緊湊型逆變器及其制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及驅(qū)動逆變器技術，尤其屬于一種適用于電動汽車(包括純電動汽車和混合動力電動汽車)的緊湊型逆變器以及這種逆變器的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，電動汽車及混合動力汽車中使用的逆變器體積功率密度要求非常高，逆變器的體積已成為整個產(chǎn)品的關鍵競爭力，目前先進的逆變器能達到12KW/L。功率越來越高，體積越來越小，成本越來越低，這已經(jīng)成為逆變器結(jié)構(gòu)的最重要要求，因此緊湊型逆變器的研究備受關注。
[0003]在國產(chǎn)的電動汽車中，逆變器的體積很大，但功率密度一般小于5KW/L，放置在車內(nèi)的難度較大，如圖2示出了傳統(tǒng)的逆變器單相組件的結(jié)構(gòu)，其中IGBT模塊10、冷卻板20和DC-Link電容30自上而下平鋪，三相組件也采用平面布置的方式。而國際上的高功率密度(最高15KW/L)的逆變器都需要定制電子器件，如IGBT模塊和DC-Link電容，這些定制的器件不但價格昂貴，而且變形設計非常困難，普遍適用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種緊湊型逆變器及其制造方法，無需特別定制電子器件，可以有效減小逆變器的體積，提高逆變器的功率密度，同時顯著降低成本。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的緊湊型逆變器，包括一個DC-Link電容和三個單相全橋模塊，所述三個單相全橋模塊分別為U相全橋模塊、V相全橋模塊和W相全橋模塊；所述三個單相全橋模塊圍成一個內(nèi)腔，所述DC-Link電容固定在該內(nèi)腔中，且DC-Link電容的正負極對應地連接在三個單相全橋模塊上。
[0006]其中，每個單相全橋模塊包括冷卻板、上半橋IGBT芯片、下半橋IGBT芯片、直流母線正極銅排、直流母線負極銅排、相線銅排、導熱絕緣墊片和驅(qū)動控制板；所述直流母線正極銅排、直流母線負極銅排和相線銅排固定在冷卻板上，三個銅排與冷卻板之間設有導熱絕緣墊片；所述上半橋IGBT芯片固定在直流母線正極銅排上，下半橋IGBT芯片固定在相線銅排上，上半橋IGBT芯片的發(fā)射極與相線銅排連接，下半橋IGBT芯片的發(fā)射極與直流母線負極銅排連接，上半橋IGBT芯片的其它極和下半橋IGBT芯片的其它極均與驅(qū)動控制板連接；三個單相全橋模塊的冷卻板端部相互靠近，形成所述內(nèi)腔。
[0007]其中，DC-Link電容的一端具有三個正極引腳，另一端具有三個負極引腳，DC-Link電容與冷卻板固定，DC-Link電容的每個正極引腳與一個單相全橋模塊的直流母線正極銅排連接，每個負極引腳與一個單相全橋模塊的直流母線負極銅排連接。
[0008]其中，所述每個單相全橋模塊的相線銅排位于直流母線正極銅排和直流母線負極銅排之間。
[0009]在上述結(jié)構(gòu)中，所述U相全橋模塊的冷卻板靠近直流母線負極銅排的一端與V相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線正極銅排的一端相鄰，U相全橋模塊的冷卻板靠近直流母線正極銅排的一端與W相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線負極銅排的一端相鄰，V相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線負極銅排的一端與W相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線正極銅排的一端相鄰。
[0010]或者，所述U相全橋模塊的冷卻板靠近直流母線負極銅排的一端與W相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線正極銅排的一端相鄰，U相全橋模塊的冷卻板靠近直流母線正極銅排的一端與V相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線負極銅排的一端相鄰，W相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線負極銅排的一端與V相全橋模塊的冷板卻靠近直流母線正極銅排的一端相鄰。
[0011]較佳的，所述三個單相全橋模塊圍成的內(nèi)腔截面為六邊形或圓形或三角形或帶圓角的三角形。
[0012]其中，所述DC-Link電容的兩端分別具有一銅排，一端的銅排形成有三個正極引腳，另一端的銅排形成有三個負極引腳。
[0013]優(yōu)選的，所述驅(qū)動控制板固定在單相全橋模塊的IGBT芯片上。
[0014]進一步地，所述冷卻板具有冷卻流道，所述冷卻流道可通過攪拌摩擦焊形成。
[0015]本發(fā)明還提供所述緊湊型逆變器的制造方法，包括以下步驟:
[0016]步驟1，將上半橋IGBT芯片固定在直流母線正極銅排上，并將下半橋IGBT芯片固定在相線銅排上；
[0017]步驟2，將上半橋IGBT芯片的發(fā)射極引腳與相線銅排連接，并將下半橋IGBT芯片的發(fā)射極引腳與直流母線負極銅排連接；
[0018]步驟3，將直流母線正極銅排、直流母線負極銅排和相線銅排固定到冷卻板上，三個銅排與冷卻板之間布置導熱絕緣墊片；
[0019]步驟4，將驅(qū)動控制板固定在上半橋IGBT芯片和下半橋IGBT芯片上，并將所有IGBT芯片的其它極均與驅(qū)動控制板連接，完成一個單相全橋模塊的組裝；
[0020]步驟5，按照步驟I至步驟4組裝另外兩個單相全橋模塊；
[0021]步驟6,在DC-Link電容的一端安裝帶三個正極引腳的銅排,在另一端安裝帶三個負極引腳的銅排；
[0022]步驟7，將三個單相全橋模塊固定并圍成一個內(nèi)腔，并把DC-Link電容裝入內(nèi)腔中固定；
[0023]步驟8，將DC-Link電容的三個正極引腳分別與三個單相全橋模塊的直流母線正極銅排連接，三個負極引腳分別與三個單相全橋模塊的直流母線負極銅排連接。
[0024]其中，在步驟I中，上半橋IGBT芯片和下半橋IGBT芯片分別通過錫焊的方式固定在直流母線正極銅排和相線銅排上；在步驟2中，所有IGBT芯片的發(fā)射極引腳通過電阻焊或激光焊與對應的銅排連接；在步驟7中，三個單相全橋模塊通過螺釘固定，DC-Link電容通過灌膠的方式固定在內(nèi)腔中；在步驟8中，DC-Link電容的所有引腳通過電阻焊與對應的銅排連接。
[0025]與現(xiàn)有大體積的平鋪式逆變器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的有益之處在于:
[0026]I)從三維方向布置三個單相全橋模塊，充分利用空間，減小了逆變器的體積；
[0027]2)對IGBT芯片的要求較低，可以直接采用目前常見的標準封裝的IGBT芯片進行組合，提高了可擴展性，同時不同的逆變器只需要根據(jù)功率要求增加或者減少IGBT芯片的數(shù)量即可，不需要像傳統(tǒng)IGBT模塊那樣更改或定制特殊結(jié)構(gòu)或形狀的IGBT芯片；
[0028]3)針對每相全橋模塊單獨設計冷卻板，使得冷卻板的尺寸減小為原來的1/3，并將冷卻板與IGBT設計成一體組件，三相采用完全相同的組件進行裝配，減少了冷卻板的成本；
[0029]4) IGBT芯片通過銅排安裝到冷卻板上，銅排可以增大散熱面積及熱容，提高散熱能力；
[0030]5)三個單相全橋模塊(包括IGBT芯片、各銅排和水冷板)圍成一圈形成內(nèi)腔，DC-Link電容設于中間的內(nèi)腔中，這樣降低了電容器的工作環(huán)境溫度，電容器的容量需求可以減小為原來的3/5，大大降低了產(chǎn)品體積和成本；
[0031]6)冷卻板在逆變器中所包圍的體積增加，降低了產(chǎn)品腔體內(nèi)的溫度，能夠提高電子器件的工作性能；
[0032]7)三個單相全橋模塊圍成一圈布置，整體電流回路路徑變短，減小了逆變器模塊的寄生電感。
【附圖說明】
[0033]圖1是采用三相全橋的逆變器的電路原理圖；
[0034]圖2是傳統(tǒng)逆變器平鋪結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明逆變器中單相全橋模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是本發(fā)明逆變器中DC-Link電容的示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明的逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明逆變器中單相全橋模塊的布局圖；
[0039]圖7是本發(fā)明的逆變器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]其中附圖標記說明如下:
[0041]10為IGBT模塊；20為冷卻板；30為DC-Link電容；
[0042]I為冷卻板；21為上半橋IGBT芯片；22為下半橋IGBT芯片；3為U相相線銅排；4為V相相線銅排；5為W相相線銅排；6為直流母線正極銅排；7為直流母線負極銅排；8為導熱絕緣墊片；9為DC-Link電容；10為驅(qū)動控制板。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0044]本發(fā)明提供的緊湊型逆變器，適用于電動汽車，包括純電動汽車和混合動力汽車，如圖5、圖7所示，包括一個DC-Link電容9和三個單相全橋模塊，三個單相全橋模塊分別為U相全橋模塊、V相全橋模塊和W相全橋模塊。
[0045]其中，如圖3所示，U相全橋模塊包括冷卻板1、上半橋IGBT芯片21、下半橋IGBT芯片22、直流母線正極銅排6、直流母線負極銅排7、U相相線銅排3、導熱絕緣墊片8和驅(qū)動控制板10。直流母線正極銅排6、直流母線負極銅排7和U相相線銅排3固定在冷卻板I上，三個銅排與冷卻板I之間設有導熱絕緣墊片8。如圖6所示，上半橋IGBT芯片21固定在直流母線正極銅排6上(上半橋IGBT芯片21的集電極與直流母線正極銅排6連接)，下半橋IGBT芯片22固定在U相相線銅排3上(下半橋IGBT芯片22的集電極與U相相線銅排3連接)，上半橋IGBT芯片21的發(fā)射極與U相相線銅排3連接，下半橋IGBT芯片22的發(fā)射極與直流母線負極銅排7連接，上半橋IGBT芯片21的其它極(門極和其它控制極)和下半橋IGBT芯片22的其它極均與驅(qū)動控制板10連接。同理，V相全橋模塊和W相全橋模塊與U相全橋模塊的結(jié)構(gòu)相同。
[0046]其中，驅(qū)動控制板10固定在單相全橋模塊的頂部，即上下半橋IGBT芯片21、22上，如圖7所示。
[0047]如圖4所示，DC-Link電容9 一端具有三個正極引腳，另一端具有三個負極引腳。
[0048]如圖5、圖7所示，三個單相全橋模塊的冷卻板I端部相互靠近，形成一個內(nèi)腔，DC-Link電容9裝入該內(nèi)腔中并通過灌封膠與冷卻板I的底部固定連接，DC-Link電容9的每個正極引腳與一個單相全橋模塊的直流母線正極銅排6連接，每個負極引腳與一個單相全橋模塊的直流母線負極銅排7連接，即DC-Link電容9的一個正極引腳與U相全橋模塊的直流母線正極銅排6連接，再一個正極引腳與V相全橋模塊的直流母線正極銅排6連接，最后一個正極引腳與W相全橋模塊的直流母線正極銅排6連接，三個負極引腳的連接方式與正極引腳相同，故不再贅述。
[0049]如圖3、圖5和圖6所示，每個單相全橋模塊的相線銅排3、4、5位于直流母線正極銅排6和直流母線負極銅排7之間，這樣便于上半橋IGBT芯片21和下半橋IGBT芯片的引腳連接，避免產(chǎn)生干涉。
[0050]據(jù)此，U相全橋模塊的冷卻板I靠近直流母線負極銅排7的一端與V相全橋模塊的冷板卻I靠近直流母線正極銅排6的一端相鄰，U相全橋模塊的冷卻板I靠近直流母線正極銅排6的一端與W相全橋模塊的冷板卻I靠近直流母線負極銅排7的