本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備，尤其涉及一種基于豎裝疊層母排的變流器模組。

背景技術(shù)：

當(dāng)前國內(nèi)的新能源變流器的研究仍然處于起步階段，而功率單元配置更多的只考慮外觀漂亮，很少有追求卓越的性能，與功率器件配合的各組件在很大程度上無法與吸收和功率擴(kuò)展單元均衡匹配。由于IGBT過流能力限制，在需要并聯(lián)使用的場所，并聯(lián)性能得不到保證，難以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前動(dòng)力電池生產(chǎn)的大電流變流器，在充電機(jī)或動(dòng)力電池測試場所應(yīng)用受限。

目前，大功率的變流器普遍采用以單個(gè)變流器橋臂作為一個(gè)功率單元模塊的方式，通過模塊外部連接組合而成。同時(shí)，單個(gè)模塊配置單個(gè)風(fēng)機(jī)，這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于：配置靈活，通過組合可以配置為不同功率級(jí)別的變流器；模塊式結(jié)構(gòu)，安裝方便，易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。其缺點(diǎn)在于：由于元器件較多，集中布置在功率模塊后難以形成風(fēng)道，元器件損耗產(chǎn)生的熱量不易散去，同時(shí)單體模塊散熱不容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，風(fēng)機(jī)故障在變流器運(yùn)行中影響較大，同時(shí)考慮到安全絕緣距離，功率單元模塊體積普遍偏大，不適用于像風(fēng)電行業(yè)這樣受空間限制的行業(yè)，另外由于獨(dú)立布置的功率單元差異性較大，無法做到在并聯(lián)時(shí)實(shí)現(xiàn)均流控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、布置合理、安全可靠性高、維護(hù)方便且電性能佳的基于豎裝疊層母排的變流器模組。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括支撐架、散熱系統(tǒng)、若干個(gè)IGBT功率器件、若干尖峰吸收電容器、驅(qū)動(dòng)單元、三相半橋直流母排及若干直流支撐電容器，若干所述IGBT功率器件等距離分布在所述散熱系統(tǒng)上，所述三相半橋直流母排豎直設(shè)置在所述IGBT功率器件上，所述三相半橋直流母排由相互對稱疊合的正母排和負(fù)母排組成，在所述正母排和所述負(fù)母排之間設(shè)置有絕緣層，所述正母排的輸入正極和所述負(fù)母排的輸入負(fù)極分別與所述IGBT功率器件的正極和負(fù)極對應(yīng)連接，所述IGBT功率器件的正極和負(fù)極在所述三相半橋直流母排的兩側(cè)對稱設(shè)置，在所述三相半橋直流母排的下側(cè)邊緣上開設(shè)有與所述尖峰吸收電容器數(shù)目相等的電容窗口，所述尖峰吸收電容器位于所述電容窗口處且所述尖峰吸收電容器的正極和負(fù)極分別與所述IGBT功率器件的正極和負(fù)極對應(yīng)連接，若干所述直流支撐電容器連接在所述三相半橋直流母排上。

上述方案可見，本發(fā)明將IGBT功率器件設(shè)置在散熱系統(tǒng)上，尖峰吸收電容器通過正負(fù)極連接在IGBT功率器件的正負(fù)極上，三相半橋直流母排豎直設(shè)置在所述IGBT功率器件上且正母排的輸入正極和所述負(fù)母排的輸入負(fù)極分別與所述IGBT功率器件的正極和負(fù)極對應(yīng)連接，IGBT功率器件的正極和負(fù)極在所述三相半橋直流母排的兩側(cè)對稱設(shè)置，其結(jié)構(gòu)緊湊，布置合理，與現(xiàn)有技術(shù)相比，三相半橋直流母排和IGBT功率器件垂直連接，其中的正母排和負(fù)母排到IGBT功率器件的正負(fù)極的距離相等，達(dá)到均流的效果；所述三相半橋直流母排由相互對稱疊合的正母排和負(fù)母排組成，在所述正母排和所述負(fù)母排之間設(shè)置有絕緣層，其中的正母排與負(fù)母排重合疊層，在中間添加絕緣層，從而實(shí)現(xiàn)直流母排的大面積重疊，避免母排的分布雜散電感過大，進(jìn)而改善其電性能；另外，將尖峰吸收電容器設(shè)置在電容窗口處且使其正負(fù)極直接與IGBT功率器件的正負(fù)極分別對應(yīng)連接，縮短了尖峰吸收電容器到IGBT功率器件的距離，無需PCB連接板或其他連線的投入，整個(gè)結(jié)構(gòu)更加簡潔，且減少了IGBT功率器件到尖峰吸收電容器的電感值；此外，直流支撐電容器設(shè)置在三相半橋直流母排上，通過三相半橋直流母排的連接，避免了IGBT功率器件和直流支撐電容器之間通過PCB板或連接線而導(dǎo)致板級(jí)阻抗過大的問題；該模組內(nèi)的各個(gè)器件均裝拆方便，其維護(hù)保養(yǎng)便捷，維護(hù)成本低；更為重要的一點(diǎn)是，通過三相半橋直流母排的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)高電壓、大電流、大功率變流，其載流能力得到極大的提高。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，在所述正母排上還設(shè)置有第一輸出正極和第二輸出正極，所述第一輸出正極和所述第二輸出正極分別設(shè)置在所述正母排的兩側(cè)邊緣上，所述負(fù)母排上還設(shè)置有第一輸出負(fù)極和第二輸出負(fù)極，所述第一輸出負(fù)極和所述第二輸出負(fù)極分別設(shè)置在所述負(fù)母排的兩側(cè)邊緣上，所述正母排和所述負(fù)母排疊合后，所述第一輸出正極和所述第一輸出負(fù)極位于所述三相半橋直流母排的一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開，所述第二輸出正極和所述第二輸出負(fù)極位于所述三相半橋直流母排的另一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開。

上述方案可見，在正母排上設(shè)置位于正母排兩側(cè)邊緣處的第一輸出正極和第二輸出正極，在負(fù)母排上設(shè)置位于負(fù)母排兩側(cè)邊緣處的第一輸出負(fù)極和第二輸出負(fù)極，這能極好地解決IGBT功率器件載流能力受限的問題，在母排的左右兩側(cè)均設(shè)置輸出極，為后續(xù)將母排進(jìn)行并聯(lián)設(shè)計(jì)提供便利，兩個(gè)側(cè)面均設(shè)置輸出極，保證了并聯(lián)時(shí)兩側(cè)均可連接其它母排，從而達(dá)到擴(kuò)容的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率輸出，且并聯(lián)無限制，并保持了并聯(lián)均流的效果。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的方案，所述第二輸出正極和所述第二輸出負(fù)極上均設(shè)置有連接折彎部，所述連接折彎部的折彎高度與所述第二輸出正極和所述第二輸出負(fù)極的極片厚度一致。

上述方案可見，連接折彎部的設(shè)置，能夠使得并聯(lián)的兩個(gè)母排前后連接成為一條線，使得并聯(lián)的母排排列整齊，保證整個(gè)模組結(jié)構(gòu)緊湊；同時(shí)，連接折彎部的設(shè)置，保證并聯(lián)的兩個(gè)母排在輸出極處的咬合連接不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，保證并聯(lián)的可靠性。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述正母排的輸入正極位于所述正母排的下側(cè)且由所述正母排的下部經(jīng)折彎90°而成，所述負(fù)母排的輸入負(fù)極位于所述負(fù)母排的下側(cè)且由所述負(fù)母排的下部經(jīng)折彎90°而成。

上述方案可見，輸入正極和輸入負(fù)極分別利用正母排和負(fù)母排下部折彎而成，使得輸入正極和輸入負(fù)極的面積較寬，這種超寬的輸入極確保了大電流的通過能力，進(jìn)而排除IGBT的電流瓶頸。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述絕緣層的下端延伸至所述IGBT功率器件的正極和負(fù)極之間的凹槽內(nèi)。

上述方案可見，將絕緣層下端延伸至IGBT功率器件的正極和負(fù)極之間的凹槽內(nèi)，確保了絕緣性能，避免發(fā)生短路。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述IGBT功率器件和所述尖峰吸收電容器的數(shù)目均設(shè)置為三個(gè)，在所述三相半橋直流母排上設(shè)置有三個(gè)連接腳，相鄰的兩個(gè)所述連接腳之間的距離相等，三個(gè)所述尖峰吸收電容器和三個(gè)所述連接腳分別與三個(gè)所述IGBT功率器件的正負(fù)極連接。

上述方案可見，在一個(gè)模組中，采用數(shù)量相同的IGBT功率器件、尖峰吸收電容器，使其與三相半橋直流母排的三個(gè)連接腳相匹配，且相鄰的兩個(gè)所述連接腳之間的距離相等，即使是并聯(lián)后，相鄰的兩個(gè)模組上的六個(gè)IGBT功率器件之間的距離都是相等的，這保證了很好的均流效果。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述支撐架包括前支架和后支架，所述前支架和后支架豎直設(shè)置在所述散熱系統(tǒng)上且位于所述三相半橋直流母排的兩側(cè)，在所述三相半橋直流母排上還設(shè)置有若干機(jī)械孔，所述直流支撐電容器一端連接在所述三相半橋直流母排上，另一端與所述后支架固定連接，所述三相半橋直流母排與所述前支架之間設(shè)置有若干絕緣柱，所述絕緣柱的一端與所述機(jī)械孔固定連接，另一端與所述前支架固定連接。

上述方案可見，支撐架的設(shè)置，能夠?qū)⑷喟霕蛑绷髂概藕驮O(shè)置在三相半橋直流母排上的直流支撐電容器承托住，進(jìn)而確保IGBT功率器件不會(huì)受到壓迫，保證電性能優(yōu)良。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述散熱系統(tǒng)為風(fēng)冷式散熱器、水冷式散熱器或風(fēng)冷與水冷式散熱器。

上述方案可見，散熱系統(tǒng)的設(shè)置能夠?qū)⒛＝M產(chǎn)生的熱量帶走，保證模組的電性能較佳。

作為再進(jìn)一步優(yōu)選的方案，所述直流支撐電容器的數(shù)目設(shè)為6個(gè)，該6個(gè)直流支撐電容器均勻分布在所述三相半橋直流母排上。

上述方案可見， 直流支撐電容器采用薄膜電容器，可以根據(jù)需要增加或減少直流支撐電容器的投入，以滿足不同的電性能要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路拓?fù)鋱D；

圖2是本發(fā)明的正面簡易結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中A部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是所述三相半橋直流母排的端面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是所述三相半橋直流母排的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是兩個(gè)所述模組并聯(lián)的簡易結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖7所示，在本實(shí)施例中，模組包括支撐架1、散熱系統(tǒng)2、三個(gè)IGBT功率器件3、三個(gè)尖峰吸收電容器4、驅(qū)動(dòng)單元5、三相半橋直流母排6及六個(gè)直流支撐電容器7，該6個(gè)直流支撐電容器7采用薄膜電容器且均勻分布在所述三相半橋直流母排6上。所述支撐架1包括前支架1a和后支架1b，所述前支架1a和后支架1b豎直設(shè)置在所述散熱系統(tǒng)2上且位于所述三相半橋直流母排6的兩側(cè)，在所述三相半橋直流母排6上還設(shè)置有四個(gè)機(jī)械孔66，所述直流支撐電容器7一端連接在所述三相半橋直流母排6上，另一端與所述后支架1b固定連接，所述三相半橋直流母排6與所述前支架1a之間設(shè)置有四個(gè)絕緣柱9，所述絕緣柱9的一端與所述機(jī)械孔66固定連接，另一端與所述前支架1a固定連接。三個(gè)所述IGBT功率器件3等距離分布在所述散熱系統(tǒng)2上，所述三相半橋直流母排6豎直設(shè)置在所述IGBT功率器件3上。在所述三相半橋直流母排6上設(shè)置有三個(gè)連接腳65，相鄰的兩個(gè)所述連接腳65之間的距離相等，三個(gè)所述尖峰吸收電容器4和三個(gè)所述連接腳65分別與三個(gè)所述IGBT功率器件3的正負(fù)極連接。所述散熱系統(tǒng)2為風(fēng)冷式散熱器、水冷式散熱器或風(fēng)冷與水冷式散熱器。在本實(shí)施例中采用風(fēng)冷式散熱器。所述風(fēng)冷式散熱器包括風(fēng)道10和設(shè)置在風(fēng)道10端部的風(fēng)機(jī)11，在所述風(fēng)道10內(nèi)設(shè)置有散熱翅片12。

所述三相半橋直流母排6由相互對稱疊合的正母排61和負(fù)母排62組成。在所述正母排61和所述負(fù)母排62之間設(shè)置有絕緣層63。所述絕緣層63的下端延伸至所述IGBT功率器件3的正極和負(fù)極之間的凹槽內(nèi)。所述正母排61的輸入正極611和所述負(fù)母排62的輸入負(fù)極621分別與所述IGBT功率器件3的正極和負(fù)極對應(yīng)連接。所述正母排61的輸入正極611位于所述正母排61的下側(cè)且由所述正母排61的下部經(jīng)折彎90°而成，所述負(fù)母排62的輸入負(fù)極621位于所述負(fù)母排62的下側(cè)且由所述負(fù)母排62的下部經(jīng)折彎90°而成。所述IGBT功率器件3的正極和負(fù)極在所述三相半橋直流母排6的兩側(cè)對稱設(shè)置。在所述正母排61上還設(shè)置有第一輸出正極612和第二輸出正極613，所述第一輸出正極612和所述第二輸出正極613分別設(shè)置在所述正母排61的兩側(cè)邊緣上，所述負(fù)母排62上還設(shè)置有第一輸出負(fù)極622和第二輸出負(fù)極623，所述第一輸出負(fù)極622和所述第二輸出負(fù)極623分別設(shè)置在所述負(fù)母排62的兩側(cè)邊緣上，所述正母排61和所述負(fù)母排62疊合后，所述第一輸出正極612和所述第一輸出負(fù)極622位于所述三相半橋直流母排6的一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開，所述第二輸出正極613和所述第二輸出負(fù)極623位于所述三相半橋直流母排6的另一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開。所述第二輸出正極613和所述第二輸出負(fù)極623上均設(shè)置有連接折彎部8，所述連接折彎部8的折彎高度與所述第二輸出正極613和所述第二輸出負(fù)極623的極片厚度一致。

在所述三相半橋直流母排6的下側(cè)邊緣上開設(shè)有與所述尖峰吸收電容器4數(shù)目相等的電容窗口64。所述尖峰吸收電容器4位于所述電容窗口64處且所述尖峰吸收電容器4的正極和負(fù)極分別與所述IGBT功率器件3的正極和負(fù)極對應(yīng)連接，所述直流支撐電容器7連接在所述三相半橋直流母排6上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以解決以下問題：

1、在三相半橋直流母排的下側(cè)邊緣上開設(shè)有與尖峰吸收電容器數(shù)目相等的電容窗口，尖峰吸收電容器位于電容窗口處且尖峰吸收電容器的正極和負(fù)極分別與IGBT功率器件的正極和負(fù)極對應(yīng)連接；這解決了高電壓IGBT功率器件與尖峰吸收電容器距離過遠(yuǎn)，連接大多是90°折彎的問題，減少了IGBT功率器件到尖峰吸收電容器的電感值。

2、三相半橋直流母排豎直設(shè)置在IGBT功率器件上，直流支撐電容器連接在三相半橋直流母排上；這解決了IGBT功率器件與直流支撐電容器間通過PCB或連線等導(dǎo)致板級(jí)阻抗過大的問題。

3、本發(fā)明模組的所有組件均通過螺釘固定，安裝或拆卸極為方便，解決了功率器件在內(nèi)功率模組更換配件困難甚至全部拆解的問題。

4、正母排的輸入正極位于正母排的下側(cè)且由正母排的下部經(jīng)折彎90°而成，負(fù)母排的輸入負(fù)極位于負(fù)母排的下側(cè)且由負(fù)母排的下部經(jīng)折彎90°而成折彎而成的輸入極寬度和面積較大，大電流、大功率、大電壓通過；解決了IGBT功率器件與支撐電容器間大電流連接線/銅箔/銅排過細(xì)/薄/窄的問題。

5、本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置在散熱系統(tǒng)上，與IGBT功率器件的連接均是通過連接腳直接連接，無需引線，解決了驅(qū)動(dòng)單元高壓檢測引出線連接問題。

6、在正母排上設(shè)置第一輸出正極和第二輸出正極，第一輸出正極和第二輸出正極分別設(shè)置在正母排的兩側(cè)邊緣上，負(fù)母排上設(shè)置第一輸出負(fù)極和第二輸出負(fù)極，第一輸出負(fù)極和第二輸出負(fù)極分別設(shè)置在負(fù)母排的兩側(cè)邊緣上，正母排和負(fù)母排疊合后，第一輸出正極和第一輸出負(fù)極位于三相半橋直流母排的一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開，第二輸出正極和第二輸出負(fù)極位于三相半橋直流母排的另一側(cè)邊緣上且上下錯(cuò)開，第二輸出正極和第二輸出負(fù)極上均設(shè)置連接折彎部，連接折彎部的折彎高度與第二輸出正極和第二輸出負(fù)極的極片厚度一致，對于需要大功率、大電流、大電壓輸出的場合，可以方便地進(jìn)行模組與模組并聯(lián)；解決了大功率輸出重新設(shè)計(jì)功率模組的問題，基本功率模組可以無限制并聯(lián)，且確保并聯(lián)均流。

7、本發(fā)明做到了整個(gè)模組安裝無連線，模組內(nèi)部任意配件拆卸更換不涉及其他配件，安裝和拆卸都極為方便，極大地便捷了維護(hù)保養(yǎng)；該模組為獨(dú)立模塊，可以與其它設(shè)備機(jī)柜方便安裝與拆卸，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，從而降低成本。

本發(fā)明可應(yīng)用于電力設(shè)備領(lǐng)域。