專(zhuān)利名稱：大功率牽引變流器功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率牽引變流器，尤其涉及一種大功率牽引變流器中的功率模塊。背景技術(shù)：
如今，中大功率變流器的應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越多。然而，目前大多數(shù)變流器大多存在各 種各樣的問(wèn)題。例如，因其內(nèi)部的功率元件之間相互分立，從而導(dǎo)致元件之間的連線復(fù)雜、構(gòu)造繁 瑣，產(chǎn)品的裝配和維修困難，而且系統(tǒng)的可靠性也隨之降低。再比如，元器件間的布局不合理，導(dǎo)致功率器件和整個(gè)系統(tǒng)的散熱效率不高。功率 器件在工作時(shí)是個(gè)巨大的熱源，如不能及時(shí)的將它的熱量帶走，將會(huì)影響其它元器件的工作。本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)介，安裝方便快捷，功率密度高的變流器 功率模塊。它能有效地克服以上所列舉的缺陷，用于緊湊簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)和外觀，安裝簡(jiǎn)便，客 觀性高。能適用于軌道交通和電力系統(tǒng)等需要中大功率變流器的領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔、安裝方便的大功率牽引變流器功率模 塊?！N大功率牽引變流器功率模塊，包括功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng)電路、功率器件驅(qū) 動(dòng)電源、低感母排、散熱板及模塊框架，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的所述功率器件， 所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源為所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路提供直流電源。所述功率器件均勻?qū)ΨQ地 排布在所述散熱板上，所述低感母排安裝在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng) 電路、功率器件驅(qū)動(dòng)電源、低感母排及散熱板收容在所述模塊框架內(nèi)。優(yōu)選地，所述散熱板與所述功率器件之間具有一層散熱絕緣材料。優(yōu)選地，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路與對(duì)應(yīng)的所述功率器件直接相連。優(yōu)選地，所述功率模塊包括直流端子和交流端子，所述電連接器與所述直流端子 連接。優(yōu)選地，所述低感母排通過(guò)螺釘安裝在所述功率器件上，所述低感母排由多層金 屬板疊加合成，所述低感母排的各層金屬板分別與所述直流端子或交流端子進(jìn)行連接并與 特定的所述功率器件的端口形成通路。優(yōu)選地，所述電連接器為卡簧式結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述功率模塊還包括向所述功率模塊外進(jìn)行數(shù)字量報(bào)警的溫度繼電器， 所述溫度繼電器安裝在所述散熱板上。優(yōu)選地，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源的電源輸入由電源分配盒提供，所述電源分配盒 將外部提供的一路電源轉(zhuǎn)換為多路并對(duì)所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行供電。優(yōu)選地，所述散熱板為水冷式散熱板，所述散熱板采用輕質(zhì)材料制成，其厚度小于或等于4cm。本發(fā)明采用合理化的結(jié)構(gòu)布置將功率器件及其相關(guān)元器件組合成的功率模塊，在 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)也使安裝和維修更加方便。

圖1為本發(fā)明的較佳實(shí)施例大功率牽引變流器功率模塊的截面示意圖。圖2為圖1中的大功率牽引變流器功率模塊的俯視示意圖。
具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明，以下將結(jié)合具體實(shí)例及附圖對(duì)發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì) 的說(shuō)明。為了克服背景技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種模塊化、高集成性及功率密 度的大功率牽引變流器功率模塊。如圖1中所示，該大功率牽引變流器功率模塊包括若干 功率器件1、功率器件驅(qū)動(dòng)電路2、功率器件驅(qū)動(dòng)電源3、交流端子5、直流端子6、電連接器 7、低感母排8、溫度繼電器(圖未示)及電源分配盒10，這些元器件合理地排布在模塊框架 11內(nèi)形成集成化模塊。功率器件1的驅(qū)動(dòng)單元由驅(qū)動(dòng)電路2和驅(qū)動(dòng)電源3組成。驅(qū)動(dòng)電路2直接安裝在 功率器件ι上，每個(gè)功率器件1均有自己獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路2。驅(qū)動(dòng)電源3統(tǒng)一安裝在模塊 的最外層。功率器件驅(qū)動(dòng)電路2直接和功率器件1直接相連，門(mén)極驅(qū)動(dòng)雜散電感極小，驅(qū)動(dòng) 延時(shí)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的用導(dǎo)線引入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，抗干擾性強(qiáng)。驅(qū)動(dòng)電路2用光纖與模塊外部的控 制板進(jìn)行通信，其中光纖會(huì)在功率模塊的框架11上進(jìn)行一次光纖轉(zhuǎn)換，這樣就可以僅對(duì)模 塊框架11上的光纖端口進(jìn)行操作，而內(nèi)部的光纖連接在組裝時(shí)就可以固化下來(lái)。驅(qū)動(dòng)電路 11的驅(qū)動(dòng)電源3在功率模塊的頂端，與驅(qū)動(dòng)電路2分離，兩者之間由導(dǎo)線連接，驅(qū)動(dòng)電源3 為驅(qū)動(dòng)電路2提供高質(zhì)量的直流電源。驅(qū)動(dòng)電源3的電源輸入由電源分配盒10提供，電源 分配盒10將外部提供的一路電源在電源分配盒10內(nèi)轉(zhuǎn)換為多路，并對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)電源3進(jìn) 行供電。在圖示實(shí)施例中，功率器件1共四個(gè)(如圖2中所示)。在其它可選實(shí)施例中，功 率器件1的數(shù)量并不僅限于四個(gè)，可以根據(jù)不同功率等級(jí)和不同器件選型來(lái)調(diào)整數(shù)目。功 率器件1根據(jù)散熱板8的設(shè)計(jì)均勻?qū)ΨQ的排列在散熱板8上，在散熱板8和功率器件1之 間有一層散熱和絕緣材料(未標(biāo)示)，用于增強(qiáng)散熱效果和絕緣等級(jí)。電連接器6與功率模塊的直流端子5連接，作為功率模塊外的母線電容與低感母 排7進(jìn)行連接的器件。電連接器6采用卡簧式結(jié)構(gòu)，可以不用螺釘?shù)染o固件而直接和外部 直流母線電源的端子連接。低感母排7通過(guò)螺釘安裝在功率器件1上，低感母排7由多層金屬板疊加合成。低 感母排7的各層金屬板分別與直流端子5或交流端子4進(jìn)行連接，并使之與合適的功率器 件1端口形成通路。低感母排7的第一直流母線端子和第二直流母線端子通過(guò)電連接器6 與外部的直流電源連接。低感母排7包括第一直流側(cè)端子和第二直流側(cè)端子。當(dāng)功率模塊 用作整流模塊時(shí)，第一直流側(cè)端子與第二直流側(cè)端子連接并聯(lián)的功率器件1，連接每個(gè)由功 率器件1組成的橋臂的中點(diǎn)，將交流電源整流成直流電源或反向交流電源回饋能量。當(dāng)功率模塊用作逆變模塊時(shí)，第一直流側(cè)端子與和第二直流側(cè)端子連接每個(gè)由功率器件1組成 的橋臂的中點(diǎn)，將多個(gè)功率器件1進(jìn)行組合可以得到不同相數(shù)和拓?fù)涞碾娐?，用于直流?量的釋放和將直流電源逆變?yōu)樽儔鹤冾l的交流電源。散熱板8通過(guò)螺釘安裝在矩形的模塊框架11內(nèi)，用于帶走功率器件1工作所產(chǎn)生 的熱量。散熱板8為內(nèi)部設(shè)有通道的水冷式散熱板，具有兩個(gè)端口(圖未示)用于冷卻液 的流入和流出，冷卻液在冷卻液通道中流動(dòng)，冷卻通道在散熱板8內(nèi)部蜿蜒曲折，可增加冷 卻的面積。功率器件1通過(guò)散熱材料與散熱板8緊緊結(jié)合。散熱板8內(nèi)部通道是結(jié)合功率 器件1的布局在設(shè)定的，可以保證整個(gè)模塊內(nèi)功率器件1的工作狀態(tài)一致性。水冷式散熱 板8可用輕質(zhì)材料制成，厚度不超過(guò)4cm，能有效進(jìn)行熱傳導(dǎo)。溫度繼電器安裝在散熱板8上，可以向模塊外部進(jìn)行數(shù)字量的報(bào)警。通過(guò)以上功率模塊的設(shè)計(jì)，將散亂排布的功率器件及相關(guān)元器件進(jìn)行了整合，優(yōu) 化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性，也使得產(chǎn)品的裝配、維修更加容易。另一方面，上述功率模塊充分利用了散熱板對(duì)功率器件進(jìn)行散熱，使得功率器件 所產(chǎn)生的熱量很快被帶走，將對(duì)其它元器件的影響降低。此外，模塊化設(shè)計(jì)后的功率模塊通過(guò)伸出的電連接器與外界連接，使功率模塊的 安裝和拆卸大大簡(jiǎn)化。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種大功率牽引變流器功率模塊，包括功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng)電路、功率器件驅(qū)動(dòng)電源、低感母排、散熱板及模塊框架，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的所述功率器件，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源為所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路提供直流電源，其特征在于所述功率器件均勻?qū)ΨQ地排布在所述散熱板上，所述低感母排安裝在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng)電路、功率器件驅(qū)動(dòng)電源、低感母排及散熱板收容在所述模塊框架內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述散熱板與所 述功率器件之間具有一層散熱絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述功率器件驅(qū) 動(dòng)電路與對(duì)應(yīng)的所述功率器件直接相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述功率模塊包 括直流端子和交流端子，所述電連接器與所述直流端子連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述低感母排通 過(guò)螺釘安裝在所述功率器件上，所述低感母排由多層金屬板疊加合成，所述低感母排的各 層金屬板分別與所述直流端子或交流端子進(jìn)行連接并與特定的所述功率器件的端口形成 通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述電連接器為 卡簧式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的變流器功率模塊，其特征在于所述功率模塊 還包括向所述功率模塊外進(jìn)行數(shù)字量報(bào)警的溫度繼電器，所述溫度繼電器安裝在所述散熱 板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變流器功率模塊，其特征在于所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源的電 源輸入由電源分配盒提供，所述電源分配盒將外部提供的一路電源轉(zhuǎn)換為多路并對(duì)所述功 率器件驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率牽引變流器功率模塊，其特征在于所述散熱板為水 冷式散熱板，所述散熱板采用輕質(zhì)材料制成，其厚度小于或等于4cm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大功率牽引變流器功率模塊，包括功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng)電路、功率器件驅(qū)動(dòng)電源、低感母排、散熱板及模塊框架，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的所述功率器件，所述功率器件驅(qū)動(dòng)電源為所述功率器件驅(qū)動(dòng)電路提供直流電源。所述功率器件均勻?qū)ΨQ地排布在所述散熱板上，所述低感母排安裝在所述功率器件上，所述功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng)電路、功率器件驅(qū)動(dòng)電源、低感母排及散熱板收容在所述模塊框架內(nèi)。本發(fā)明采用合理化的結(jié)構(gòu)布置將功率器件及其相關(guān)元器件組合成的功率模塊，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)也使安裝和維修更加方便。
文檔編號(hào)H02M7/66GK101951131SQ20101028674
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者孫得金, 段三丁, 王婷, 王建新, 陳貽堃 申請(qǐng)人:武漢正遠(yuǎn)鐵路電氣有限公司