一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块制造技术

一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块，包括：散热器层，其具有与散热器层的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口；主电路层，其包括衬板和H桥功率半导体电路，其中，衬板接触式地设置在散热器层上，且衬板的第一表面与散热器层的第一表面接触，H桥功率半导体电路设置在衬板的第二表面上；控制层，其与衬板通过插针电连接，用于控制功率半导体电路的工作状态。相较于现有的功率半导体，本发明专利技术所提供的功率模块将控制电路集成在了设备内部，这样在运行时也就不需要额外配置控制电路，从而使得功率模块能够实现驱动、监测、保护、诊断等智能化控制功能，提高了设备的通用化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块
本专利技术涉及电力电子
，具体地说，涉及一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块。
技术介绍
功率半导体器件广泛应用于轨道交通、工业变频等领域，但标准封装功率半导体器件仅具备开关管的功能，并且集成度不高。作为变流器核心部件之一的变流模块，则由标准封装功率半导体器件、散热器、低感母排，门极驱动器和结构件等构成，由于受到构造形式、器件布局和器件功能的限制，在功率密度、智能化和便捷应用等方面还存在诸多不完善的地方。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块，其包括：散热器层，其具有与所述散热器层的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口；主电路层，其包括衬板和H桥功率半导体电路，其中，所述衬板接触式地设置在所述散热器层上，且所述衬板的第一表面与所述散热器层的第一表面接触，所述H桥功率半导体电路设置在所述衬板的第二表面上；控制层，其与所述衬板通过插针电连接，用于控制所述功率半导体电路的工作状态。根据本专利技术的一个实施例，所述衬板在所述散热器层上呈矩阵式分布。根据本专利技术的一个实施例，所述功率模块还包括：电气层，其设置在所述主电路层和控制层之间；其中，所述电气层包括功率端子和低感母排，其中，所述低感母排设置在所述主电路层上方，所述功率端子设置在所述主电路层与低感母排之间并用于实现所述主电路层和低感母排之间的电传输。根据本专利技术的一个实施例，所述低感母排包括：直流正层、直流负层、交流层以及设置在相邻的层之间和最外侧的层上的绝缘层，并且直流正层和直流负层向第一端延伸形成插拔接头。根据本专利技术的一个实施例，所述交流层向第二端延伸并形成交流端口，并在所述交流接口处选择性设置与所述控制层信号连接的电流传感器。根据本专利技术的一个实施例，所述功率端子包括：功率端子主体、设置在所述功率端子主体上用于与所述低感母排接触式连接的上引脚和设置在所述功率端子主体上用于与所述衬板接触式连接的下引脚。根据本专利技术的一个实施例，所述上引脚构造为由所述功率端子主体向上突出的突出体，所述突出体上设置有台阶，所述突出体的台阶上的自由端能够插入到设置在所述低感母排上的连接孔中。根据本专利技术的一个实施例，所述功率模块还包括壳体组件，所述壳体组件与所述散热器层共同形成容纳腔，所述容纳腔内设置有隔离板，所述隔离板将所述容纳腔分割为第一腔体和第二腔体，其中，所述控制层设置在所述第一腔体内，所述电气层设置在所述第二腔体内。根据本专利技术的一个实施例，在所述第二腔体内灌注有绝缘材料。根据本专利技术的一个实施例，所述衬板的导电层上设置有插针，所述插针穿过所述隔离板与所述控制层电连接。根据本专利技术的一个实施例，所述散热器层的第一端面上设置有导向销，和/或在所述散热器层的第三端面和与所述第三端面相对的第四端面上设置有导向槽。根据本专利技术的一个实施例，所述功率模块还包括：温度传感器，其设置在所述衬板上，并与所述控制层电连接。相较于现有的功率半导体，本专利技术所提供的功率模块将控制电路集成在了设备内部，这样在运行时也就不需要额外配置控制电路，从而使得功率模块能够实现驱动、监测、保护、诊断等智能化控制功能，提高了设备的通用化程度。同时，该功率模块采用了无基板的水冷散热方式，相较于现有的功率模块，其散热效率更高，并且体积更小、结构更加简单。此外，本功率模块采用了快速插拔式的连接方式，这样也就使得设备的拆装更为方便。对于本功率模块来说，根据实际需要可以方便地进行并联组合。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的功率模块的爆炸图；图2是根据本专利技术一个实施例的功率模块的立体图；图3是来自图2的A-A剖面图；图4是根据本专利技术一个实施例的电气连接图；图5是根据本专利技术一个实施例的H桥功率半导体电路的电路结构示意图。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。图1示出了本实施例所提供的用于轨道交通工具的H桥臂功率模块的爆炸图，图2示出了该功率模块的立体图。从图1和图2中可以看出，本实施例所提供的功率模块100优选地包括：散热器层1、主电路层2以及控制层6。其中，散热器层1位于整个功率模块100结构的底层，其优选地采用液冷方式，内部具有冷却液槽道。散热器层1的第二端面两个端角处设置有与散热器层1的内腔连通的冷却液接口，其中一接口为冷却液入口13，另一接口为冷却液出口14，这两个冷却液接口均与外部液冷系统连接，用于对功率模块以及相关系统进行散热。同时，在散热器1的第二端面上设置至少两个螺纹孔，以方便功率半导体模块100与外界的连接固定。本实施例中，优选地，在散热器层1的第一端面还设置导向销11。在安装功率模块100的过程中，导向销11用于为功率模块100提供导向和定位。在安装过程中，导向销11还起到了缓冲冲击力的作用。另外，在功率模块100安装到位后，该导向销11还起到了固定功率模块100的作用。优选地，本实施例中，可以在散热器层1的第一端面上设置两个导向销11，并且两个导向销11设置在方形的散热器层1的同一侧的两个端角处。如图1所示，为了便于安装定位，散热器层1的第三端面和与第三端面相对应的第四端面上设置有定位槽12。其中，所述的“第三表面”与图1中所画的前表面一致。在安装功率模块100的过程中，定位槽12可用于功率模块100的初定位。由此，通过上述设置方便了安装，降低了操作成本。并且导向槽12与导向销11配合使用，进一步提高了该功率半导体模块100的安装便利性。本实施例中，主电路层2包括衬板21以及由功率半导体芯片22组成的H桥功率半导体电路。其中，衬板21的第一表面(即图1中的衬板21的下表面)与散热器层1的第一表面(即图1中散热器的上表面)固接，功率半导体芯片22设置在衬板21的第二表面(即图1中衬板21的上表面)上。功率半导体芯片与其对应的衬板形成衬板单元。本实施例中，衬板21直接设置在散热器层1上，这样可以有效避免使用标准封装功率半导体器件的基板。这种设置方式可以有效降低功率半导体芯片22与散热器层1之间的热阻，从而提高整个功率模块100的散热效率。同时，衬板21的这种设置方式还能够使得整个功率模块100的结构更加紧凑，这有助于降低功率模块100的整体体积以及重量。需要指出的是，在本专利技术的不同实施例中，根据实际需要，衬板21可以通过不同的合理方式来固接在散热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块，其特征在于，包括：散热器层，其具有与所述散热器层的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口；主电路层，其包括衬板和H桥功率半导体电路，其中，所述衬板接触式地设置在所述散热器层上，且所述衬板的第一表面与所述散热器层的第一表面接触，所述H桥功率半导体电路设置在所述衬板的第二表面上；控制层，其与所述衬板通过插针电连接，用于控制所述功率半导体电路的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种用于轨道交通工具的H桥臂功率模块，其特征在于，包括：散热器层，其具有与所述散热器层的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口；主电路层，其包括衬板和H桥功率半导体电路，其中，所述衬板接触式地设置在所述散热器层上，且所述衬板的第一表面与所述散热器层的第一表面接触，所述H桥功率半导体电路设置在所述衬板的第二表面上；控制层，其与所述衬板通过插针电连接，用于控制所述功率半导体电路的工作状态。2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述衬板在所述散热器层上呈矩阵式分布。3.如权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括：电气层，其设置在所述主电路层和控制层之间；其中，所述电气层包括功率端子和低感母排，其中，所述低感母排设置在所述主电路层上方，所述功率端子设置在所述主电路层与低感母排之间并用于实现所述主电路层和低感母排之间的电传输。4.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述低感母排包括：直流正层、直流负层、交流层以及设置在相邻的层之间和最外侧的层上的绝缘层，并且直流正层和直流负层向第一端延伸形成插拔接头。5.如权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述交流层向第二端延伸并形成交流端口，并在所述交流接口处选择性设置与所述控制层信号连接的电流传感器。6.如权利要求3～5中任一项所述的功率模块，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨进锋，王晓元，金肩舸，李彦涌，范伟，彭凯，彭银中，杨涛，漆宇，王雄，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43