CN207166366U - 适用于列车供电四象限功率模块及复合母排 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于列车供电四象限功率模块，包括水冷散热基板（2），所述水冷散热基板（2）下表面安装驱动板安装框架（4）、上表面安装IGBT四象限功率模块（1），所述水冷散热基板（2）上表面后部安装绝缘支撑座（5），所述IGBT四象限功率模块（1）外安装复合母排（3）；所述复合母排（3）由正母排（3‑1）、负母排（3‑2）和交流母排A（3‑31）、交流母排B（3‑32）叠压合成。本方案解决了主电路采用普通连接方式时载流小、损耗大、温升高、电路可靠性差的问题；有效地减小了***体积，重量，满足机车重载高密度的发展；有效地降低了设计成本、提高产品的市场竞争力。

Description

适用于列车供电四象限功率模块及复合母排

技术领域

本实用新型涉及大功率电力机车和高速动车功率模块，具体为一种适用于列车供电四象限功率模块及复合母排。

背景技术

随着中国铁路重载技术的发展，一方面需要继续提升单机功率，另一方面又要保持或减小单位功率的体积，这就需要优化***结构，来满足高压、大电流牵引辅助变流器的高速发展。由于IGBT功率器件在开关过程中受杂散电感影响，会产生很高的尖峰电压，这种尖峰，会使通过器件的电流增大，最终导致器件过热，甚至有时使IGBT失控并超过器件的额定安全工作区而损坏。

目前的四象限变换单元集成度不高，铜牌厚度大，体积重量大，交直流端子采用铜牌与变流器侧连接，杂散电感大，并且走线连接方式带来困难、不便于安装维护。为解决这种问题，通常采用复合母排进行功率器件之间的电气连接，它是将主电路母线设计成扁平状，并且按照一定的叠放次序叠放在一起，每层之间必须用高绝缘强度的材料隔离。这样不仅满足了低感的要求，更是提高IGBT工作的可靠性。

现有技术的技术方案为，主回路中关键部件如IGBT、支撑电容、吸收电路、输出端子排等之间的电气连接通常采用电缆、铜排连接。

现有技术的缺点：1、主电路部件之间采用电缆或铜排连接，回路杂散电感大，会造成电压尖峰，容易损坏功率器件，电路可靠性差。2、安装不便，结构臃肿，占据空间大。3、阻抗高、载流量小、损耗大、散热差、温升高。

发明内容

本实用新型设计了一种适用于大功率动车列车供电四象限功率模块及复合母排，以满足产品高频小型化、智能化、高可靠性、高经济性的要求。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种适用于列车供电四象限功率模块，包括水冷散热基板，所述水冷散热基板下表面安装驱动板安装框架、上表面安装IGBT四象限功率模块，所述水冷散热基板上表面后部安装绝缘支撑座，所述IGBT四象限功率模块外安装复合母排。

所述复合母排由正母排、负母排和交流母排A、交流母排B叠压合成，正母排、负母排和交流母排A、交流母排B均采用4mm厚的铜排，铜排表面电解镀8μm厚的锡层；所述正母排、负母排和交流母排A、交流母排B之间通过绝缘层隔离，其中，交流母排A和交流母排B并列位于负母排表面；所述正母排延伸有两个正极连接端，作为正母排输出端子S1（DC+），所述负母排延伸有两个负极连接端，作为负母排输出端子S2（DC–），所述交流母排A延伸有一个交流连接端，作为交流A相输入端子S3（A），所述交流母排B延伸有一个交流连接端，作为交流B相输入端子S4（B）。

所述复合母排从左至右依次为正母排输出端子S1（DC+）、负母排输出端子S2（DC–）、交流A相输入端子S3（A）、交流B相输入端子S4（B）、负母排输出端子S2（DC–）、正母排输出端子S1（DC+），并安装于绝缘支撑座上。

所述水冷散热基板两侧安装用于保护IGBT四象限功率模块和复合母排的左保护支架和右保护支架。

本方案适用于连车动力集中动车组列供四象限功率模块，主电路原理如图1所示：H1与B1、H2与B2分别形成两个交流输入桥臂S(A)、S(B)，通过复合母排与变流器进行电气连接，在辅助控制单元ACU的控制下，一块驱动板驱动一支IGBT进行开通关断，列车供电单元采用交-直变换模式，直流输出端接入列车供电***控制装置，每个列车供电单元输出功率300kW，单节机车两个列车供电单元并联输出功率不小于600kW。

本方案设计制作了相应的复合母排，应用在动力集中动车组列车供电功率模块中，如图2所示：外形尺寸为389×399×23.5mm（长×宽×高）。

根据电路原理，支撑电容母排作为输入分为两层，即“+” 和“–”，此复合母排采用4mm厚的铜排，铜排表面电解镀锡8μm（100%锡），最大交流电流为1300A，直流工作电压为600V，绝缘耐压为3200V。最小爬电距离：≥50mm，最小电气间隙：≥23mm。

如图3、4所示，复合母排安装在IGBT单元上，左右保护支架安装在IGBT功率单元左右两侧，对IGBT功率单元和复合母排起防护作用。S1为DC+、S2为DC–、S3为交流A相、S4为交流B相，复合母排所有输出端子固定在绝缘支撑座之上，便于外部端子安装。整体电感小于50nH，温升小于30K，满足主电路低电感、温升的要求，提高了IGBT工作的可靠性。模块直流部分通过复合母排的S1、S2与外部的支撑电容连接，连接规格为M10的螺栓，模块交流部分通过复合母排的S3、S4与外部的支撑电容连接。

本技术方案带来的有益效果如下：

1、解决了主电路采用普通连接方式时载流小、损耗大、温升高、电路可靠性差的问题。

2、有效地减小了***体积，重量，满足机车重载高密度的发展。

3、有效地降低了设计成本、提高产品的市场竞争力。

附图说明

图1表示复合母排主电路原理图。

图2表示复合母排结构示意图。

图3表示适用于列车供电四象限功率模块安装示意图。

图4表示适用于列车供电四象限功率模块结构示意图。

图中：1---IGBT四象限功率模块，2---水冷散热基板，3---复合母排，4---驱动板安装框架，5---绝缘支撑座，3-1---正母排，3-2---负母排，3-31---交流母排A，3-32---交流母排B，3-11---正极连接端，3-12---负极连接端，3-13---交流连接端；4-1---左保护支架，4-2---右保护支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

如图3、4所示，一种适用于列车供电四象限功率模块，包括水冷散热基板2，水冷散热基板2下表面安装驱动板安装框架4、上表面安装IGBT四象限功率模块1，水冷散热基板2上表面后部安装绝缘支撑座5，IGBT四象限功率模块1外安装复合母排3。复合母排3从左至右依次为正母排输出端子S1（DC+）、负母排输出端子S2（DC–）、交流A相输入端子S3（A）、交流B相输入端子S4（B）、负母排输出端子S2（DC–）、正母排输出端子S1（DC+），并安装于绝缘支撑座5上；水冷散热基板2两侧安装用于保护IGBT四象限功率模块1和复合母排3的左保护支架4-1和右保护支架4-2。

如图2所示，复合母排3由正母排3-1、负母排3-2和交流母排A3-31、交流母排B3-32叠压合成，正母排3-1、负母排3-2和交流母排A3-31、交流母排B3-32均采用4mm厚的铜排，铜排表面电解镀8μm厚的锡层；正母排3-1、负母排3-2和交流母排A3-31、交流母排B3-32之间通过绝缘层隔离，其中，交流母排A3-31和交流母排B3-32并列位于负母排3-2表面；正母排3-1延伸有两个正极连接端3-11，作为正母排输出端子S1（DC+），所述负母排3-2延伸有两个负极连接端3-12，作为负母排输出端子S2（DC–），所述交流母排A3-31延伸有一个交流连接端3-13，作为交流A相输入端子S3（A），所述交流母排B3-32延伸有一个交流连接端3-13，作为交流B相输入端子S4（B）。

从实际应用需求出发，采用集成度好，杂散电感小的耐高压高绝缘四象限复合母排，主要解决了以下问题：

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、集成度高，减少***功率单元数量，减小了***体积，重量和噪音。

3、交直流端子通过母排与变流***进行电气连接，更有利于功率模块与变流器电气走线，安装维护方便。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。

Claims (3)

1.一种适用于列车供电四象限功率模块，包括水冷散热基板（2），其特征在于：所述水冷散热基板（2）下表面安装驱动板安装框架（4）、上表面安装IGBT四象限功率模块（1），所述水冷散热基板（2）上表面后部安装绝缘支撑座（5），所述IGBT四象限功率模块（1）外安装复合母排（3）；

所述复合母排（3）由正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）叠压合成，正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）均采用4mm厚的铜排，铜排表面电解镀8μm厚的锡层；所述正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）之间通过绝缘层隔离，其中，交流母排A（3-31）和交流母排B（3-32）并列位于负母排（3-2）表面；所述正母排（3-1）延伸有两个正极连接端（3-11），作为正母排输出端子S1，所述负母排（3-2）延伸有两个负极连接端（3-12），作为负母排输出端子S2，所述交流母排A（3-31）延伸有一个交流连接端（3-13），作为交流A相输入端子S3，所述交流母排B（3-32）延伸有一个交流连接端（3-13），作为交流B相输入端子S4；

所述复合母排（3）从左至右依次为正母排输出端子S1、负母排输出端子S2、交流A相输入端子S3、交流B相输入端子S4、负母排输出端子S2、正母排输出端子S1，并安装于绝缘支撑座（5）上；

所述水冷散热基板（2）两侧安装用于保护IGBT四象限功率模块（1）和复合母排（3）的左保护支架（4-1）和右保护支架（4-2）。

2.一种适用于列车供电四象限功率模块的复合母排，其特征在于：复合母排（3）由正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）叠压合成，所述正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）之间通过绝缘层隔离，其中，交流母排A（3-31）和交流母排B（3-32）并列位于负母排（3-2）表面；所述正母排（3-1）延伸有两个正极连接端（3-11），作为正母排输出端子S1，所述负母排（3-2）延伸有两个负极连接端（3-12），作为负母排输出端子S2，所述交流母排A（3-31）延伸有一个交流连接端（3-13），作为交流A相输入端子S3，所述交流母排B（3-32）延伸有一个交流连接端（3-13），作为交流B相输入端子S4；

所述复合母排（3）从左至右依次为正母排输出端子S1、负母排输出端子S2、交流A相输入端子S3、交流B相输入端子S4、负母排输出端子S2、正母排输出端子S1。

3.根据权利要求2所述的适用于列车供电四象限功率模块的复合母排，其特征在于：正母排（3-1）、负母排（3-2）和交流母排A（3-31）、交流母排B（3-32）均采用4mm厚的铜排，铜排表面电解镀8μm厚的锡层。