一種通用型電力電子功率模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種通用型電力電子功率模塊，包括鋼鐵材質(zhì)的模塊外殼以及設(shè)于模塊外殼底部的散熱風(fēng)機(jī)，散熱風(fēng)機(jī)上方設(shè)有散熱器，散熱器上方設(shè)有直流母排、連接直流母排的IGBT半橋和直流母排支撐電容，所述的IGBT半橋由IGBT管和IGBT驅(qū)動(dòng)板組成，IGBT半橋上連接有溫度保護(hù)開關(guān)，所述的直流母排上方設(shè)有接口板；本實(shí)用新型封裝了完成電力變換的大部分核心部件，散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔合理，電磁兼容性和維修性好，擴(kuò)展能力強(qiáng)，只需外加少量標(biāo)準(zhǔn)組件就能完成整套電力電子設(shè)備，降低了電力電子裝置的開發(fā)難度和成本，提高了系統(tǒng)的安全性、通用性、維修性、緊湊性和可擴(kuò)展性。
【專利說明】
一種通用型電力電子功率模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種通用型電力電子功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電力電子設(shè)備往往采用整體設(shè)計(jì)，散熱設(shè)計(jì)和電磁兼容設(shè)計(jì)十分繁瑣，而且維修性差。即使偶有模塊化設(shè)計(jì)，也只封裝了只能完成簡(jiǎn)單功能的少量部件，通用性不強(qiáng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種通用型電力電子功率模塊。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種通用型電力電子功率模塊，包括鋼鐵材質(zhì)的模塊外殼以及設(shè)于模塊外殼底部的散熱風(fēng)機(jī)，散熱風(fēng)機(jī)上方設(shè)有散熱器，散熱器上方設(shè)有直流母排、連接直流母排的IGBT半橋和直流母排支撐電容，所述的IGBT半橋由IGBT管和IGBT驅(qū)動(dòng)板組成，IGBT半橋上連接有溫度保護(hù)開關(guān)，所述的直流母排上方設(shè)有接口板。
[0005]所述的一種通用型電力電子功率模塊，其IGBT半橋有六個(gè)。
[0006]所述的一種通用型電力電子功率模塊，其IGBT半橋輸入/輸出端連接有電流傳感器。
[0007]所述的一種通用型電力電子功率模塊，其直流母排上連接有電壓傳感器。
[0008]所述的一種通用型電力電子功率模塊，其模塊外殼側(cè)板設(shè)有強(qiáng)電接口，強(qiáng)電輸入側(cè)位于側(cè)板上部，強(qiáng)電輸出側(cè)位于側(cè)板下側(cè)。
[0009]所述的一種通用型電力電子功率模塊，其模塊外殼頂部設(shè)有弱電接口，弱電控制電位于頂部接口左側(cè)，信號(hào)電位于頂部接口右側(cè)。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0011]1.模塊外殼(鋼鐵材質(zhì))封裝了完成電力變換的大部分核心部件，極大地減小了該部分電路對(duì)外界的電磁福射，電磁兼容性好；
[0012]2.把工作電壓高、工作電流大和能量密度大的電力變換電路封裝進(jìn)一個(gè)鋼鐵材質(zhì)的外殼內(nèi)，安全性高；
[0013]3.把完成電力變換的大部分核心部件封裝進(jìn)一個(gè)模塊內(nèi)，維修性好，緊湊程度高；
[0014]4.只需外加少量標(biāo)準(zhǔn)組件就能完成整套電力電子設(shè)備，降低了電力電子裝置的開發(fā)難度和成本；
[0015]5.散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔合理，散熱性能好，風(fēng)道固定，可簡(jiǎn)化了配套電力電子設(shè)備的整體散熱設(shè)計(jì)；
[0016]6.強(qiáng)電弱電分開，輸入輸出分開，安全性好，電磁兼容性好；
[0017]7.內(nèi)置六個(gè)IGBT半橋可以快速配置成多種工作模式，使用方便靈活，可廣泛適用于變頻器、蓄電池充放電裝置、交/直流穩(wěn)壓電源和交/直流穩(wěn)流電源等多種應(yīng)用場(chǎng)合，可擴(kuò)展性好；
[0018]8.六個(gè)IGBT半橋有一定的冗余度，可以實(shí)施移相多重，也可以配置成H橋模式，可提升配套電力電子設(shè)備的整體性能指標(biāo)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型主視方向的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型側(cè)視方向的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0021 ]圖3為本實(shí)用新型的系統(tǒng)方框原理圖；
[0022]圖4為本發(fā)明用于蓄電池充放電裝置的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；
[0023]圖5為SVPffM算法的基本原理圖。
[0024]各附圖標(biāo)記為:i一模塊外殼，2—IGBT半橋，3—溫度保護(hù)開關(guān)，4一散熱風(fēng)機(jī)，5—散熱器，6—電流傳感器，7—電壓傳感器，8—直流母排，9 一直流母排支撐電容，10—接口板。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]參照?qǐng)D1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型公開了一種通用型電力電子功率模塊，以在蓄電池充放電裝置上的應(yīng)用進(jìn)行說明，重點(diǎn)在于模塊組成、風(fēng)道設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和主回路設(shè)計(jì)。實(shí)施如下:
[0027]—種通用型電力電子功率模塊，包括鋼鐵材質(zhì)的模塊外殼I以及設(shè)于模塊外殼I底部的散熱風(fēng)機(jī)4，散熱風(fēng)機(jī)4自下往上吹風(fēng)，熱量散發(fā)更快，散熱風(fēng)機(jī)4上方設(shè)有散熱器5，風(fēng)道正對(duì)散熱器5的散熱面，有效散熱面積大，無雜物阻礙，風(fēng)阻小，散熱能力強(qiáng)，而且風(fēng)道固定，受外界干擾小，簡(jiǎn)化了配套電力電子設(shè)備的整體散熱設(shè)計(jì)，散熱器5上方設(shè)有直流母排
8、連接直流母排8的IGBT半橋2和直流母排支撐電容9，所述的IGBT半橋2由IGBT管和IGBT驅(qū)動(dòng)板組成，IGBT半橋2上連接有溫度保護(hù)開關(guān)3，所述的直流母排8上方設(shè)有接口板10，所述的IGBT半橋2有六個(gè)，可以快速配置成單相AC/單相AC、單相AC/DC、三相AC/三相AC、三相AC/DC、單相AC/三相AC、三相AC/單相AC、DC/單相AC、DC/三相AC和DC/DC等工作模式，使用方便靈活。由于開關(guān)管在設(shè)計(jì)有一定的冗余度，可以實(shí)施移相多重，增加最大工作總電流或提高模塊工作的開關(guān)頻率。此外，如果輸入側(cè)或輸出側(cè)為直流，模塊還可以配置成H橋模式，提高輸出響應(yīng)速度。
[0028]進(jìn)一步，所述的IGBT半橋2輸入/輸出端連接有電流傳感器6，所述的直流母排8上連接有電壓傳感器7，所述的模塊外殼I側(cè)板設(shè)有強(qiáng)電接口，強(qiáng)電輸入側(cè)位于側(cè)板上部，強(qiáng)電輸出側(cè)位于側(cè)板下側(cè)，所述的模塊外殼I頂部設(shè)有弱電接口，弱電控制電位于頂部接口左側(cè)，信號(hào)電位于頂部接口右側(cè)，這樣強(qiáng)電(動(dòng)力電)弱電(控制電和信號(hào)電)分開輸入輸出分開。
[0029]本實(shí)用新型方案結(jié)構(gòu)緊湊，配置方便靈活，散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔合理，電磁兼容性和維修性好，擴(kuò)展能力強(qiáng)，只需外加少量標(biāo)準(zhǔn)組件就能完成整套電力電子設(shè)備，可廣泛適用于變頻器、蓄電池充放電裝置、交/直流穩(wěn)壓電源和交/直流穩(wěn)流電源等應(yīng)用場(chǎng)合，降低了電力電子設(shè)備的開發(fā)難度和成本，提高了系統(tǒng)的安全性、通用性、維修性、緊湊性和可擴(kuò)展性。
[0030]在工業(yè)應(yīng)用中，由于國(guó)家電網(wǎng)的動(dòng)力電接口常為三相380V交流電，所以功率模塊輸入側(cè)采用三個(gè)IGBT半橋進(jìn)行三相受控整流。值得注意的是，由于三相受控整流的最大輸出電壓有限制，為滿足較高的輸出電壓，蓄電池充放電裝置可增加三相隔離變壓器，既可實(shí)現(xiàn)變壓變換以配合輸出電壓，也可減少蓄電池充放電裝置對(duì)電網(wǎng)的高次諧波污染。
[0031]功率模塊輸出側(cè)為滿足較大的要求最大輸出電流，或者減小單相輸出電流以提高輸出側(cè)開關(guān)管工作頻率，可選擇移相三重輸出。也可隨著要求最大輸出電流的減小，為控制成本，而選擇移相二重甚至單相輸出。對(duì)應(yīng)的，輸出側(cè)采用三個(gè)IGBT半橋、二個(gè)IGBT半橋或一個(gè)IGBT半橋進(jìn)行BUCK/BOOST斬波。此外，為了提高輸出響應(yīng)速度，輸出側(cè)也可采用二個(gè)IGBT半橋，配置成H橋模式。
[0032]本發(fā)明功率模塊用于蓄電池充放電裝置時(shí)還需外加少量開關(guān)、電感、電容、傳感器和控制器，如圖4所示。
[0033]其中控制器可靈活配置，既可使用諸如PLC之類的可靠性高、選型豐富的成熟工業(yè)控制產(chǎn)品，也可自行開發(fā)設(shè)計(jì)滿足特殊需求的定制控制系統(tǒng)。
[0034]輸入側(cè)三相受控整流，可采用正弦波脈寬調(diào)制(SPffM)控制方式控制或空間矢量控制(SVPffM)控制方式控制，其中SVPffM由于輸出電壓利用率高，諧波可以控制得更好，建議優(yōu)先使用SVPffM作為輸入側(cè)三相受控整流的控制方式，其工作原理見如圖5所示。
[0035]輸出側(cè)以移相三重為例，給蓄電池充電時(shí)，VS4—VS6均上管受控導(dǎo)通，下管強(qiáng)制截止(雖然下管的IGBT被禁用，但是下管的寄生二極管可用做BUCK電路的續(xù)流二極管)，此時(shí)輸出電路處于BUCK工作模式，給蓄電池放電時(shí)，VS4—VS6均上管強(qiáng)制截止(雖然上管的IGBT被禁用，但是上管的寄生二極管可用做BOOST電路的續(xù)流二極管)，下管受控導(dǎo)通，此時(shí)輸出電路處于BOOST工作模式。輸出三相的輸出管HVM波相位每相依次移相120°，脈寬由每相所在的電流傳感器所測(cè)的支路電流作為控制量進(jìn)行控制。如果要求較高的輸出電流精度，可以選擇任意一相以總電流傳感器所測(cè)輸出總電流減去另外兩個(gè)支路的支路電流作為控制量進(jìn)行控制。
[0036]上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于:包括鋼鐵材質(zhì)的模塊外殼(I)以及設(shè)于模塊外殼(I)底部的散熱風(fēng)機(jī)(4)，散熱風(fēng)機(jī)(4)上方設(shè)有散熱器(5)，散熱器(5)上方設(shè)有直流母排(8)、連接直流母排(8 )的IGBT半橋(2)和直流母排支撐電容(9)，所述的IGBT半橋(2)由IGBT管和IGBT驅(qū)動(dòng)板組成，IGBT半橋(2)上連接有溫度保護(hù)開關(guān)(3)，所述的直流母排(8)上方設(shè)有接口板(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于，所述的IGBT半橋(2)有六個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于，所述的IGBT半橋(2 )輸入/輸出端連接有電流傳感器(6 )。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于，所述的直流母排(8 )上連接有電壓傳感器(7 )。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于，所述的模塊外殼(I)側(cè)板設(shè)有強(qiáng)電接口，強(qiáng)電輸入側(cè)位于側(cè)板上部，強(qiáng)電輸出側(cè)位于側(cè)板下側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用型電力電子功率模塊，其特征在于，所述的模塊外殼(I)頂部設(shè)有弱電接口，弱電控制電位于頂部接口左側(cè)，信號(hào)電位于頂部接口右側(cè)。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK205490101SQ201620266499
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】李俊, 阮會(huì), 閔飛云
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇二研究所, 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所