一种方便维护的三电平功率模块的制作方法

1.本实用新型属于风力发电功率模块领域，尤其是涉及一种方便维护的三电平功率模块。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点；随着电力电子技术的不断发展，风力发电的功率等级不断增加，对igbt功率模块的性能指标、可靠性、功率密度、可维护性等要求不断提高。目前，igbt功率模块通常包括igbt、电容组件、驱动板、水冷板和吸收电容；其中igbt局部超温将导致igbt功率模块热崩溃，是igbt功率模块损坏最多的原因之一；另外，进行现场维护时，将igbt组件与电容组件分离的操作较为繁琐，影响维修效率。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种方便维护的三电平功率模块，通过合理规划igbt、水冷板及壳体内部的布局，使得整体结构热分布更均匀；并通过两个叠层母排的转接，实现igbt组件与电容组件分离，现场维护时，较方便地更换功率部件，无需将电容组件拆开。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
5.一种方便维护的三电平功率模块，包括电容组件和功率部件，所述功率部件包括壳体，壳体内承载igbt、驱动板、水冷板和吸收电容，所述水冷板上设置至少一个igbt单元，所述igbt单元由三个按t形排布在所述水冷板上的igbt构成；所述电容组件连接第一叠层母排，所述igbt单元的直流端子连接第二叠层母排，第二叠层母排上设置安装板，所述安装板构成壳体的一侧边框，安装板通过螺钉配装于所述第一叠层母排构成可拆卸连接。
6.进一步的，每个所述igbt单元包括第一igbt、第二igbt和第三igbt12，每个所述igbt单元的第一igbt和第二igbt的长边相互平行设置，所述第三igbt位于第一igbt与第二igbt之间中线的延长线上。
7.进一步的，所述第二叠层母排侧边连接安装板构成一l形结构，第二叠层母排位于壳体内部，其上设置有连接端子。
8.进一步的，所述壳体包括侧盖板，侧盖板与所述水冷板平行设置，所述安装板位于侧盖板外部。
9.进一步的，所述水冷板包括冷冻介质回路、进液口和出液口，所述进液口和出液口沿水冷板的长度方向设置，且穿过所述侧盖板延伸至侧盖板外部。
10.进一步的，所述壳体包括上边框、下边框和面板，所述上边框和下边框上分别设置有三角形支撑座，所述面板、安装板以及第一叠层母排由前至后相互平行设置。
11.进一步的，所述面板上设置有手柄，所述上边框和下边框分别开设出风口和进风
口。
12.进一步的，所述出风口和进风口的位置相互对应，且分别位于驱动板两侧。
13.进一步的，一个所述第一叠层母排上设置三个功率部件，每个所述功率部件的安装板相互间隔平行设置；每个所述功率部件的水冷板上设置个igbt 单元。
14.相对于现有技术，本实用新型所述的方便维护的三电平功率模块具有以下优势：
15.(1)本实用新型所述的通过合理规划igbt和水冷板的布局，使得整体结构热分布更均匀；通过两个叠层母排的转接，可实现igbt组件与电容组件分离，现场维护时，较方便地更换功率部件，无需将电容组件拆开。
16.(2)相比目前采用的“一”字形排布的igbt结构，t形排布的igbt 结构热分布更均匀，性能更好；在igbt整流和逆变两种工况下工作时，igbt 内部芯片产生的热量更好的由水冷板内部流动的冷却介质带走。
附图说明
17.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型实施例整体结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例所述的功率部件结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例所述igbt单元结构示意图；
21.图4为本实用新型实施例所述第二叠层母排和安装板结构示意图；
22.图5为本实用新型实施例所述的第一叠层母排及其连接结构示意图；
23.图6为本实用新型实施例所述的第一叠层母排及其连接结构立体图；
24.图7为本实用新型实施例整体结构的俯视图；
25.图8为本实用新型实施例整体结构的后视图；
26.图9为本实用新型实施例所述水冷板结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1-功率部件；2-侧盖板；3-螺钉；4-安装板；5-第一叠层母排；6-电容组件；7-出风口；8-壳体；9-面板；10-手柄；11-igbt单元；12-第三igbt； 13-第一igbt；14-第二igbt；15-上边框；16-下边框；17-进风口；101-igbt； 102-驱动板；103-水冷板；104-第二叠层母排；105-吸收电容；106-连接端子；107-出液口；108-进液口；109-三角形支撑座；110-冷冻介质回路。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
31.如图1至9所示，一种方便维护的三电平功率模块，包括电容组件6和功率部件1，所述功率部件1包括壳体8，壳体8内承载igbt101、驱动板 102、水冷板103和吸收电容105，所述水冷板103上设置至少一个igbt单元11，所述igbt单元11由三个按t形排布在所述水冷板
上的igbt构成；所述电容组件6连接第一叠层母排5，所述igbt单元11的直流端子连接第二叠层母排104，第二叠层母排104上设置安装板4，所述安装板4构成壳体8的一侧边框，安装板4通过螺钉3配装于所述第一叠层母排构成可拆卸连接。
32.如图3所示，每个所述igbt单元11包括第一igbt13、第二igbt14和第三igbt12，每个所述igbt单元11的第一igbt13和第二igbt14的长边相互平行设置，所述第三igbt12位于第一igbt与第二igbt之间中线的延长线上。
33.如图4所示，所述第二叠层母排104侧边连接安装板4构成一l形结构，第二叠层母排104位于壳体8内部，其上设置有连接端子106。
34.如图1、2、7所示，所述壳体8包括侧盖板2，侧盖板2与边框通过螺钉构成可拆卸连接，侧盖板2与所述水冷板103平行设置，所述安装板4位于侧盖板2外部。
35.如图1、3所示，一个所述第一叠层母排5上设置三个功率部件1，每个所述功率部件1的安装板4相互间隔平行设置；每个所述功率部件1的水冷板上设置4个igbt单元11。
36.一种方便维护的三电平功率模块，作为优选实施例，4个igbt单元11 排列在水冷板103表面，其中2个igbt单元11构成整流模块，其功能将交流电转换为直流电；另外2个igbt单元11构成逆变模块，功能是将直流电转换为交流电；相比目前采用的“一”字形排布的igbt结构，t形排布的 igbt结构热分布更均匀，性能更好；采用上结构igbt在整流和逆变两种工况下工作时，igbt内部芯片产生的热量能够更好的由水冷板内部流动的冷却介质带走。
37.所述第二叠层母排104采用叠层母排，能够减少杂散电感，降低尖峰电压保护igbt。第二叠层母排104的连接端子106与igbt的直流端子连接，安装板4与第一叠层母排5连接，通过两个叠层母排的转接，可实现igbt 组件与电容组件分离，现场维护时，较方便地更换功率部件，无需将电容组件拆下，在igbt直流端安装吸收电容，用于吸收杂散电感引起的电压尖峰，起到保护igbt的作用。
38.如图1、9所示，所述水冷板103包括冷冻介质回路110、进液口108 和出液口107，所述进液口108和出液口107沿水冷板的长度方向设置，进液口108和出液口107穿过所述侧盖板2延伸至侧盖板2外部。水冷板材料选用铝型材6063，氧化性能和塑性较好，内部采用多组不同规格的流道形式，有效降低每组并联的不同igbt的芯片温差，避免因散热不均而引起电流分配不均的现象，有效降低igbt损坏的风险。
39.如图1、5、6所示，所述壳体8包括上边框15、下边框16和面板9，所述上边框15和下边框16上分别设置有三角形支撑座109，所述面板9、安装板4以及第一叠层母排5由前至后相互平行设置。
40.采用上述结构，使得所述水冷板103固定在上边框15与下边框16之间，并通过三角形支撑座109固定支撑，能够增加强度及美观性，上边框15与下边框16选用覆铝锌板。导电用交流铜排位于模块正前方，故面板9选用 fr4绝缘板，既满足强度要求又可实现良好的绝缘性能。整机中侧盖板附近有水管，防止水管拆卸过程与模块侧盖板有磕碰，侧盖板需具备一定的强度，材质选用覆铝锌板；模块内部空间紧凑，在侧盖板内部增加一块绝缘板，解决侧盖板与内部驱动板的电气间隙问题，使模块内部的空间利用率最大化。常规的水冷板接头安装于水冷板的宽度方向，水冷板厚度尺寸受接头直径的限制，造成原材料浪费；本设计将水冷板接头装在非宽度方向，可最大程度减少水冷板的厚度，降低原材料成本，接头与外
部管路连接，通过冷却液的流动，实现igbt的散热。
41.如图1、2、7所示，所述面板9上设置有手柄10，所述上边框15和下边框16分别开设出风口7和进风口17。
42.如图2所示，所述出风口7和进风口17的位置相互对应，且分别位于驱动板102两侧。
43.在上边框15和下边框16上分别增加通风孔，使柜内的冷空气从下端支架通风孔进入，从上端支架通风孔排出。面板9上设置有手柄10，便于搬运，功率部件总重量25kg左右，在运维时只需将螺钉3松开，将第一叠层母排5 与第二叠层母排104分离，即可分离功率部件1与电容组件6，很方便地将功率部件1替换下来，降低人工成本，提升功率部件1运维的工作效率。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。