本實(shí)用新型涉及一種功率模塊，更具體地講，涉及一種能夠降低系統(tǒng)紋波電流、加強(qiáng)系統(tǒng)絕緣性能、簡(jiǎn)化組裝過(guò)程、提高使用可靠性的適用于風(fēng)冷變流器的功率模塊。

背景技術(shù)：

在變流系統(tǒng)中，由于功率模塊實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行狀態(tài)下交流側(cè)輸入單位功率因數(shù)的控制以及各種狀態(tài)下保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠工作，因此功率模塊需要具有保證可靠的功率器件和更優(yōu)化的整機(jī)空間配置以具備高集成度、高性能和高可靠性。而在功率模塊中，母排的絕緣性能、防護(hù)等級(jí)、雜散參數(shù)等參數(shù)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用。

圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊內(nèi)的母排之間連接的分解圖。

目前，在大功率風(fēng)冷變流器功率模塊中，仍然采用普通母排和絕緣紙的方式組裝。

如圖1所示，功率模塊的母排結(jié)構(gòu)包括直流輸入母排1、正母排2、接地母排3、負(fù)母排4、電容連接母排5以及連接母排6。其中，功率模塊內(nèi)的直流輸入母排1、連接母排6分別具有需要獨(dú)立安裝的三個(gè)部分(例如，三個(gè)連接端子)，正母排2、接地母排3和負(fù)母排4的左側(cè)端分別通過(guò)連接銅排a、b和c與直流輸入母排1相連接，正母排2和負(fù)母排4分別通過(guò)四個(gè)連接銅排d1和d2與功率開關(guān)元件(例如，IGBT)和吸收電容相連接。連接母排6分別連接在直流輸入母排1的上下兩端，以通過(guò)其三個(gè)連接端子與其它元件相連接。

在圖1所示的組裝模式下，由于在生產(chǎn)裝配過(guò)程中每一塊母排均需要獨(dú)立安裝，而且接地母排3與正母排2和負(fù)母排4之間還需要安裝絕緣紙，因此模塊的雜散參數(shù)以及模塊的發(fā)熱會(huì)因生產(chǎn)裝配過(guò)程人為干預(yù)較多而變得不均勻，從而導(dǎo)致使用可靠性降低。

由于模塊的失效與母排的參數(shù)指標(biāo)有關(guān)，因而在現(xiàn)有的風(fēng)冷變流器功率模塊中，還存在如下問(wèn)題：由于需要安裝的器件較多，組裝復(fù)雜且組裝完畢后人為干預(yù)較多，導(dǎo)致模塊的雜散參數(shù)及模塊發(fā)熱不均勻、雜散電感高、系統(tǒng)紋波電流大；現(xiàn)有的母排技術(shù)落后加工周期長(zhǎng)；在高濕度現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)因絕緣防護(hù)等級(jí)低而導(dǎo)致使用可靠性差；母排與模塊連接處所承受的應(yīng)力大，卻無(wú)法釋放應(yīng)力，從而導(dǎo)致使用可靠性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上不足，本實(shí)用新型提供一種能夠降低系統(tǒng)紋波電流、加強(qiáng)系統(tǒng)絕緣性能、簡(jiǎn)化組裝過(guò)程、提高使用可靠性的適用于風(fēng)冷變流器的功率模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提供一種用于風(fēng)冷變流器的功率模塊，所述功率模塊可包括支撐電容、開關(guān)元件和吸收電容，還可包括模塊直流進(jìn)線母排和模塊支撐電容疊層母排，所述模塊支撐電容疊層母排與所述支撐電容的上端固定連接，所述模塊支撐電容疊層母排的一端連接到所述模塊直流進(jìn)線母排，另一端連接到所述開關(guān)元件和所述吸收電容。

所述模塊直流進(jìn)線母排和所述模塊支撐電容疊層母排均可為一體形成。所述模塊直流進(jìn)線母排和所述模塊支撐電容疊層母排均可包括多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)之間均設(shè)有防護(hù)絕緣紙，所述模塊支撐電容疊層母排的兩端可設(shè)置有連接端。

所述模塊支撐電容疊層母排的連接端可包括分別連接到所述模塊直流進(jìn)線母排的正連接端、接地連接端和負(fù)連接端，以及連接到所述開關(guān)元件和所述吸收電容的多個(gè)連接端。

所述接地連接端和多個(gè)連接端中的一個(gè)及以上可設(shè)置有應(yīng)力槽。

所述應(yīng)力槽可為U形槽，所述應(yīng)力槽分布在所述連接端的兩側(cè)并且錯(cuò)位設(shè)置。

所述模塊支撐電容疊層母排可位于所述支撐電容的上方，且與所述支撐電容的連接處可設(shè)有絕緣機(jī)構(gòu)。

所述絕緣機(jī)構(gòu)可為絕緣橡膠圈。

所述模塊直流進(jìn)線母排上可設(shè)有通風(fēng)孔。

所述功率模塊還可包括一體形成的模塊連接母排，所述模塊連接母排可分別連接在所述模塊直流進(jìn)線母排的上下兩端，用于與其它模塊相連接。

所述功率模塊還可包括多個(gè)分開形成的連接母排，所述多個(gè)分開形成的連接母排可分別連接在所述模塊直流進(jìn)線母排的上下兩端。

根據(jù)本實(shí)用新型的疊層母排可簡(jiǎn)化生產(chǎn)線上的工序、簡(jiǎn)化組裝過(guò)程、降低系統(tǒng)紋波電流和雜散電感，并可解決母排與模塊和吸收電容的連接處的應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，提高模塊的使用可靠性，例如，甚至可在高海拔高濕度環(huán)境下使用。

附圖說(shuō)明

通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型的這些和/或其它方面將會(huì)變得明顯并更易于理解，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊內(nèi)的母排之間連接的分解圖；

圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的疊層母排之間的連接的立體圖；

圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊連接母排的立體圖；

圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊直流進(jìn)線母排的立體圖；

圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的模塊支撐電容疊層母排的立體圖；

圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的模塊支撐電容疊層母排的側(cè)視圖；

圖7是本實(shí)用新型的實(shí)施例的絕緣機(jī)構(gòu)的立體圖；

圖8是本實(shí)用新型的實(shí)施例的應(yīng)力槽的平面圖。

在所有的附圖和具體實(shí)施方式中，相同的標(biāo)號(hào)指示相同的元件。附圖可不按照比例繪制，為了清楚、說(shuō)明及簡(jiǎn)潔起見，附圖中的元件的相對(duì)尺寸、比例和描繪可被夸大。

1-直流輸入母排；2-正母排；3-接地母排；4-負(fù)母排；5-電容連接母排；6-連接母排；7-模塊連接母排；8-模塊直流進(jìn)線母排；9-模塊支撐電容疊層母排；10-通風(fēng)孔；11-絕緣機(jī)構(gòu)；12-應(yīng)力槽；a、b、c、d1、d2-連接銅排；a’-正連接端；b’-接地連接端；c’-負(fù)連接端；d’-連接端。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

疊層母排是具有可重復(fù)電氣性能、低阻抗、抗干擾、可靠性好、節(jié)省空間、裝配簡(jiǎn)便快捷等特點(diǎn)的大功率模塊化連接結(jié)構(gòu)部件，作為一種新興的便捷式電氣部件，疊層母排由于其自身的低電感的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于中、高功率變流場(chǎng)合。例如，疊層母排應(yīng)用于功率系統(tǒng)中直流電連接(正極、負(fù)極)和模塊內(nèi)支撐電容的串并聯(lián)連接。此部件用于變流系統(tǒng)中的功率部分，其絕緣性能、防護(hù)等級(jí)、雜散參數(shù)等參數(shù)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行起到關(guān)鍵性作用，它是電力電子行業(yè)極其重要的部件。

與傳統(tǒng)的、笨重的、費(fèi)時(shí)且麻煩的功率系統(tǒng)配線方法相比，使用疊層母排可提供現(xiàn)代的、易于設(shè)計(jì)、安裝快速和結(jié)構(gòu)清晰的配電系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例采用模塊化設(shè)計(jì)，利用一體形成的母排來(lái)減小生產(chǎn)裝配過(guò)程中的人工操作，降低模塊的雜散參數(shù)，提高使用可靠性。

下面將結(jié)合圖2對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的疊層母排之間的連接的立體圖。

參照?qǐng)D2，根據(jù)本實(shí)用新型的功率模塊內(nèi)的母排結(jié)構(gòu)可包括模塊直流進(jìn)線母排8、模塊支撐電容疊層母排9?？蛇x地，根據(jù)本實(shí)用新型的功率模塊內(nèi)的母排結(jié)構(gòu)還可包括模塊連接母排7，模塊連接母排7可分別連接在模塊直流進(jìn)線母排8的上下兩端，以與其它模塊(例如功率模塊)實(shí)現(xiàn)固定連接。

模塊支撐電容疊層母排9的一端可連接到模塊直流進(jìn)線母排8，另一端可連接到開關(guān)元件(例如，IGBT或IGBT模塊)和吸收電容。

另外，模塊支撐電容疊層母排9可通過(guò)固定連接件(例如，螺栓)與功率模塊內(nèi)的支撐電容(如圖2所示的電容器組)固定連接。

具體地，模塊支撐電容疊層母排9的一側(cè)的連接端可設(shè)置為連接端a’、b’和c’(詳見圖5和圖6，分別為正連接端、接地連接端和負(fù)連接端)，連接端a’、b’和c’可通過(guò)連接部件(例如，螺絲)與模塊直流進(jìn)線母排8相連接，模塊支撐電容疊層母排9的另一側(cè)的連接端可設(shè)置為多個(gè)連接端d’(詳見圖5和圖6)，多個(gè)連接端d’可通過(guò)連接部件(例如，螺絲)與IGBT模塊和吸收電容相連接。

在圖2所示的疊層母排的組裝模式下，疊層母排可采用模塊化設(shè)計(jì)或一體化設(shè)計(jì)，疊層母排自身可安裝有絕緣紙，故彼此之間絕緣，因此在安裝疊層母排時(shí)不再需要分層安裝以及在疊層母排之間安裝絕緣紙的步驟，而是只需要安裝整個(gè)疊層母排即可。

另外，模塊連接母排和模塊直流進(jìn)線母排均由現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)部分變成一個(gè)部分，因此，安裝過(guò)程中只需要安裝一次即可，從而大大降低了安裝過(guò)程中的人為干預(yù)因素，簡(jiǎn)化了操作步驟，并降低了安裝難度。

下面將參照?qǐng)D3至圖8分別對(duì)根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊連接母排7、模塊直流進(jìn)線母排8和模塊支撐電容疊層母排9進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊連接母排7的立體圖，圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊直流進(jìn)線母排8的立體圖，圖5和圖6分別是本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的模塊支撐電容疊層母排9的立體圖，圖7是本實(shí)用新型的實(shí)施例的絕緣機(jī)構(gòu)11的立體圖，圖8是本實(shí)用新型的實(shí)施例的應(yīng)力槽12的平面圖。

參照?qǐng)D3至圖4，根據(jù)本實(shí)用新型的模塊連接母排7和模塊直流進(jìn)線母排8可以均是一體形成的單塊母排，并可具有多層結(jié)構(gòu)。具體地，模塊連接母排7的所述多層結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的三塊連接母排6的所有功能，模塊直流進(jìn)線母排8的所述多層結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)直流輸入母排1的所有功能，且所述多層結(jié)構(gòu)之間設(shè)有防護(hù)絕緣紙。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的模塊連接母排7和模塊直流進(jìn)線母排8的表面均進(jìn)行了表面絕緣處理(例如，設(shè)有防護(hù)絕緣紙)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的單獨(dú)形成并需要分別安裝的三塊母排相比，安裝過(guò)程更加簡(jiǎn)單方便，且所述母排的裸露面積大大降低，改善了絕緣強(qiáng)度，而且在功率模塊運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生爬電的概率也隨之大大降低。

此外，將母排設(shè)計(jì)為如圖3和圖4所示的一體化的疊層母排，可降低模塊之間和模塊出線處的雜散電感，從而降低模塊間的紋波電流。

如圖4所示，模塊直流進(jìn)線母排8的中間部分設(shè)有通風(fēng)孔10，并在通風(fēng)孔10的上下兩側(cè)各設(shè)有兩個(gè)定位孔，功率模塊內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過(guò)通風(fēng)孔10散出?？蛇x地，可根據(jù)需要改變通風(fēng)孔10的設(shè)置位置或數(shù)量。

參照?qǐng)D5至圖8，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊支撐電容疊層母排9是單獨(dú)的一塊母排，并包括設(shè)為分別連接到所述模塊直流進(jìn)線母排8的正連接端a’、接地連接端b’和負(fù)連接端c’，以及設(shè)為連接到所述開關(guān)元件和所述吸收電容的多個(gè)連接端d’。與圖1中的正母排2、接地母排3、負(fù)母排4和電容連接母排5的連接方式相比，模塊支撐電容疊層母排9為模塊化、一體化設(shè)計(jì)，并可具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)正母排、接地母排、負(fù)母排和電容連接母排的功能。因而在生產(chǎn)裝配過(guò)程中，模塊支撐電容疊層母排9不僅簡(jiǎn)化了其生產(chǎn)工序，而且簡(jiǎn)化了其安裝工序。此外，模塊支撐電容疊層母排9不僅能夠在功率模塊中同時(shí)具有上述四塊母排的功能，還可將功率模塊內(nèi)正負(fù)母排之間的間隙最小化，因此可最大程度地降低母排之間的雜散電感，進(jìn)而降低功率模塊內(nèi)的電容器上的紋波電流，減少功率模塊發(fā)熱，并降低電容的失效率。

此外，模塊支撐電容疊層母排9通過(guò)固定連接件(例如，螺栓)與支撐電容相連接，與所述連接處可設(shè)有絕緣機(jī)構(gòu)11，絕緣機(jī)構(gòu)11可以是如圖7所示的絕緣橡膠圈，以增加電容端子之間的絕緣性能，改善電容器的使用壽命?？蛇x地，絕緣機(jī)構(gòu)11可設(shè)置在模塊支撐電容疊層母排9與支撐電容的接觸的表面背對(duì)的表面上，并具有與模塊支撐電容疊層母排9上的用于固定連接件的部分(例如，螺栓孔)相對(duì)應(yīng)的形狀。也就是說(shuō)，絕緣機(jī)構(gòu)11起到使電容的端子之間彼此絕緣的作用，絕緣機(jī)構(gòu)11的數(shù)量不限于此。然而，絕緣機(jī)構(gòu)11還可以是絕緣橡膠片，整體設(shè)置在模塊支撐電容疊層母排9與支撐電容的接觸的表面背對(duì)的表面上。

如圖5和圖6所示，模塊支撐電容疊層母排9的一側(cè)的連接端設(shè)置為與模塊直流進(jìn)線母排8相連接的3個(gè)連接端a’、b’和c’。模塊支撐電容疊層母排9的另一側(cè)的連接端設(shè)置為與IGBT模塊和吸收電容相連接的多個(gè)連接端d’(例如，8個(gè)連接端d’)。所述連接端a’、b’、c’和d’包括沿著與模塊支撐電容疊層母排9平面相同的平面延伸的部分以及從所述延伸的部分的端部沿著與模塊支撐電容疊層母排9的平面垂直的方向延伸的另一部分。優(yōu)選地，上述連接端可由銅制成。其中，3個(gè)連接端a’、b’和c’彼此之間可設(shè)有防護(hù)絕緣紙，8個(gè)連接端d’彼此之間可設(shè)有防護(hù)絕緣紙。此外，為了釋放連接母排在與其它模塊(例如功率模塊)連接時(shí)承受的過(guò)大的應(yīng)力，可在與模塊支撐電容疊層母排9相同的平面延伸的部分中設(shè)置應(yīng)力槽12。例如，模塊支撐電容疊層母排9的8個(gè)連接端d’中的至少一部分和/或接地連接端b’可設(shè)有應(yīng)力槽，如圖5和圖6所示，應(yīng)力槽錯(cuò)位地設(shè)置在模塊支撐電容疊層母排9的兩端的連接端的兩側(cè)。具體地，應(yīng)力槽12可以是在與模塊支撐電容疊層母排9相同的平面上的U形槽，如圖8所示，當(dāng)然應(yīng)力槽12還可以是方形槽或者橢圓槽。優(yōu)選地，應(yīng)力槽12為U形槽時(shí)的寬度w為4mm，深度h為8mm，即，沿與模塊支撐電容疊層母排9的連接端d’的排列方向垂直的方向延伸的槽寬為4mm，沿模塊支撐電容疊層母排9的連接端d’的排列方向延伸的槽深為8mm。然而，應(yīng)力槽12的尺寸和形狀可根據(jù)連接端和將要連接的元件的尺寸和/或所承受的應(yīng)力大小進(jìn)行改變，應(yīng)力槽12的位置可根據(jù)所承受的應(yīng)力的最大值的位置進(jìn)行改變。

此處應(yīng)力槽12的設(shè)計(jì)可在安裝功率模塊的過(guò)程中釋放疊層母排與模塊以及疊層母排與吸收電容的連接處因公差而引起的應(yīng)力，提高功率模塊的使用可靠性。

由于根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的母排之間均設(shè)有絕緣紙，模塊支撐電容疊層母排與支撐電容的連接處設(shè)有絕緣橡膠圈，且模塊支撐電容疊層母排在組裝后會(huì)進(jìn)行密封處理，因此與現(xiàn)有技術(shù)的母排連接相比，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的功率模塊內(nèi)的所有母排的整體的絕緣性能和防腐等級(jí)均提高。

此外，根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，當(dāng)組裝功率模塊內(nèi)的母排時(shí)，可采用現(xiàn)有技術(shù)中的分開形成的多個(gè)連接母排6(如圖1中所示)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的功率模塊與其它模塊(例如功率模塊)的連接，而無(wú)需采用根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的連接母排7。也就是說(shuō)，根據(jù)本實(shí)用新型的模塊直流進(jìn)線母排8具有兼容性，既可以通過(guò)根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的模塊連接母排7實(shí)現(xiàn)與其它模塊(例如功率模塊)的連接，也可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的分開形成的多個(gè)連接母排6實(shí)現(xiàn)與其它模塊(例如功率模塊)的連接。

本實(shí)用新型將功率模塊內(nèi)的多個(gè)疊層連接的母排變成一塊疊層母排(例如，將母排2、3、4和5變?yōu)橐粔K模塊支撐電容疊層母排9)，安裝時(shí)只需將母排、電容、IGBT連接起來(lái)即可。

此外，本實(shí)用新型還將現(xiàn)有的直流進(jìn)線母排和連接母排由三塊變?yōu)橐粔K，因此根據(jù)本實(shí)用新型的功率模塊具有如下優(yōu)點(diǎn)：

a)與現(xiàn)有技術(shù)的母排相比，根據(jù)本實(shí)用新型的疊層母排不需要一層一層的安裝并打耐壓等的工序，只需要將整個(gè)母排放在生產(chǎn)線上組裝即可，因此可縮短生產(chǎn)線上的模塊加工周期，提高模塊組裝的友好性；

b)有效地提高了絕緣防護(hù)能力，在高海拔高濕度環(huán)境下具有更高的可靠性，因此可在高濕度現(xiàn)場(chǎng)和高海拔現(xiàn)場(chǎng)使用；

c)與現(xiàn)有技術(shù)的母排連接方式相比，模塊與模塊之間的疊層化連接可將紋波電流降低22％(即，降低了5～10A)，使電容器壽命提高約20％，并可大大延長(zhǎng)功率模塊的使用壽命，并且模塊之間的雜散參數(shù)一致性好，降低了系統(tǒng)紋波電流，并且降低后的紋波電流可保持均勻；

d)應(yīng)力槽設(shè)計(jì)解決了母排與模塊和吸收電容的連接處的應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題；

e)絕緣橡膠圈設(shè)計(jì)可加強(qiáng)電容器端子間的絕緣特性，可防止因電容放電而引發(fā)的電容器的失效。

雖然已示出和描述了本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本實(shí)用新型的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行組合或改變。