，该通道口宽度允许风机安装板通过。采用本实施例的下侧附件结构， 在风机19发生故障时，可以直接将风机安装板18抽出，对安装在风机安装板18上的风机 19进行维修，而不需要拆除下端连接件9，大大方便了对风机19的维修操作。在其他实施例中，下侧附件还可以采用如下结构当风机19安装在上侧附件上 时，下侧附件可以采用将两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101的下端连接成一体的 结构，如采用连接板结构将两个IGBT功率模块组件5、6相配合的基板侧边101的一侧下端 或两侧下端连接成一体；当风机19安装在下侧附件上时，下侧附件可以采用其他与通风通 道的下端相适配的结构，如采用如下结构下侧附件包括带有进风口的风机安装面、位于该 风机安装面一端或两端连接两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101的下端端部的侧 边，通过该侧边将两个IGBT功率模块组件5、6的基板侧边101的下端连接成一体。为了提高IGBT功率模块组件对IGBT模块3的换热效率，在本实施例中，每个IGBT 功率模块组件设置换热器11 (如图4、图9所示)，换热器11的两侧表面分别与功率模块组 件的IGBT模块3、IGBT散热器20的配合表相适配，IGBT模块3、换热器11和IGBT散热器 20依次配合安装在基板1上，换热器11可以实现将IGBT模块3的热量快速传递到IGBT散 热器20，达到提高换热效率的目的。换热器11可以采用包括但不限于以水为冷却介质的换热器、以氟利昂为冷却介 质的换热器等。在其他实施例中，可以不设置换热器11，不影响本实用新型基本发明目的的实现。如图1、图7所示，为了保护IGBT模块3并实现美观的目的，设置IGBT保护罩10， 保护罩10与IGBT模块3适配并连接在IGBT模块3的上方。如图1所示，当本实用新型的IGBT功率模块系统安装在一个端部封闭的桶式结构 100中(如机箱中)时，空气会在该封闭环境中形成循环的冷却气流，当本实用新型的IGBT 功率模块系统安装在一个敞开环境中时，IGBT功率模块系统从一端进风、另一端出风，形成 冷却气流。
权利要求一种IGBT功率模块系统，包括两个独立的IGBT功率模块组件，每个所述IGBT功率模块组件的基板包括位于其两侧向其背侧延伸的侧边，每个所述IGBT功率模块组件的IGBT散热器换热叶片一侧穿过所述基板的对应安装孔位于该基板背侧；其特征在于，两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边相适配并配合形成自模块组件安装IGBT模块一侧的下侧向安装电解电容一侧的上侧的通风通道；所述IGBT功率模块系统还包括上侧附件、下侧附件和风机，所述上侧附件将两个所述IGBT功率模块组件相配合的基板侧边上端连接成一体，所述下侧附件将两个所述IGBT功率模块组件相配合的基板侧边下端连接成一体；所述风机安装在所述上侧附件或下侧附件上并保证风机进风口或出风口位于所述通风通道内。
2.如权利要求1所述的IGBT功率模块系统，其特征在于每个所述IGBT功率模块组 件包括换热器，该换热器两侧表面分别与功率模块组件的IGBT模块、IGBT散热器的配合表 面相适配，所述IGBT模块、换热器、IGBT散热器依次配合安装在所述基板上。
3.如权利要求1所述的IGBT功率模块系统，其特征在于所述风机安装在所述下侧 附件上；所述上侧附件为长方体，该长方体与所述通风通道上端相适配，该长方体主平面为 通风面，该长方体一端或两端侧边与两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边上端端部连 接；所述下侧附件与所述通风通道下端相适配，该下侧附件包括带有进风口的风机安装面、 位于该风机安装面一端或两端连接两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边下端的端部侧 边。
4.如权利要求1所述的IGBT功率模块系统，其特征在于两个所述IGBT功率模块组件 基板的相配合的侧边的一侧下端包括允许所述风机通过的缺口，所述风机安装在所述下侧 附件上；所述上侧附件为长方体，该长方体与所述通风通道上端相适配，该长方体主平面为 通风面，该长方体一端或两端侧边与两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边上端端部连 接；所述下侧附件与所述通风通道下端相适配，该下侧附件包括风机安装板和下端连接件， 该风机安装板和下端连接件分别包括对应的风机进风口，所述风机安装板包括带有所述进 风口、安装所述风机并可通过所述基板侧边下端缺口的底板、位于该底板一侧的导向侧边 和位于该底板一端与所述基板侧边下端缺口相配合的端部侧边，所述下端连接件包括位于 其两侧的第一侧边、位于其一端连接两个所述IGBT功率模块组件基板的侧边下端的第二 侧边和位于其另一端与所述第二侧边相对的通道口，该通道口宽度允许所述风机安装板通 过。
5.如权利要求1所述的IGBT功率模块系统，其特征在于所述IGBT功率模块组件包 括与所述IGBT模块适配并连接在其上方的IGBT保护罩。
6.如权利要求1至5之一所述的IGBT功率模块系统，其特征在于两个所述IGBT功 率模块组件的所述基板的侧边对接配合，该两个所述IGBT功率模块组件结构沿配合面相 对称。专利摘要一种IGBT功率模块系统，包括两个IGBT功率模块组件、上侧附件、下侧附件和风机，每个模块组件的基板包括两侧侧边，模块组件的IGBT散热器换热叶片一侧穿过基板安装孔位于基板背侧，两个IGBT功率模块组件基板侧边相适配并配合形成通风通道；上侧附件和下侧附件分别将两个IGBT功率模块组件相配合的基板侧边上端、下端连接成一体；风机安装在上侧附件或下侧附件上并保证风机进风口或出风口位于所述通风通道内。本实用新型的IGBT功率模块系统结构紧凑，提高了功率等级和功率密度，使设备空间利用更为充分，体积更优化；能够较好地解决多个IGBT并联的不均流问题，同时使设备整机实现体积更小化，成本更优化。
文档编号H05K7/20GK201699569SQ201020172268
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者张翔, 盛小军 申请人:深圳市禾望电气有限公司