CN109951054A - 一种前置高压端子的复合母排和功率单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前置高压端子的复合母排和功率单元，该复合母排包括正极板、负极板、U相交流极板、V相交流极板、W相交流极板、绝缘膜、高强度绝缘条和高强度绝缘板；U相交流极板、V相交流极板和W相交流极板，三相交流极板相互设置在同一平面设置，每相之间采用高强度绝缘条隔离；U相交流极板、V相交流极板和W相交流极板上下表面热敷绝缘膜构成交流母排，正极板上下表面热敷绝缘膜构成正母排；负极板上下表面热敷绝缘膜构成负母排；正母排、负母排和交流母排相互层叠设置，每层之间采用高强度绝缘板隔离。本发明满足主电路低感要求的同时减小了***体积、重量和成本，实现了功率单元和变流装置的小型化和轻量化设计。

Description

一种前置高压端子的复合母排和功率单元

技术领域

本发明属于半导体功率器件应用技术领域，尤其涉及一种前置高压端子的复合母排和功率单元。

背景技术

随着中国铁路行业的飞速发展，电力电子科学技术的不断提高，大功率器件在变流器上得到广泛应用，功率单元作为整个变流器的核心部件，高速动车组和电力机车对其可靠性的要求也越来越高。

大功率IGBT和SiC等功率器件在开通和关断过程中，尤其是关断过程会产生很高的尖峰电压，而这种尖峰如果得不到抑制，会使通过器件的电流增大，导致器件过热，甚至会使功率器件超出安全工作区而损坏。目前的功率单元集成度不高，接口设置分为三类：第一类是高压接口前置、水冷接口后置，实现水电分离布置；第二类是直流高压接口前置、交流高压接口和水冷接口后置，构成水电混合布置方案一；第三类是交流高压接口和水冷接口前置、直流高压接口后置，构成水电混合布置方案二。三种接口设置方法均影响功率单元的外形结构及尺寸，而且对于变流器侧需设置单水快速连接装置或水电快速连接装置，既增加了成本又难以实现变流装置的小型化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种前置高压端子的复合母排和功率单元。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种前置高压端子的复合母排：包括正极板、负极板、U相交流极板、V相交流极板、W相交流极板、绝缘膜、高强度绝缘条和高强度绝缘板；所述U相交流极板、V相交流极板和W相交流极板，三相交流极板相互设置在同一平面设置，每相之间采用高强度绝缘条隔离；所述U相交流极板、V相交流极板和W相交流极板上下表面热敷绝缘膜构成交流母排，所述正极板上下表面热敷绝缘膜构成正母排；所述负极板上下表面热敷绝缘膜构成负母排；所述正母排、负母排和交流母排相互层叠设置，每层之间采用高强度绝缘板隔离。

进一步，上述U相交流极板、V相交流极板和W相交流极板均为铜排，相互之间并行平面设置。

进一步，上述绝缘膜为聚酯类薄膜。

进一步，上述高强度绝缘板材料有FR4、GPO-3、气泡棉和硅胶垫。

进一步，上述正母排、负母排或交流母排为偏平状结构，相互之间平行层叠设置。

进一步，上述正母排的正端子、负母排的负端子和交流母排的U相端子、V相端子、W相端子均设置在各母排同一端，且各个端子表面均电解镀锡处理。

进一步，以上集中布置高压端子，即所述正端子、负端子和U相端子、V相端子、W相端子相向背靠背折弯设置。

本发明还提出一种功率单元：包括半导体功率器件、半导体功率器件驱动保护装置、散热器和高压电气连接装置；所述半导体功率器件安装在所述散热器上，所述半导体功率器件驱动装置安装在半导体功率器件上部或与半导体功率器件电气连接通过线束引至功率单元外侧安装；所述高压电气连接装置为前置高压端子的复合母排，所述前置高压端子的复合母排设置在半导体功率器件上方且与半导体功率器件机械和电气连接，所述前置高压端子复合母排的高压端子即为功率单元的高压输入/输出端子，其中正端子、负端子同向折弯布置，U相端子、V相端子、W相端子背向折弯布置。

本发明具有以下有益效果：

本发明设计了一种新型高压端子前置的低感复合母排和功率单元，采用了一种整体性集成度较强的层叠式结构方式，通过将交、直流端子电气连接同侧，但背靠背布置，实现了功率单元高压接口和水冷接口全部前置设置，且水冷接口垂直设置在安装半导体功率器件侧的散热器表面，满足主电路低感要求的同时减小了***体积、重量和成本，实现了功率单元和变流装置的小型化和轻量化设计。

附图说明

图1为本发明主电路原理图；

图2为本发明实施实例提供的前置高压端子复合母排结构示意图；

图3为本发明实施实例提供的前置高压端子复合母排外形示意图；

图4为本发明实施实例提供的前置高压端子复合母排安装到IGBT功率单元的外形结构图。

其中：1为正极板；2为负极板；3为W相交流极板；4为V相交流极板；5为U相交流极板；6为绝缘膜；7为高强度绝缘条；8为高强度绝缘板；9为正母排；10为负母排；11为交流母排；12为正端子；13为负端子；14为W相端子；15为V相端子；16为U相端子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明复合母排的主电路原理如图1所示：根据图1可以看出，H1与B1形成一个逆变W相交流输出桥臂，H2与B2形成另一个逆变V相交流输出桥臂，H3与B3形成另一个逆变U相交流输出桥臂，其中的导线连接就是本文涉及的复合母排。

本发明母排结构采用高压端子背靠背结构设计，如图2所示：复合母排都由正母排、负母排和交流母排按照一定的叠放次序叠成，每层之间用高强度绝缘板隔离，整体电感要求小于50nH，满足主电路低电感要求，提高了半导体功率器件工作的可靠性。母排结构为扁平状，高压直流端子与高压交流端子全部前置，且采用相向背靠背结构布局，这样减少了功率单元的快速电气连接装置，既减小了***体积和重量，又降低了成本。具体结构如下：

本发明首先提出的前置高压端子的复合母排：包括正极板1、负极板2、U相交流极板5、V相交流极板4、W相交流极板3、绝缘膜6、高强度绝缘条7和高强度绝缘板8；U相交流极板5、V相交流极板4和W相交流极板3，三相交流极板相互设置在同一平面设置，每相之间采用高强度绝缘条7隔离；所述U相交流极板5、V相交流极板4和W相交流极板3上下表面热敷绝缘膜6构成交流母排11；所述正极板1上下表面热敷绝缘膜6构成正母排9；所述负极板2上下表面热敷绝缘膜6构成负母排10；所述正母排9、负母排10和交流母排11相互层叠设置，每层之间采用高强度绝缘板8隔离。

U相交流极板5、V相交流极板4和W相交流极板3均为铜排，相互之间并行平面设置。绝缘膜6为聚酯类薄膜，主要材料有PET、NOMEX、FR4和环氧树脂粉末。高强度绝缘板8材料有FR4、GPO-3、气泡棉和硅胶垫。正母排9、负母排10或交流母排11为偏平状结构，相互之间平行层叠设置。正母排9的正端子12、负母排10的负端子13和交流母排11的U相端子16、V相端子15、W相端子14均设置在各母排同一端，且各个端子表面均电解镀锡处理。

如图3和图4所示，本发明对高压端子进行集中布置：即所述正端子12、负端子13和U相端子16、V相端子15、W相端子14相向背靠背折弯设置。

本发明还提出一种功率单元：包括半导体功率器件、半导体功率器件驱动保护装置、散热器和高压电气连接装置。半导体功率器件安装在散热器上，半导体功率器件驱动装置安装在半导体功率器件上部或与半导体功率器件电气连接通过线束引至功率单元外侧安装；高压电气连接装置为前置高压端子的复合母排，前置高压端子的复合母排设置在半导体功率器件上方且与半导体功率器件机械和电气连接，前置高压端子复合母排的高压端子即为功率单元的高压输入/输出端子，其中正端子12、负端子13同向折弯布置，U相端子16、V相端子15、W相端子14背向折弯布置。

实施例：

本实施例按照上述方案设计了前置高压端子的复合母排和功率单元，三相逆变功率单元外形结构图如图4所示。12为直流正端子、13为直流负端子、14为交流W相端子、15为交流V相端子、16为交流U相端子，直流端子和交流端子均通过螺栓与变流器电气端子进行电气连接。

1)解决了主电路电缆或铜排杂散电感大，功率器件容易损坏，电路可靠性差的问题。

2)交流输出端子与直流输出端子同侧背靠背布置，交流输入端子与直流输出端子通过螺栓与变流***进行电气连接，有利于减小功率模块体积，更有利于功率模块与变流器电气走线，安装维护方便。

需要说明的是，本实施例对于正母排和负母排的上下层布置关系不做特别限定。

需要说明的是，本实施例对于正端子、负端子同向折弯与U相端子、V相端子、W相端子相向折弯的方向不做特别限制。

需要说明的是，本实施例对于半导体功率器件的安装孔数量和位置不做特别限制。

Claims (8)

1.一种前置高压端子的复合母排，其特征在于，包括正极板(1)、负极板(2)、U相交流极板(5)、V相交流极板(4)、W相交流极板(3)、绝缘膜(6)、高强度绝缘条(7)和高强度绝缘板(8)；所述U相交流极板(5)、V相交流极板(4)和W相交流极板(3)，三相交流极板相互设置在同一平面设置，每相之间采用高强度绝缘条(7)隔离；所述U相交流极板(5)、V相交流极板(4)和W相交流极板(3)上下表面热敷绝缘膜(6)构成交流母排(11)；所述正极板(1)上下表面热敷绝缘膜(6)构成正母排(9)；所述负极板(2)上下表面热敷绝缘膜(6)构成负母排(10)；所述正母排(9)、负母排(10)和交流母排(11)相互层叠设置，每层之间采用高强度绝缘板(8)隔离。

2.根据权利要求1所述的前置高压端子的复合母排，其特征在于，其特征在于，所述U相交流极板(5)、V相交流极板(4)和W相交流极板(3)均为铜排，相互之间并行平面设置。

3.根据权利要求1所述前置高压端子的复合母排，其特征在于，所述绝缘膜(6)为聚酯类薄膜。

4.根据权利要求1所述的前置高压端子的复合母排，其特征在于，所述高强度绝缘板(8)材料有FR4、GPO-3、气泡棉和硅胶垫。

5.根据权利要求1所述的前置高压端子的复合母排，其特征在于，所述正母排(9)、负母排(10)或交流母排(11)为偏平状结构，相互之间平行层叠设置。

6.根据权利要求1所述的前置高压端子的复合母排，其特征在于，所述正母排(9)的正端子(12)、负母排(10)的负端子(13)和交流母排(11)的U相端子(16)、V相端子(15)、W相端子(14)均设置在各母排同一端，且各个端子表面均电解镀锡处理。

7.根据权利要求7所述的前置高压端子的复合母排，其特征在于，集中布置高压端子，即所述正端子(12)、负端子(13)和U相端子(16)、V相端子(15)、W相端子(14)相向背靠背折弯设置。

8.一种功率单元，其特征在于，包括半导体功率器件、半导体功率器件驱动保护装置、散热器和高压电气连接装置；所述半导体功率器件安装在所述散热器上，所述半导体功率器件驱动装置安装在半导体功率器件上部或与半导体功率器件电气连接通过线束引至功率单元外侧安装；所述高压电气连接装置为前置高压端子的复合母排，所述前置高压端子的复合母排设置在半导体功率器件上方且与半导体功率器件机械和电气连接，所述前置高压端子复合母排的高压端子即为功率单元的高压输入/输出端子，其中正端子(12)、负端子(13)同向折弯布置，U相端子(16)、V相端子(15)、W相端子(14)背向折弯布置。