适用于电梯能量回收系统的分离式组合IGBT模块的制作方法

适用于电梯能量回收系统的分离式组合igbt模块
技术领域
1.本发明涉及电梯能量回收领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于电梯能量回收系统的分离式组合igbt模块。


背景技术：

2.随着电梯的用量不断增大，对电梯节能系统的需求也越来越多，不管是电梯能量回馈系统还是电梯能量回收系统，目前行业中所采用的功率转换器件都是一体化大功率双管igbt模块。
3.而现有的一体化大功率双管igbt模块在应用中，主要存在以下两方面的问题：
4.一方面因电子元器件的涨价问题，给电梯节能系统的生产带来了严重的成本问题；
5.另一方面因电梯的运行工况和实际载重都是随机性的，没有任何固定的规律，在以igbt模块为核心的功率转换电路中，igbt模块的中点电压上的电压电流尖峰很高且杂乱，而对于中间点是的电压目前没有进行针对性的处理，存在安全问题；
6.而现有技术中，对于常规的双管igbt模块来说，其吸收电路目前行业都是采用一只igbt专用母线瞬态吸收电容。此吸收电容主要是吸收igbt 模块正负极之间的瞬态电压尖峰，对其内部中点的瞬态尖峰的吸收效果并不好，因此在实际使用过程中，偶尔会出现无故烧毁igbt模块的现象，目前行业对专门针对常规igbt模块也没有很好的解决办法。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
8.为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适用于电梯能量回收系统的分离式组合igbt模块，包括：印刷线路板pcb，其上集成设置有相配合的igbt模块组，栅级末端驱动模块、母线吸收电路；
9.其中，所述pcb上还设置有与外部功率电感相配合的中间点吸收电路。
10.优选的是，所述igbt模块组被配置为包括相互配合的两组igbt模块，且每组igbt模块包括两只并联的igbt单管；
11.其中，每个igbt单管均设置有独立的栅极末端驱动电阻；
12.每个igbt单管均设置有独立的ge封锁电阻。
13.优选的是，将其中一组igbt模块设置为上管，另外一组igbt模块设置为下管，则所述栅级末端驱动模块被配置为包括：
14.与上管、下管相配合的上管双pwm输入接口j1、下管双pwm输入接口j2；
15.其中，j1、j2均被配置为采用3pin接插件，各3pin接插件的两路pwm 驱动输入信号端均被配置为与对应的igbt单管栅级末端连接；
16.各3pin接插件另外一路pwm负极参考端被配置为共地方式连接。
17.优选的是，所述pcb通过接口端p1、p2与外部的直流母线正、负端连接，且pcb上设置有中间电压连接模块j3；
18.其中，所述j3通过中间点吸收电路与外部功率电感连接；
19.所述中间点吸收电路被配置为采用rcd吸收电路。
20.优选的是，所述母线吸收电路被配置为包括与p1、p2相配合，且呈并联状态的多个第一电容；
21.其中，所述p1、p2之间还设置有与母线吸收电路呈并联的负载电阻。
22.优选的是，还包括与j2侧igbt模块相配合的下管vce吸收电路；
23.其中，所述下管vce吸收电路被配置为包括多个呈并联的第二电容。
24.优选的是，所述igbt单管被配置为采用to247小型塑料封装的igbt单管；
25.所述第一电容被配置为采用2000v/1uf的cbb2薄膜电容；
26.所述第二电容被配置为采用2000v/470pf的npo贴片电容；
27.所述rcd吸收电路中的吸收电容被配置为采用1200v/10nf的高频薄膜电容。
28.本发明至少包括以下有益效果：本发明的分离式组合igbt模块相对常规双igbt模块来说，其成本更低，通过设置相配合的中间点吸收电路，使母线瞬态吸收效果更好，可以得到中间点有效波形更理想。
29.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
30.图1为本发明分离式组合igbt模块电路布局示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
32.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.本发明在以上主要功能的基础上，使生产和应用更加灵活，因采用了分离器件方式，在实际生产中，可以针对大功率电梯安装大功率igbt单管，针对小功率电梯安装小功率igbt单管。
35.图1示出了根据本发明的一种适用于电梯能量回收系统的分离式组合 igbt模块的实现形式，其中包括印刷线路板pcb，其上集成设置有相配合的 igbt模块组1，栅级末端驱动模块2、母线吸收电路3；
36.其中，所述pcb上还设置有与外部功率电感相配合的中间点吸收电路4，本发明针对主要器件成本控制以及电梯能量回收系统中igbt模块如何更好的适应电梯运行工况，研发了一种适用于电梯能量回收系统的分离式组合igbt模块，其主要是对现有的功率转换器件中进行功率器件的降本、功率组合、安全性等技术的改进性方案，其主要思路是采用分离式器件将igbt、栅级末端驱动、母线吸收电路、中间点吸收电容等全部设计在一个pcb上，且pcb的尺寸的安装孔兼容常规双管igbt模块的标准尺寸。在原有电梯能量回收系统中，利用本发明分离式组合igbt模块的电路板直接替换常规双管igbt模块，实现在不影响现有生产的情况下，一方面降低系统成本，另一方面实现常规双管igbt模块无法解决的中间点安全性问题，即通过中间点吸收电路对中间点尖峰电压进行有效吸收，保证分离式组合igbt模块在任一工况下的正常使用，具有更好的稳定性和使用寿命，同时使中间点有效波形更理想。
37.如图1，在更进一步的方案中，所述igbt模块组被配置为包括相互配合的两组igbt模块，且每组igbt模块包括两只并联的igbt单管，即igbt模块组包括4只igbt单管，如图1所示，用q110、q211、q312、q413进行表示，且各igbt单管被配置为采用to247小型塑料封装，在具体实验中可采用型号为ikq75n120ch3的igbt，在具体的应用中，4只igbt单管采用2串2并的组合方式，电压为1200v，电流根据具体系统功率进行选择，可有效减小igbt的成本浪费；
38.其中，每个igbt单管均设置有独立的栅极末端驱动电阻，如图1所示，q1的栅极末端驱动电阻为r114a，q1的栅极末端驱动电阻为r214b，q3的栅极末端驱动电阻为r314c，q4的栅极末端驱动电阻为r414d；
39.每个igbt单管均设置有独立的ge封锁电阻，如图1所示，q1的ge封锁电阻为r515a，q2的ge封锁电阻为r615b，q3的ge封锁电阻为r715c，q4的ge封锁电阻为r815d；在本方案中，采用4只igbt单管替代常规igbt模块中的两只igbt，具体方式是每2只igbt单管的集电极和发射极分别并联后，用于代替现有技术中的1只常规igbt模块中的单管，并且这2只igbt单管的栅极末端驱动电阻以及ge封锁电阻分别进行了单独设计，这样综合的处理方面可以有效的解决igbt并联应用的均流问题，同时有效提供两只igbt单管的热均衡性能，其相对于常规的双igbt模块来说，其成本更低，功率组合灵活可变。
40.在更进一步的方案中，将其中一组igbt模块设置为上管，另外一组igbt模块设置为下管，则所述栅级末端驱动模块被配置为包括：
41.与上管、下管相配合的上管双pwm输入接口j120、下管双pwm输入接口j221；
42.其中，j1、j2均被配置为采用3pin接插件，各3pin接插件的两路pwm驱动输入信号端均被配置为与对应的igbt单管栅级末端连接；
43.各3pin接插件另外一路pwm负极参考端被配置为共地方式连接。
44.在更进一步的方案中，所述pcb通过接口端p15、p26与外部的直流母线正、负端连接，且pcb上设置有中间电压连接模块j37；
45.其中，所述j3通过中间点吸收电路与外部功率电感连接；
46.所述中间点吸收电路被配置为采用rcd吸收电路，具体的应用中，rcd吸收电路被配置为包括呈并联状的二极管d140、二极管d241、二极管d342、电阻r943，以及与r9输出端串联的吸收电容c144；
47.所述rcd吸收电路中的吸收电容被配置为采用1200v/10nf的高频薄膜电容，但是二极管采用3只高压快恢复二极管并联，vce吸收电路中的吸收电容还可以采用其他电压等级和容量的陶瓷电容进行替换，所述高压快恢复二极管的并联只数也不限于3只，可以根据实际的应用进行并联个数的选配。
48.在更进一步的方案中，所述母线吸收电路被配置为包括与p1、p2相配合，且呈并联状态的第一电容c2 30，第一电容c3 31，第一电容c4 32，各第一电容被配置为采用2000v/1uf的cbb2薄膜电容，在实际的应用中，根据不同的应用场景，第一电容可以选配3-5支进行并联，也可以适当的减少或增加，更进一步地第一电容还可以是选用其他数量的和/或其他电压等级和容量的高频电容进行替换；
49.其中，所述p1、p2之间还设置有与母线吸收电路呈并联的负载电阻r10 33，在这种方案中，通过对母线吸收电容设置成多个并联的结构，使得下管 igbt瞬态电容吸收更好。
50.在更进一步的方案中，还包括与j2侧igbt模块相配合的下管vce吸收电路8；
51.其中，所述下管vce吸收电路被配置为包括多个呈并联的第二电容c5 80、第二电容c6 81、第二电容c7 82，且各第二电容被配置为采用2000v/470pf 的npo贴片电容，在实际的应用中，根据不同的应用场景，第二电容可以选配2-3支进行并联，也可以适当的减少或增加。
52.以图1为例，在实际的应用中，4只igbt单管可以根据功率需求安装不同电流大小的igbt单管，igbt单管的封装形式可以根据实际需要进行选配， pcb中的p1为分离式组合igbt模块正极端，接直流母线正极端；p2为分离式组合igbt模块负极端，接直流母线负极端；j2为模块中间电压，接功率转换电感；j1为上管pwm输入接插件；j3为下管pwm输入接插件；r10为负载电阻。
53.分离式组合igbt模块正常工作时，上管的2路同步pwm通过j1输入，下管的2路同步pwm通过j2输入。
54.分离式组合igbt模块通过受pwm逻辑信号驱动后，将会在p1、p2之间产生母线瞬态尖峰电压，此尖峰电压通过c1、c2、c3进行吸收；
55.q3、q4在关断时会产生产断尖峰电压，此尖峰电压通过c4、c5、c7进行吸收；
56.外部功率电感产生的中间点尖峰电压通过由d1、d2、d3、r6、c6组成的典型rcd吸收电路进行吸收。
57.本发明与本行业现有应用电路相比，现有行业都是用的大功率igbt模块和直接母线吸收电容实现，其成本高，尖峰抑制效果有限。本发明采用分离组合方式取代原有大功率igbt模块，其成本更低，尖峰抑制效果更好，功率和频率的匹配更灵活，安全性更高。
58.以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
59.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
60.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。