基于igbt的功率單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種基于IGBT的功率單元，包括功率單元框架，功率單元框架為上端開口的長方體，散熱器固定于功率單元框架內空間的下方，IGBT模塊組件安設在散熱器的外側，放電電阻固定于功率單元框架的右上方，熱敏電阻安設在散熱器上，支撐電容陣列固定于功率單元框架內空間的上方，疊層母排固定于IGBT模塊組件和支撐電容陣列的外側，IGBT驅動板固定于功率單元框架的左上方，IGBT驅動板與IGBT模塊組件固定連接且電連接，IGBT驅動板、IGBT模塊組件、支撐電容陣列、熱敏電阻、熱敏電阻和放電電阻通過疊層母排連成電路回路。本實用新型功率等級高，功率密度高，結構簡單緊湊，安裝拆卸方便，成本低，提高流水線生產(chǎn)效率。
【專利說明】基于IGBT的功率單元

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及變流器領域，尤其是指一種基于IGBT的功率單元。

【背景技術】
[0002]風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到重視，風力發(fā)電技術也隨之迅猛發(fā)展。風電變流器是風電技術的關鍵器件，而功率單元又是風電變流器的核心部件。它通過控制功率元件的開通和關斷，來改變輸入電壓的特性，起到整流和逆變的作用。
[0003]功率單元是風電變流器的核心組成部分，目前普遍選用IGBT絕緣柵雙極晶體管作為功率單元逆變-整流電路的主開關元件。IGBT是一種新型復合電壓控制電力電子器件，具有輸入阻抗大、響應速度快、驅動功率小、開關損耗小、通態(tài)壓降低和工作頻率高等優(yōu)點，廣泛地應用于風電變流器中。
[0004]目前大部分廠家的變流器功率單元沒有采用模塊化的設計理念，存在功率密度低，結構復雜，散熱效果差，安裝和維護不便，流水線生產(chǎn)效率不高等問題。
實用新型內容
[0005]為了解決現(xiàn)有變流器功率單元功率密度低、結構復雜、散熱效果差、安裝和維護不便的問題，本實用新型提出了一種基于IGBT的功率單元，功率等級高，功率密度高，結構簡單緊湊，安裝拆卸方便，成本低，提高流水線生產(chǎn)效率。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是:一種基于IGBT的功率單元，包括功率單元框架和安裝于功率單元框架內的IGBT模塊組件、散熱器、支撐電容陣列、放電電阻、熱敏電阻和IGBT驅動板，所述的功率單元框架為上端開口的長方體，所述的散熱器固定于功率單元框架內空間的下方，所述的IGBT模塊組件安設在散熱器的外側，所述的放電電阻固定于功率單元框架的右上方，所述的熱敏電阻安設在散熱器上，所述的支撐電容陣列固定于功率單元框架內空間的上方，所述的疊層母排固定于IGBT模塊組件和支撐電容陣列的外側，所述的IGBT驅動板固定于功率單元框架的左上方，IGBT驅動板與IGBT模塊組件固定連接且電連接，IGBT驅動板、IGBT模塊組件、支撐電容陣列、熱敏電阻、熱敏電阻和放電電阻通過疊層母排連成電路回路。
[0007]IGBT模塊組件、支撐電容陣列和放電電阻通過疊層母排相互并聯(lián)，放電電阻用以在功率單元停止工作時對支撐電容陣列進行放電，保證操作人員檢修功率單元時的安全。IGBT驅動板接收外部的PWM信號并轉換成控制信號發(fā)送給IGBT模塊組件以控制其開斷，IGBT驅動板對IGBT模塊組件具有短路保護和欠壓封鎖功能；IGBT驅動板可通過檢測IGBT集電極和發(fā)射極的電流，當電流超過設定值時，IGBT驅動板切斷電路形成短路保護，從而保護IGBT不會內部短路；IGBT驅動板通過檢測其內部功率放大電路的電壓，當電壓小于設定值時，IGBT驅動板封鎖控制信號向IGBT門極的傳輸，從而形成欠壓封鎖，以此降低IGBT的故障風險。熱敏電阻用以測量IGBT模塊組件的溫度。
[0008]作為優(yōu)選，所述的IGBT模塊組件包括若干個IGBT模塊，所述的若干個IGBT模塊串聯(lián)。
[0009]作為優(yōu)選，所述的支撐電容陣列包括若干個支撐電容，所述的若干個支撐電容通過疊層母排并聯(lián)。
[0010]作為優(yōu)選，所述的IGBT模塊組件和散熱器粘接有導熱硅膠。
[0011]作為優(yōu)選，所述散熱器的一側設有擋風板。擋風板用以控制散熱器進風口風壓。
[0012]作為優(yōu)選，所述散熱器和疊層母排之間還設有固定架，所述的固定架為半包圍結構，固定架與散熱器的上部、前部和下部固定連接，固定架的上端和下端與功率單元框架固定連接。
[0013]作為優(yōu)選，所述固定架的前端設有矩形開口。
[0014]作為優(yōu)選，所述的疊層母排為“T”字形，所述疊層母排的上端連有向后彎折設置的上端母排，所述的上端母排與功率單元框架的頂部固定連接，所述疊層母排的下端連有向左彎折設置的下端母排，所述的下端母排與功率單元框架的左側固定連接。疊層母排由三層母排和若干層絕緣膜交替疊層壓合而成，三層母排分別接直流電的正、負極和交流電，上端母排接直流電的正、負極，下端母排通交流電。
[0015]作為優(yōu)選，所述IGBT驅動板的外側固定有驅動絕緣板。IGBT驅動板用以驅動IGBT模塊組件門極的開斷，兩者通過驅動線聯(lián)接，機側的驅動線走線時需纏繞于磁環(huán)，磁環(huán)固定于驅動絕緣板上。
[0016]作為優(yōu)選，所述功率單元框架的背面固定有散熱絕緣板。散熱絕緣板用以密封散熱器背面并完善其風道，從左側進風、右側出風。
[0017]本實用新型的有益效果是:功率等級高，功率密度高，結構簡單緊湊，安裝拆卸方便，成本低,提高流水線生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的一種結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的一種爆炸結構示意圖；
[0020]圖3是圖2的左視圖。
[0021]圖中，1-功率單元框架，2-散熱器，3-1GBT模塊組件，4-1GBT驅動板，5_支撐電容陣列，6-疊層母排，7-放電電阻，8-熱敏電阻，9-擋風板，10-散熱絕緣板，11-驅動絕緣板，12-磁環(huán)，13-上端母排，14-下端母排，15-進風口，16-出風口，17-固定架。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0023]如圖1和圖2所示，一種基于IGBT的功率單元，包括功率單元框架1、散熱器2、IGBT模塊組件3、IGBT驅動板4、支撐電容陣列5、疊層母排6、放電電阻7、熱敏電阻9。功率單元框架I為上端開口的長方體，散熱器2、IGBT模塊組件3、IGBT驅動板4、支撐電容陣列5均放置在功率單元框架I內空間中。
[0024]散熱器2通過螺紋連接固定于功率單元框架I內空間的下方，熱敏電阻9安設在散熱器2上。功率單元框架I的背面固定有散熱絕緣板10，用以密封散熱器2背面并完善其風道，從功率單元框架I的左側進風，從功率單元框架I的右側出風。散熱器2的進風一側設有擋風板9，用以控制散熱器2進風口風壓，如圖3所示。
[0025]熱敏電阻9安轉在散熱器上，用以測量IGBT模塊組件的溫度。
[0026]IGBT模塊組件3底部涂抹上導熱硅膠后通過螺紋連接固定于散熱器2的外側，IGBT模塊組件3包括兩個IGBT模塊，每個IGBT模塊內部封裝兩個IGBT，IGBT通過螺紋固定于IGBT模塊組件3外側的銅排7串聯(lián)成全橋電路。
[0027]散熱器和疊層母排之間還設有固定架17，固定架17為半包圍結構，固定架17與散熱器2的上部、前部和下部固定連接，固定架17的上端和下端與功率單元框架I固定連接。固定架17的前端設有矩形開口，以安設IGBT模塊組件3。
[0028]支撐電容陣列5包括八個支撐電容，八個支撐電容整齊排列并固定于功率單元框架I內空間的上方。支撐電容陣列5的支撐電容之間通過疊層母排6并聯(lián)。
[0029]疊層母排6為“T”字形，疊層母排6上端的水平部分固定于IGBT模塊組件的外側，疊層母排6下端的豎直部分固定于支撐電容陣列的外側。疊層母排6上端的水平部分連有向后彎折設置的上端母排13，上端母排13與功率單元框架I的頂部左側固定連接，疊層母排6下端的豎直部分連有向左彎折設置的下端母排14，下端母排14與功率單元框架I的左側固定連接。疊層母排6由三層母排和若干層絕緣膜交替疊層壓合而成，三層母排分別接直流電的正、負極和交流電，上端母排13接直流電的正、負極，下端母排14通交流電。
[0030]放電電阻7固定于功率單元框架I頂部的右側，通過接線與疊層母排6相連接。
[0031]如圖3所示，IGBT驅動板4固定于功率單元框架I外側的左上方，IGBT驅動板4與IGBT模塊組件3固定連接且電連接。IGBT驅動板4不僅可以控制IGBT門極的開斷，而且可以起到部分電路保護作用，IGBT驅動板4的外側安裝驅動絕緣板11，可以起保護作用。IGBT驅動板用以驅動IGBT模塊組件門極的開斷，兩者通過驅動線聯(lián)接，機側的驅動線走線時需纏繞于磁環(huán)12，磁環(huán)12固定于驅動絕緣板11上。
[0032]IGBT模塊組件3、支撐電容陣列5、熱敏電阻9和放電電阻7通過疊層母排6相互并聯(lián)，放電電阻7用以在功率單元停止工作時對支撐電容陣列5進行放電，保證操作人員檢修功率單元時的安全。
[0033]IGBT驅動板4接收外部的PWM信號并轉換成控制信號發(fā)送給IGBT模塊組件3以控制其開斷，IGBT驅動板4對IGBT模塊組件3具有短路保護和欠壓封鎖功能；IGBT驅動板4可通過檢測IGBT集電極和發(fā)射極的電流，當電流超過設定值時，IGBT驅動板4切斷電路形成短路保護，從而保護IGBT不會內部短路；IGBT驅動板4通過檢測其內部功率放大電路的電壓，當電壓小于設定值時，IGBT驅動板4封鎖控制信號向IGBT門極的傳輸,從而形成欠壓封鎖，以此降低IGBT的故障風險。
[0034]以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于IGBT的功率單元，其特征在于:包括功率單元框架和安裝于功率單元框架內的IGBT模塊組件、散熱器、支撐電容陣列、放電電阻、熱敏電阻和IGBT驅動板，所述的功率單元框架為上端開口的長方體，所述的散熱器固定于功率單元框架內空間的下方，所述的IGBT模塊組件安設在散熱器的外側，所述的放電電阻固定于功率單元框架的右上方，所述的熱敏電阻安設在散熱器上，所述的支撐電容陣列固定于功率單元框架內空間的上方，所述的疊層母排固定于IGBT模塊組件和支撐電容陣列的外側，所述的IGBT驅動板固定于功率單元框架的左上方，IGBT驅動板與IGBT模塊組件固定連接且電連接，IGBT驅動板、IGBT模塊組件、支撐電容陣列、熱敏電阻、熱敏電阻和放電電阻通過疊層母排連成電路回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述的IGBT模塊組件包括若干個IGBT模塊，所述的若干個IGBT模塊串聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述的支撐電容陣列包括若干個支撐電容，所述的若干個支撐電容通過疊層母排并聯(lián)。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述的IGBT模塊組件和散熱器粘接有導熱硅膠。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述散熱器的一側設有擋風板。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述散熱器和疊層母排之間還設有固定架，所述的固定架為半包圍結構，固定架與散熱器的上部、前部和下部固定連接，固定架的上端和下端與功率單元框架固定連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述固定架的前端設有矩形開口。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述的疊層母排為“T”字形，所述疊層母排的上端連有向后彎折設置的上端母排，所述的上端母排與功率單元框架的頂部固定連接，所述疊層母排的下端連有向左彎折設置的下端母排，所述的下端母排與功率單元框架的左側固定連接。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述IGBT驅動板的外側固定有驅動絕緣板。
10.根據(jù)權利要求1所述的基于IGBT的功率單元，其特征在于:所述功率單元框架的背面固定有散熱絕緣板。
【文檔編號】H02M1/00GK204068668SQ201420540290
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】陳琦, 蔣侃, 石順風, 董巖, 崔杰, 呂敏健 申請人:浙江日風電氣有限公司