CN209046540U - 一种大电流/高电压igbt直接并联的大容量逆变模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,包括水冷板、分立式IGBT器件、叠层母排、第一吸收电容、驱动回路、交流侧汇流母排、电流传感器、直流侧叠层母排、第二吸收电容、直流侧负汇流母排和直流侧正汇流母排,所述分立式IGBT器件为六个,六个分立式IGBT器件依次从上而下均匀布置在水冷板上。本实用新型提出的大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,并联各支路电流阻抗计算精确,保证一致,实现很高的均流系数,驱动电路各相各器件电缆长度一致,路径分开,互补干扰;主回路布局设计,充分利用空间,优化电路路径,功率密度大,模块整体尺寸小,简洁,便于维护安装,电气特性佳。
Description
技术领域
本实用新型涉及到大功率逆变电源技术领域,特别涉及一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块。
背景技术
大功率电力电子设备经常需提供很大的电流和电压满足大功率或大容量负载的需求。现有IGBT器件很难单独提供足够的电流,需要多个IGBT器件在回路中并联使用以提供足够的电流输出。
大功率IGBT并联技术最重要的电气参数就是均流系数。要实现较高的均流系数,目前通用的、共识性的技术方案都需考虑以下几点:(1)并联回路中使用同一批次的IGBT器件,或者器件内部阻抗参数尽量一致;(2)使用均匀对称的冷却设备保证各IGBT器件相近的结温;(3)电气回路对称设计,路径长度一致,保证相同的阻抗;(4)采用同一驱动单元,并且门极驱动回路对称设计。目前各技术方案差异最大的就是上述第(3)、(4)点的实现。此两点需要通过结构设计方案来实现,也是最难的两点;现有技术方案中的回路布局无法提供均等的足够小的回路阻抗,造成并联回路中各支路的均流系数低,尽管并联端总电流能满足负载需求,但因各支路电流不均衡,造成各功率器件损耗、结温不一致,甚至相差很大,流过大电流的器件承受较高的损耗和开关过电压,因而这些器件承担高损坏风险,可靠性降低,基于此,提出一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,具有很高的均流系数,驱动电路的各相各器件电缆长度一致,路径分开,互补干扰;主回路布局设计,充分利用空间,优化电路路径,功率密度大,模块整体尺寸小,简洁,便于维护安装,电气特性佳,以解决上述背景技术中提出无法提供均等的足够小的回路阻抗,各支路电流不均衡,造成各功率器件损耗、结温不一致,甚至相差很大,流过大电流的器件承受较高的损耗和开关过电压,因而这些器件承担高损坏风险,可靠性降低的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,包括水冷板、分立式IGBT器件、叠层母排、第一吸收电容、驱动回路、交流侧汇流母排、电流传感器、直流侧叠层母排、第二吸收电容、直流侧负汇流母排和直流侧正汇流母排,所述分立式IGBT器件为六个,六个分立式IGBT器件依次从上而下均匀布置在水冷板上;所述叠层母排和第一吸收电容均为三排,三排叠层母排的型号及第一吸收电容的型号相同,三排叠层母排依次从上而下均匀布置在水冷板的另一侧,三个第一吸收电容分别安装在三排叠层母排上,驱动回路安装在叠层母排下侧的水冷板上;所述交流侧汇流母排、直流侧负汇流母排和直流侧正汇流母排安装在水冷板的另一侧,直流侧叠层母排与第二吸收电容对称排布;所述水冷板的外侧设有支撑框架,水冷板安装在支撑框架内,支撑框架的正面及左右侧面均安装有面板。
优选的,分立式IGBT器件的工作布局采用分立式IGBT元件构成变换器单元的电路布局方式,六个分立式IGBT器件依次记为S11、S21、S12、S22、S13和S23,S11与S21、S12与S22以及S13与S23分别串接构成三组桥臂,三组桥臂中的上桥臂S11、S12和S13的安装方向一致,三组桥臂中的下桥臂S21、S22和S23的安装方向相对于各自上桥臂旋转180°。
优选的,水冷板内部流道均匀。
优选的,直流侧叠层母排和第二吸收电容均为三组,三组直流侧叠层母排和第二吸收电容分别安装在三组桥臂上,驱动回路位于每个桥臂的上下两侧,处在叠层母排的覆盖范围之外,并向两侧分别走线。
优选的,驱动回路采用1SP0635型驱动。
优选的,直流侧负汇流母排和直流侧正汇流母排的工作方式均先由三路汇成两路,再由两路汇成一路。
优选的,交流侧汇流母排重叠布置。
优选的,支撑框架和面板均有钣金材质构件。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:本实用新型提出的大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,并联各支路电流阻抗计算精确,保证一致,实现很高的均流系数,驱动电路各相各器件电缆长度一致,路径分开,互补干扰;主回路布局设计,充分利用空间,优化电路路径,功率密度大,模块整体尺寸小,简洁,便于维护安装,电气特性佳;模块外框和内部支撑件为钣金,能有效低于外部电磁干扰,也能屏蔽模块内部对外的电磁干扰,钣金通用吗,美观,制造便捷,性价比高。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构左视图;
图2为本实用新型的整体结构右视图;
图3为本实用新型的整体结构后视图;
图4为本实用新型的未安装面板状态下整体结构左视图;
图5为本实用新型的未安装面板状态下整体结构右视图;
图6为本实用新型的未安装面板状态下整体结构后视图;
图7为本实用新型的水冷板前视图;
图8为本实用新型的水冷板后视图;
图9为本实用新型的叠层母排结构示意图;
图10为本实用新型的交流侧汇流母排安装前视图;
图11为本实用新型的交流侧汇流母排安装后视图;
图12为本实用新型的交流侧汇流母排安装侧视图;
图13为本实用新型的直流侧叠层母排结构示意图;
图14为本实用新型的交流侧汇流母排、直流侧正汇流母排及直流侧负汇流母排结构示意图;
图15为本实用新型的变换器单元的电路布局方式图。
图中:1、水冷板;2、分立式IGBT器件;3、叠层母排;4、第一吸收电容;5、驱动回路;6、交流侧汇流母排;7、电流传感器;8、直流侧叠层母排;9、第二吸收电容;10、直流侧负汇流母排;11、直流侧正汇流母排;12、支撑框架;13、面板。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-15,一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,包括水冷板1、分立式IGBT器件2、叠层母排3、第一吸收电容4、驱动回路5、交流侧汇流母排6、电流传感器7、直流侧叠层母排8、第二吸收电容9、直流侧负汇流母排10和直流侧正汇流母排11,分立式IGBT器件2为六个,六个分立式IGBT器件2依次从上而下均匀布置在水冷板1上;叠层母排3和第一吸收电容4均为三排,三排叠层母排3的型号及第一吸收电容4的型号相同,三排叠层母排3依次从上而下均匀布置在水冷板1的另一侧,三个第一吸收电容4分别安装在三排叠层母排3上,驱动回路5安装在叠层母排3下侧的水冷板1上;交流侧汇流母排6、直流侧负汇流母排10和直流侧正汇流母排11安装在水冷板1的另一侧,直流侧叠层母排8与第二吸收电容9对称排布;水冷板1的外侧设有支撑框架12,水冷板1安装在支撑框架12内,支撑框架12的正面及左右侧面均安装有面板13。
分立式IGBT器件2的工作布局采用分立式IGBT元件构成变换器单元的电路布局方式,六个分立式IGBT器件2依次记为S11、S21、S12、S22、S13和S23,从上而下依次对应图15中S11、S21、S12、S22、S13和S23,S11与S21、S12与S22以及S13与S23分别串接构成三组桥臂,三组桥臂中的上桥臂S11、S12和S13的安装方向一致,三组桥臂中的下桥臂S21、S22和S23的安装方向相对于各自上桥臂旋转180°,这样每组桥臂的两个IGBT器件的控制驱动端口位于桥臂的上下两侧,实现驱动信号的路径一致;分立式IGBT元件构成变换器单元的电路布局如图15所示,由图15可以看出,分立式IGBT元件构成变换器单元采用三个相同的半桥模块并联输出的方式获取较大的输出电流,其中半桥模块由两个分立式IGBT元件、缓冲电容、输出电流传感器组成;两个分立式IGBT元件采用串接的方式,图15中部件X11为开关管S11下端到输出点线路等效RL参数,部件X21为开关管S21上端到输出点线路等效RL参数,为了保证自身参数的一致性部件X11和部件X21的RL参数应相同;缓冲电容并接于IGBT开关管S11的上端和开关管S21的下端,部件X31为电容本身寄生和并联线路等效RL参数,部件X41为开关管S11上端至直流母线DC+端线路等效RL参数,部件X51为开关管S21下端至直流母线DC-端线路等效RL参数,部件X61为各模块输出点至并联点处线路等效RL参数;输出电流传感器主要用于检测各模块输出电流值,可通过调节某一时刻各模块导通时间来进一步保证各模块之间电流的均等。为了保证各桥臂单元之间的均流,各桥臂中的对应部件的参数值应保持一致,同时也应保证各桥臂单元对应开关管的驱动信号的路径是相同的,以保证导通初始时刻是相同的;水冷板1内部流道均匀,能提供给6个分立IGBT器件相同的冷却条件,保证6个分立IGBT器件运行时结温一致,6个分立IGBT器件的对称布局以及叠层母排3的对称布局,驱动回路5的布局实现了图15中X11、X21、X12、X22、X13、X23的数值一致;直流侧叠层母排8和第二吸收电容9均为三组,三组直流侧叠层母排8和第二吸收电容9分别安装在三组桥臂上,驱动回路5位于每个桥臂的上下两侧,处在叠层母排3的覆盖范围之外,实现了驱动回路5路径一致,向两侧分别走线,避免了驱动信号相互之间的干扰,其次驱动回路5避免被叠层母排3覆盖,避免了驱动信号被叠层母排3的干扰,也便于驱动回路5的安装维护;驱动回路5采用1SP0635型驱动;直流侧负汇流母排10和直流侧正汇流母排11的工作方式均先由三路汇成两路,再由两路汇成一路,由三路汇成两路再汇成一路时各之路的母排截面大小和汇流点的距离如图13所示,按此规律实现了图15中X61、X62。X63数值一致;交流侧汇流母排6重叠布置,每个桥臂交流输出侧均安装电流传感器7来检测个桥臂输出电流值,可通过调节某一时刻各分立IGBT器件导通时间来进一步保证各模块之间电流的均等;中间一组驱动回路5上使用主驱动板,上下两组驱动回路5上使用辅驱动板,主驱动板与辅驱动板之间的联接线用绝缘板支撑走线,与柜体进行隔离,从驱动及其结构上保证了并联IGBT的门极驱动信号的一致性。
该大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,整体具有如下优点:
1:采用分立式IGBT元件构成变换器单元的电路布局方式,驱动回路5位于每个桥臂的上下两侧,处在叠层母排3的覆盖范围之外,实现了此模块并流回路很高均流系数,也实现各支路很小的阻抗,保证逆变模块能输出更大的电流。
2:六只IGBT底部的水冷散热器流道均衡对称布置,热换系数一致,从而从散热方面保证了并联IGBT的动静均流性能。
3:驱动回路5采用1SP0635型驱动,模块中间一组IGBT上使用主驱动板,上下两组IGBT上使用辅驱动板,主驱动板与辅助驱动板之间的联接线用绝缘板支撑走线,与柜体进行隔离,因而从驱动及其结构布置上保证了并联IGBT的门极驱动信号的一致性。
4:从上至下每两个IGBT一组用图9所示叠层母排3连接组成一个桥臂,叠层母排3正负层之间安装三个吸收电容,共三个桥臂,因而结构上保证了图15中的X11、X21与X12、X22及X13、X23三者的一致性,并且使X11~X23尽量小,使得IGBT开关过电压低;每个桥臂采用同样的结构配置独立的直流支撑电容,用图13所示叠层母排3连接,从而保证X31、X32、X33阻抗参数的一致性。
5:三个桥臂的直流输入部分通过图14所示的对称式直流侧负汇流母排10和直流侧正汇流母排11,分别汇集到DC-和DC+部分,从而保证X41~X43、X51~X53等输入阻抗参数的一致性。
6:三个桥臂的交流输出部分通过图13所示对称式汇流排将i1、i2、i3等三条支路电流汇集成总电路i0,从而保证X61~X63等三条交流支路阻抗参数的一致性,其中i1、i2、i3代表相应位置传感器检测出的电流。
综上所述,本实用新型提出的大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,并联各支路电流阻抗计算精确,保证一致,实现很高的均流系数,驱动回路5各相各器件电缆长度一致,路径分开,互补干扰;主回路布局设计,充分利用空间,优化电路路径,功率密度大,模块整体尺寸小,简洁,便于维护安装,电气特性佳;模块外框和内部支撑件为钣金,能有效低于外部电磁干扰,也能屏蔽模块内部对外的电磁干扰,钣金通用,美观,制造便捷,性价比高。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于,包括水冷板(1)、分立式IGBT器件(2)、叠层母排(3)、第一吸收电容(4)、驱动回路(5)、交流侧汇流母排(6)、电流传感器(7)、直流侧叠层母排(8)、第二吸收电容(9)、直流侧负汇流母排(10)和直流侧正汇流母排(11),所述分立式IGBT器件(2)为六个,六个分立式IGBT器件(2)依次从上而下均匀布置在水冷板(1)上;所述叠层母排(3)和第一吸收电容(4)均为三排,三排叠层母排(3)的型号及第一吸收电容(4)的型号相同,三排叠层母排(3)依次从上而下均匀布置在水冷板(1)的另一侧,三个第一吸收电容(4)分别安装在三排叠层母排(3)上,驱动回路(5)安装在叠层母排(3)下侧的水冷板(1)上;所述交流侧汇流母排(6)、直流侧负汇流母排(10)和直流侧正汇流母排(11)安装在水冷板(1)的另一侧,直流侧叠层母排(8)与第二吸收电容(9)对称排布;所述水冷板(1)的外侧设有支撑框架(12),水冷板(1)安装在支撑框架(12)内,支撑框架(12)的正面及左右侧面均安装有面板(13)。
2.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述分立式IGBT器件(2)的工作布局采用分立式IGBT元件构成变换器单元的电路布局方式,六个分立式IGBT器件(2)依次记为S11、S21、S12、S22、S13和S23,S11与S21、S12与S22以及S13与S23分别串接构成三组桥臂,三组桥臂中的上桥臂S11、S12和S13的安装方向一致,三组桥臂中的下桥臂S21、S22和S23的安装方向相对于各自上桥臂旋转180°。
3.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述水冷板(1)内部流道均匀。
4.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述直流侧叠层母排(8)和第二吸收电容(9)均为三组,三组直流侧叠层母排(8)和第二吸收电容(9)分别安装在三组桥臂上,驱动回路(5)位于每个桥臂的上下两侧,处在叠层母排(3)的覆盖范围之外,并向两侧分别走线。
5.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述驱动回路(5)采用1SP0635型驱动。
6.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述直流侧负汇流母排(10)和直流侧正汇流母排(11)的工作方式均先由三路汇成两路,再由两路汇成一路。
7.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述交流侧汇流母排(6)重叠布置。
8.如权利要求1所述的一种大电流/高电压IGBT直接并联的大容量逆变模块,其特征在于:所述支撑框架(12)和面板(13)均有钣金材质构件。
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