Igbt雙管并聯(lián)功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，包括高壓端子盒、復(fù)合目排、若干并聯(lián)設(shè)置于高壓端子盒和復(fù)合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，其特征在于，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設(shè)有IGBT觸發(fā)裝置，用于接收控制信號并將控制信號進(jìn)行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排輸出。本發(fā)明將控制電源和IGBT側(cè)的高壓進(jìn)行隔離，防止主回路的高壓對其他電路的損害，觸發(fā)功率大，提高了IGBT使用的安全性、靈活性和可靠性。
【專利說明】IGBT雙管并聯(lián)功率模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種IGBT雙管并聯(lián)功率模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；M0SFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。
[0003]IGBT具有開關(guān)速度快，導(dǎo)通壓降低，驅(qū)動功率小，工作頻率高，控制靈活等特點(diǎn)，因此，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，高電壓、大電流的IGBT已經(jīng)模塊化，它的驅(qū)動電路現(xiàn)已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動電路，其性能更好，可靠性更高，體積更小，會在今后大、中功率的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。但在高電壓、大功率變流器的許多應(yīng)用領(lǐng)域中，要求器件的電壓等級達(dá)到1kV以上，電流達(dá)到幾千A，就目前而言，單個IGBT模塊的電壓和電流容量仍然有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的需求。
[0004]隨著機(jī)車交流技術(shù)的發(fā)展，采用高頻大功率IGBT作為開關(guān)元件的變流器應(yīng)用日益廣泛。在6500V這個電壓等級的IGBT及保護(hù)，國際國內(nèi)雖然有成熟技術(shù)，但目前可靠性差。主要難點(diǎn)是要攻克高壓大電流IGBT觸發(fā)技術(shù)，因此，設(shè)計出一款保護(hù)功能齊全、可靠性高的IGBT觸發(fā)裝置迫在眉睫。
[0005]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種新的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，將控制電源和IGBT側(cè)的高壓進(jìn)行隔離，防止主回路的高壓對其他電路的損害。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0008]一種IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，包括高壓端子盒、復(fù)合目排、若干并聯(lián)設(shè)置于高壓端子盒和復(fù)合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設(shè)有IGBT觸發(fā)裝置，用于接收控制信號并將控制信號進(jìn)行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排輸出，所述IGBT觸發(fā)裝置包括:
[0009]用于接收控制信號的第一連接器；
[0010]用于將控制信號進(jìn)行隔離變換的隔離變壓器；
[0011]用于傳輸控制信號的光耦；
[0012]用于輸出控制信號的第二連接器。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模塊還包括用于固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述IGBT與水冷基板相接觸的一面上涂覆有導(dǎo)熱硅脂層。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模塊還設(shè)有一框架，所述水冷基板與框架固定安裝。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述低壓連接器與框架固定安裝。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述框架上固定安裝有若干門極驅(qū)動組件。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述IGBT觸發(fā)裝置與門極驅(qū)動組件固定對應(yīng)安裝。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]IGBT觸發(fā)裝置高低壓回路之間的隔離電壓等級高，提高了 IGBT使用的安全性；
[0022]IGBT觸發(fā)裝置觸發(fā)功率高，滿足了單管和雙管并聯(lián)的觸發(fā)，提高IGBT使用的靈活性；
[0023]IGBT觸發(fā)裝置有完善的保護(hù)控制，提高了 IGBT的使用壽命和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明一實施方式中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的裝配結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一實施方式中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的另一視角裝配結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一實施方式中IGBT觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明一實施方式中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的主電路原理圖。
[0029]其中:1、高壓端子盒2、水冷基板3、特制螺栓4、支撐端子5、框架6、IGBT7、IGBT配置保護(hù)裝置8、復(fù)合母排9、低壓連接器10、IGBT觸發(fā)裝置11、門極驅(qū)動板組件101、第一連接器102、隔離變壓器103、光耦104、第二連接器。

【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明公開了一種IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，包括高壓端子盒、復(fù)合目排、若干并聯(lián)設(shè)置于高壓端子盒和復(fù)合目排之間的IGBT、以及和IGBT相連的低壓連接器，一個或多個IGBT與低壓連接器之間設(shè)有IGBT觸發(fā)裝置，用于接收控制信號并將控制信號進(jìn)行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排輸出，IGBT觸發(fā)裝置包括:
[0031]用于接收控制信號的第一連接器；
[0032]用于將控制信號進(jìn)行隔離變換的隔離變壓器；
[0033]用于傳輸控制信號的光耦；
[0034]用于輸出控制信號的第二連接器。
[0035]優(yōu)選地，模塊還包括用于固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
[0036]優(yōu)選地，IGBT與水冷基板相接觸的一面上涂覆有導(dǎo)熱硅脂層。
[0037]優(yōu)選地，模塊還設(shè)有一框架，水冷基板與框架固定安裝。
[0038]優(yōu)選地，低壓連接器與框架固定安裝。
[0039]優(yōu)選地，框架上固定安裝有若干門極驅(qū)動組件。
[0040]優(yōu)選地，IGBT觸發(fā)裝置與門極驅(qū)動組件固定對應(yīng)安裝。
[0041]優(yōu)選地，模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
[0042]本發(fā)明將控制電源和IGBT側(cè)的高壓進(jìn)行隔離，防止主回路的高壓對其他電路的損害。
[0043]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044]參圖1、圖2所示為本發(fā)明一【具體實施方式】中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施方式中的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊包括高壓端子盒1、復(fù)合目排8、若干并聯(lián)設(shè)置于高壓端子盒I和復(fù)合目排8之間的IGBT6、以及和IGBT6相連的低壓連接器9，一個或多個IGBT6與低壓連接器9之間設(shè)有IGBT觸發(fā)裝置10，IGBT觸發(fā)裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖參圖3所示，用于接收控制信號并將控制信號進(jìn)行隔離變換，將高壓端子盒I輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排8輸出。
[0045]優(yōu)選地，本實施方式中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊還包括水冷基板2、特制螺栓3、支撐端子4、框架5、IGBT配置保護(hù)裝置7、和門極驅(qū)動板組件11。參圖1、圖2所示，各IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的裝配關(guān)系如下:
[0046]高壓端子盒I和水冷基板2通過M6 X 25螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為8個；
[0047]支撐端子4和水冷基板2通過M6 X 50螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為3個；
[0048]框架5與水冷基板2通過M6 X 20螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為5個；
[0049]IGBT6上通過涂覆導(dǎo)熱硅脂，粘貼在水冷基板2上，再通過每個IGBT的固定孔用M6X20螺栓進(jìn)行機(jī)械固定；
[0050]IGBT配置保護(hù)裝置7與IGBT6通過輔助C、G、E電極用M3X8螺栓進(jìn)行電氣連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為3個；
[0051]復(fù)合母排8與4個IGBT6通過M8X30螺栓進(jìn)行電氣連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為12個；
[0052]低壓連接器9與框架通過M6 X 50螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為2個；
[0053]IGBT觸發(fā)裝置10與門極驅(qū)動組件I通過M4X20螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，本實施方式中螺栓數(shù)量為7個；
[0054]門極驅(qū)動組件11與框架5通過M5X25螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，，本實施方式中螺栓數(shù)量為6個；
[0055]特制螺栓3通過框架5與變流柜進(jìn)行連接，保證整體功率單元與變流柜的緊固。
[0056]其中，參圖3所示，IGBT觸發(fā)裝置10包括:
[0057]用于接收控制信號的第一連接器101，優(yōu)選地，第一連接器101選用18芯連接器，18芯連接器與低壓連接器直接相連，可插拔式連接，18芯連接器接收低壓連接器傳送的電源信號、PWM驅(qū)動信號，以及向低壓連接器反饋IGBT狀態(tài)反饋信號；
[0058]用于將控制信號進(jìn)行隔離變換的隔離變壓器102，隔離變壓器102將低壓回路和高壓回路進(jìn)行隔離，隔離電壓的等級高，提高IGBT使用的安全性；
[0059]用于傳輸控制信號的光I禹103,光f禹103用于傳輸控制IGBT的驅(qū)動信號以及IGBT狀態(tài)的反饋信號，這樣使用避免外界的電磁干擾，使得使用IGBT更加安全、可靠；
[0060]用于輸出控制信號的第二連接器104，優(yōu)選地，第二連接器104選用2個6芯連接器。IGBT觸發(fā)裝置的輸出功率大，可自由的選擇，通過6芯連接器單路或雙路輸出，使得使用IGBT靈活度更大。
[0061]參圖4所示為本發(fā)明IGBT雙管并聯(lián)功率模塊的主電路原理圖。
[0062]機(jī)車變流柜將PWM驅(qū)動信號和低壓電源信號通過低壓連接器9接入IGBT觸發(fā)裝置10，將PWM驅(qū)動信號進(jìn)行處理，再通過IGBT配置保護(hù)裝置7控制IGBT6的開通關(guān)斷，將高壓端子盒I輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排8輸出。
[0063]本發(fā)明中IGBT雙管并聯(lián)功率模塊具有以下特點(diǎn):
[0064]1、將觸發(fā)電路與配置電路分開設(shè)計，配置電路可直接安裝在IGBT器件上，增強(qiáng)觸發(fā)回路的抗干擾性能。
[0065]2、觸發(fā)功率大，可提供+15V/-10V的觸發(fā)電壓，+35A的峰值電流；
[0066]3、具有較完善的保護(hù)功能:如電源監(jiān)測功能，采用動態(tài)Vce監(jiān)測實現(xiàn)短路保護(hù)，采用動態(tài)箝位實現(xiàn)關(guān)斷時過壓保護(hù)。
[0067]由以上實施方式可以看出，本發(fā)明IGBT雙管并聯(lián)功率模塊具有以下有益效果:
[0068]IGBT觸發(fā)裝置高低壓回路之間的隔離電壓等級高，提高了 IGBT使用的安全性；
[0069]IGBT觸發(fā)裝置觸發(fā)功率高，滿足了單管和雙管并聯(lián)的觸發(fā)，提高IGBT使用的靈活性；
[0070]IGBT觸發(fā)裝置有完善的保護(hù)控制，提高了 IGBT的使用壽命和可靠性。
[0071]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0072]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，包括高壓端子盒、復(fù)合目排、若干并聯(lián)設(shè)置于高壓端子盒和復(fù)合目排之間的IGBT、以及和所述IGBT相連的低壓連接器，其特征在于，所述一個或多個IGBT與低壓連接器之間設(shè)有IGBT觸發(fā)裝置，用于接收控制信號并將控制信號進(jìn)行隔離變換，將高壓端子盒輸入的高壓單相的交流電變換成直流電，通過復(fù)合母排輸出，所述IGBT觸發(fā)裝置包括: 用于接收控制信號的第一連接器； 用于將控制信號進(jìn)行隔離變換的隔離變壓器； 用于傳輸控制信號的光耦； 用于輸出控制信號的第二連接器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述模塊還包括用于固定高壓端子盒和IGBT的水冷基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述IGBT與水冷基板相接觸的一面上涂覆有導(dǎo)熱硅脂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述模塊還設(shè)有一框架，所述水冷基板與框架固定安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述低壓連接器與框架固定安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述框架上固定安裝有若干門極驅(qū)動組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述IGBT觸發(fā)裝置與門極驅(qū)動組件固定對應(yīng)安裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT雙管并聯(lián)功率模塊，其特征在于，所述模塊還包括若干與水冷基板固定安裝的支撐端子。
【文檔編號】H02M7/00GK104333235SQ201310308969
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】張晉芳, 王博, 陳嘉明, 謝鵬 申請人:西安永電電氣有限責(zé)任公司