逆变器功率单元的集成器件及电路板的制作方法

本实用新型涉及电子开关技术领域，尤其涉及一种逆变器功率单元的集成器件及电路板。

背景技术：

目前多单元串联型高压逆变器的功率单元都采用整流、滤波、逆变二象限主回路拓扑电路结构，如图1所示，通过整流实现交-直变换，再通过IGBT实现直—交逆变变换，在直流电作为逆变器的供电电源时，滤波电容主要是吸收来自于逆变器向该电源索取的高幅值脉动电流，阻止其在该电源的阻抗上产生高幅值脉动电压，使逆变器端的电源电压波动保持在允许范围。同时防止来自该电源的过电压和瞬时过电压对逆变器的影响。目前，如图2所示，多单元串联型高压逆变器的功率单元整流、滤波、逆变三部分都采用分立器件，通过铜排母线进行搭接连线，形成二象限主回路。

上述主回路由于结构自身的局限性，该方案有如下问题：

1)在直流电作为逆变器的供电电源时，由于这个直流电源需要通过直流母线与逆变器链接，直流母线自身阻抗的大小直接影响滤波电容的设计和效果。直流母线自身阻抗的大小取决于铜排母线的搭建，由于采用分离器件和结构布局局限的原因，铜排母线自身阻抗就很大，而且该阻抗大小值很难测量和仿真设计，造成滤波电容的设计较难，存在不确定性。

2)由于采用分离器件和结构布局的局限性原因，采用叠层母排搭建成的直流母线电流环路大，因而搭建出来的直流母线阻抗大。如图3所示，在直流电源、H桥与负载形成的电流环路中，由于H桥采用分离器件，开关器件Q1、Q2、Q3、Q4之间的连接通过叠层母排连接，在器件Q1、Q2、Q3、Q4之间的连接铜排线路长，阻抗大，该阻抗产生的dv/dt和di/dt引起瞬间的过压和过流，直接影响IGBT。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种逆变器功率单元的集成器件及电路板，旨在解决采用分离器件布局不合理以及分离器件之间采用叠层母排搭建成的直流母线电流环路大和阻抗大的问题。

本实用新型是这样实现的，本实用新型第一方面提供一种逆变器功率单元的集成器件，所述集成器件包括基板，所述基板上沿第一方向依次排列设置整流模块、第一IGBT模块以及第二IGBT模块，所述整流模块、所述第一IGBT模块以及所述第二IGBT模块依次相连；

所述基板上与所述第一方向平行的第一侧边上依次设有与所述整流模块连接的三相交流输入端、与所述第一IGBT模块连接的第一IGBT输出端以及与所述第二IGBT模块连接的第二IGBT输出端；

所述基板上与所述第一侧边相对的第二侧边上设有与所述第一IGBT模块对应连接的第一IGBT输入端和与所述第二IGBT模块对应连接的第二IGBT输入端；

所述基板上与所述第一侧边和所述第二侧边相邻且靠近所述整流模块的第三侧边上设有第一直流正极端和第一直流负极端，所述第一直流正极端和所述第一直流负极端与所述整流模块相连；

所述基板上与所述第三侧边相对的第四侧边上设有第二直流正极端和第二直流负极端，所述第二直流正极端和所述第二直流负极端与所述第二IGBT模块相连。

结合第一方面，作为本实用新型的第一方面的第一种实施方式，所述整流模块包括沿与所述第一方向依次排列设置的第一组二极管、第二组二极管以及第三组二极管，所述第一组二极管的第一端连接所述三相交流输入端中的R相交流输入端，所述第二组二极管的第一端连接所述三相交流输入端中的S相交流输入端，所述第三组二极管的第一端连接所述三相交流输入端中的T相交流输入端，所述第一组二极管的第二端、所述第二组二极管的第二端以及所述第三组二极管的第二端与所述第一直流正极端共接，所述第一组二极管的第三端、所述第二组二极管的第三端以及所述第三组二极管的第三端与所述第一直流负极端共接。

结合第一方面的第一种实施方式，作为本实用新型的第一方面的第二种实施方式，所述第一组二极管包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极为所述第一组二极管的第二端，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极共接并构成所述第一组二极管的第一端，所述第二二极管的阳极为所述第一组二极管的第三端；

所述第二组二极管包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的阴极为所述第二组二极管的第二端，所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极共接并构成所述第二组二极管的第一端，所述第四二极管的阳极为所述第二组二极管的第三端；

所述第三组二极管包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的阴极为所述第三组二极管的第二端，所述第五二极管的阳极与所述第六二极管的阴极共接并构成所述第三组二极管的第一端，所述第六二极管的阳极为所述第三组二极管的第三端。

结合第一方面，作为本实用新型的第一方面的第三种实施方式，所述第一IGBT模块包括沿与所述第一方向依次排列设置的第一IGBT单元和第二IGBT单元，所述第一IGBT单元的第一端通过所述整流模块连接所述第一直流正极端，所述第一IGBT单元的第一端并通过所述第二IGBT模块连接所述第二直流正极端，所述第一IGBT单元的第二端连接所述第一IGBT输入端中的第一输入端，所述第一IGBT单元的第三端与接第二IGBT单元的第一端共接并连接所述第一IGBT输出端以及所述第一IGBT输入端中的第二输入端，所述第二IGBT单元的第二端连接所述第一IGBT输入端中的第三输入端，所述第二IGBT单元的第三端通过所述整流模块连接所述第一直流负极端，所述第二IGBT单元的第三端并通过所述第二IGBT模块连接所述第二直流负极端，所述第二IGBT单元的第三端并连接所述第一IGBT输入端中的第四输入端。

结合第一方面的第三种实施方式，作为本实用新型的第一方面的第四种实施方式，所述第一IGBT单元包括第一IGBT和第一二极管，所述第一IGBT的集电极和所述第一二极管的阴极共接并构成所述第一IGBT单元的第一端，所述第一IGBT的栅极为所述第一IGBT单元的第二端，所述第一IGBT的发射极与所述第一二极管的阳极共接并构成所述第一IGBT单元的第三端；

所述第二IGBT单元包括第二IGBT和第二二极管，所述第二IGBT的集电极和所述第二二极管的阴极共接并构成所述第二IGBT单元的第一端，所述第二IGBT的栅极为所述第二IGBT单元的第二端，所述第二IGBT的发射极与所述第二二极管的阳极共接并构成所述第二IGBT单元的第三端。

结合第一方面的第三种实施方式，作为本实用新型的第一方面的第五种实施方式，所述第二IGBT模块包括沿与所述第一方向依次排列设置的第三IGBT单元和第四IGBT单元，所述第三IGBT单元的第一端连接所述第一IGBT单元的第一端，所述第三IGBT单元的第二端连接所述第二IGBT输入端中的第一输入端，所述第三IGBT单元的第三端与所述第四IGBT单元的第一端共接并连接所述第二IGBT输出端和所述第二IGBT输入端中的第二输入端，所述第四IGBT单元的第二端连接所述第二IGBT输入端中的第三输入端，所述第四IGBT单元的第三端连接所述第二IGBT输入端中的第四输入端。

结合第一方面的第五种实施方式，作为本实用新型的第一方面的第六种实施方式，所述第二IGBT单元包括第三IGBT和第三二极管，所述第三IGBT的集电极和所述第三二极管的阴极共接并构成所述第三IGBT单元的第一端，所述第三IGBT的栅极为所述第三IGBT单元的第二端，所述第三IGBT的发射极与所述第三二极管的阳极共接并构成所述第三IGBT单元的第三端；

所述第四IGBT单元包括第四IGBT和第四二极管，所述第四IGBT的集电极和所述第四二极管的阴极共接并构成所述第四IGBT单元的第一端，所述第四IGBT的栅极为所述第四IGBT单元的第二端，所述第四IGBT的发射极与所述第四二极管的阳极共接并构成所述第四IGBT单元的第三端。

结合第一方面，作为本实用新型的第一方面的第七种实施方式，所述整流模块、所述第一IGBT模块以及所述第二IGBT模块之间通过覆铜和铆接引线连接。

本实用新型第二方面提供一种电路板，所述电路板包括上述第一方面及其第一种实施方式至第七种实施方式所述的逆变器功率单元的集成器件和滤波电容模块，所述滤波电容模块连接所述第一直流正极端、所述第一直流负极端、所述第二直流正极端以及所述第二直流负极端。

结合第二方面，作为本实用新型的第二方面的第一种实施方式，所述电路板上还设有控制模块，所述控制板设于所述电路板上的控制区，所述控制模块连接所述第一IGBT输入端和所述第二IGBT输入端。

本实用新型一种逆变器功率单元的集成器件即电路板，将整流模块、第一IGBT模块以及第二IGBT模块在基板上进行封装，通过合理设计排列方式以及所连接的输入输出端口，可以实现减小直流母线环电流回路，降低直流母线回路中阻抗，从而降低因直流母线中阻抗的dv/dt和di/dt引起瞬间的过压和过流造成对IGBT的不利影响，同时，整流电路和H桥逆变电路实现整体化封装，可以更好实现采用印制板电路代替叠层母排，简化功率单元主回路结构设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的一种功率单元的电路图；

图2是现有技术提供的一种功率单元的结构图；

图3是现有技术提供的另一种功率单元的电路图；

图4是本实用新型一种实施例提供的逆变器功率单元的集成器件的结构示意图；

图5是本实用新型一种实施例提供的逆变器功率单元的集成器件的结构图；

图6是本实用新型一种实施例提供的逆变器功率单元的集成器件的电路图；

图7是本实用新型另一种实施例提供的一种电路板的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实用新型实施例一提供一种逆变器功率单元的集成器件，如图4至图6所示，集成器件包括基板，基板上沿第一方向依次排列设置整流模块101、第一IGBT模块102以及第二IGBT模块103，整流模块101、第一IGBT模块102以及第二IGBT模块103依次相连；

基板上与第一方向平行的第一侧边上依次设有与整流模块101连接的三相交流输入端11、与第一IGBT模块102连接的第一IGBT输出端12以及与第二IGBT模块103连接的第二IGBT输出端13；

基板上与第一侧边相对的第二侧边上设有与第一IGBT模块102对应连接的第一IGBT输入端18和与第二IGBT模块103对应连接的第二IGBT输入端19；

基板上与第一侧边和第二侧边相邻且靠近整流模块101的第三侧边上设有第一直流正极端16和第一直流负极端17，第一直流正极端16和第一直流负极端17与整流模块101相连；

基板上与第三侧边相对的第四侧边上设有第二直流正极端14和第二直流负极端15，第二直流正极端14和第二直流负极端15与第二IGBT模块103相连。

对于整流模块101，可以采用二极管组成的阵列实现，作为一种实施方式，具体的，整流模块101包括沿与第一方向依次排列设置的第一组二极管121、第二组二极管122以及第三组二极管123，第一组二极管121的第一端连接三相交流输入端11中的R相交流输入端，第二组二极管122的第一端连接三相交流输入端11中的S相交流输入端，第三组二极管123的第一端连接三相交流输入端11中的T相交流输入端，第一组二极管121的第二端、第二组二极管122的第二端以及第三组二极管123的第二端与第一直流正极端16共接，第一组二极管121的第三端、第二组二极管122的第三端以及第三组二极管123的第三端与第一直流负极端17共接。

其中，第一组二极管121包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的阴极为第一组二极管121的第二端，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极共接并构成第一组二极管121的第一端，第二二极管D2的阳极为第一组二极管121的第三端；

第二组二极管122包括第三二极管D3和第四二极管D4，第三二极管D3的阴极为第二组二极管122的第二端，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极共接并构成第二组二极管122的第一端，第四二极管D4的阳极为第二组二极管122的第三端；

第三组二极管123包括第五二极管D5和第六二极管D6，第五二极管D5的阴极为第三组二极管123的第二端，第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阴极共接并构成第三组二极管123的第一端，第六二极管D6的阳极为第三组二极管123的第三端。

对于第一IGBT模块102，具体的，第一IGBT模块102包括沿与第一方向依次排列设置的第一IGBT单元124和第二IGBT单元125，第一IGBT单元124的第一端通过整流模块101连接第一直流正极端16，第一IGBT单元124的第一端并通过第二IGBT模块103连接第二直流正极端14，第一IGBT单元124的第二端连接第一IGBT输入端18中的第一输入端，第一IGBT单元124的第三端与接第二IGBT单元125的第一端共接并连接第一IGBT输出端12以及第一IGBT输入端18中的第二输入端，第二IGBT单元125的第二端连接第一IGBT输入端18中的第三输入端，第二IGBT单元125的第三端通过整流模块101连接第一直流负极端17，第二IGBT单元125的第三端并通过第二IGBT模块103连接第二直流负极端15，第二IGBT单元125的第三端并连接第一IGBT输入端18中的第四输入端。

第一IGBT单元124包括第一IGBT和第一二极管D1，第一IGBT的集电极和第一二极管D1的阴极共接并构成第一IGBT单元124的第一端，第一IGBT的栅极为第一IGBT单元124的第二端，第一IGBT的发射极与第一二极管D1的阳极共接并构成第一IGBT单元124的第三端；

第二IGBT单元125包括第二IGBT和第二二极管D2，第二IGBT的集电极和第二二极管D2的阴极共接并构成第二IGBT单元125的第一端，第二IGBT的栅极为第二IGBT单元125的第二端，第二IGBT的发射极与第二二极管D2的阳极共接并构成第二IGBT单元125的第三端。

第二IGBT模块103包括沿与第一方向依次排列设置的第三IGBT单元126和第四IGBT单元127，第三IGBT单元126的第一端连接第一IGBT单元124的第一端，第三IGBT单元126的第二端连接第二IGBT输入端19中的第一输入端，第三IGBT单元126的第三端与第四IGBT单元127的第一端共接并连接第二IGBT输出端13和第二IGBT输入端19中的第二输入端，第四IGBT单元127的第二端连接第二IGBT输入端19中的第三输入端，第四IGBT单元127的第三端连接第二IGBT输入端19中的第四输入端。

第二IGBT单元125包括第三IGBT和第三二极管D3，第三IGBT的集电极和第三二极管D3的阴极共接并构成第三IGBT单元126的第一端，第三IGBT的栅极为第三IGBT单元126的第二端，第三IGBT的发射极与第三二极管D3的阳极共接并构成第三IGBT单元126的第三端；

第四IGBT单元127包括第四IGBT和第四二极管D4，第四IGBT的集电极和第四二极管D4的阴极共接并构成第四IGBT单元127的第一端，第四IGBT的栅极为第四IGBT单元127的第二端，第四IGBT的发射极与第四二极管D4的阳极共接并构成第四IGBT单元127的第三端。

整流模块101、第一IGBT模块102以及第二IGBT模块103之间通过覆铜和铆接引线连接。

本实用新型一种逆变器功率单元的集成器件，将整流模块101、第一IGBT模块102以及第二IGBT模块103在基板上进行封装，通过合理设计排列方式以及所连接的输入输出端口，可以实现减小直流母线环电流回路，降低直流母线回路中阻抗，从而降低因直流母线中阻抗引起的dv/dt和di/dt造成对IGBT的不利影响，同时，整流电路和H桥逆变电路实现整体化封装，可以更好实现采用印制板电路代替叠层母排，简化功率单元主回路结构设计。

本实用新型另一种实施例提供一种电路板，电路板包括上述实施例提供的逆变器功率单元的集成器件和滤波电容模块131，滤波电容模块连接第一直流正极端16、第一直流负极端17、第二直流正极端14以及第二直流负极端15。

电路板上还设有控制模块，控制板设于所述电路板上的控制区133，控制模块连接第一IGBT输入端18和第二IGBT输入端19。

滤波电容模块131采用400V电容3串N并，电容串联通过印制板上的覆铜把电容正负极串联起来，电容并联在覆铜的电流正极输入端DC+、电流正极输出端DC-上，印制板采用4层板，电流正极输入端DC+与电流正极输出端DC-覆铜母排采用重叠走线。由于DC+/DC-采用了叠层母排技术，电流环回路1面积最小，母线杂散电感最小，从而大大降低了母排中的dv/dt和di/dt。

如图7所示，滤波电容模块与集成器件之间留有足够的空间，该区域为功率单元主回路的输入R/S/T、输出ACO/ACI接线区间；为了便于走线，接线端子采用错开方式。器件左右两边PCN板直走DC+/DC-覆铜而没有布局器件，便于输入R/S/T、输出ACO/ACI线的走线。

如图7所示，器件下部为开关电源、检测采样以及IGBT驱动电路的控制器区133，整个PCN板包含了开关电源、检测采样、IGBT驱动以及住拓扑回路电路部分，主回路母排通过PCN板的覆铜叠层母线实现，使其功率单元结构大大简单化、通用化，整个功率单元只需要该PCN电路板和功率单元控制板，而这采用软线连接，简单可靠。同时，高、低压部分分开布局，大大提高了产品的抗EMC能力，提高了产品可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。