一种基于模块式碳化硅器件的功率模块制造技术

本申请公开了一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，涉及电力电子技术领域，包括：机壳、高频变压器、支撑电容、隔直电容、叠层母排、多个SiC功率器件以及散热器；散热器安装于机壳内；多个SiC功率器件安装在机壳内于散热器表面；叠层母排安装于多个SiC功率器件顶部，且与多个SiC功率器件电连接；支撑电容安装在机壳内于散热器一侧，且通过叠层母排与多个SiC功率器件电连接；高频变压器安装于机壳内；隔直电容安装在机壳内，且连接于SiC功率器件与高频变压器之间。具有更大容量、更高效率以及更小体积的优点，高呢更加适合于电网中的应用。

A power module based on modular silicon carbide device

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块式碳化硅器件的功率模块
本申请涉及电力电子
，尤其涉及一种基于模块式碳化硅器件的功率模块。
技术介绍
目前随着电网中电力电子变换设备应用的不断增加，其能量效率对于电力电子变换器来说非常重要，对电网的能量转换效率起着决定作用。变换器中最关键的零部件就是电力电子器件，目前大范围使用的均为使用硅(Si)材料的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，使用碳化硅(SiC)的极少。与Si功率器件相比，SiC功率器件的能量损耗只有Si功率器件的50％，发热量只有Si器件的50％，且有更高的电流密度，SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化，在相同功率等级下，SiC功率器件的体积显著小于Si功率器件。除此之外，SiC功率器件更适合高频下使用，最高频率可达几百kHz，比Si器件最大几十kHz的频率高得多。目前仅有部分厂家使用TO-247封装的SiC功率器件设计功率模块，但是此类器件功率较小，做出来的功率模块不适合电网中大容量变换器的使用。因此，为了设计更大容量更高效率更小体积的功率模块，本专利技术提出了一种基于模块式碳化硅功率器件的功率模块，更适合于电网中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的是提供一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，具有更大容量、更高效率以及更小体积的优点，高呢更加适合于电网中的应用。为达到上述技术目的，本申请提供了一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，包括：机壳、高频变压器、支撑电容、隔直电容、叠层母排、多个SiC功率器件以及散热器；所述散热器安装于所述机壳内；多个所述SiC功率器件安装在机壳内于所述散热器表面；所述叠层母排安装于多个所述SiC功率器件顶部，且与多个所述SiC功率器件电连接；所述支撑电容安装在所述机壳内于所述散热器一侧，且通过所述叠层母排与多个所述SiC功率器件电连接；所述高频变压器安装于所述机壳内；所述隔直电容安装在所述机壳内，且连接于所述SiC功率器件与所述高频变压器之间。进一步地，所述散热器具体为风冷散热器。进一步地，所述机壳内设有隔板；所述隔板将所述机壳内隔成第一腔室以及第二腔室；所述散热器、所述叠层母排、多个所述SiC功率器件以及支撑电容均安装于第一腔室；所述高频变压器以及所述隔直电容安装于所述第二腔室；所述机壳上分别设有连通所述散热器的散热进口，以及连通所述第二腔室的散热出口；所述隔板在所述散热器出风方向开设有贯通所述第一腔室以及第二腔室的贯通口。进一步地，所述支撑电容与开关电源电连接；多个所述SiC功率器件的驱动电路以及控制电路固定于所述机壳，且与所述开关电源电连接。进一步地，所述SiC功率器件具体有四个；四个所述SiC功率器件相互并联，与所述支撑电容组成H桥电路。进一步地，所述机壳设有交流侧接口结构，与多个所述SiC功率器件电连接。进一步地，所述交流侧接口结构具体为交流侧接口母排；所述交流侧接口结构穿过霍尔传感器后固定于所述机壳的前侧面板上。进一步地，所述机壳设有高频侧接口结构，与所述高频变压器电连接。进一步地，所述高频侧接口结构具体为具有穿墙套管结构的刀型触头。进一步地，所述机壳的前侧面板设有测量端子；所述测量端子通过所述叠层母排与所述支撑电容电连接。从以上技术方案可以看出，本申请将多个模块式的SiC功率器件安装于散热器表面，再安装叠层母排，并将支撑电容安装于散热器一侧并通过叠层母排实现与SiC功率器件的连接，构建模块式的SiC功率部分，使得最终形成的功率模块具有高效率、小型化、轻量化以及高频优点，实现更大容量、更高效率以及更小体积的目的。同时，结合叠层母排的使用，可以降低回路电感，减少器件开关过程的过电压水平。整体性能更加稳定，更适合于电网中的应用。附图说明为了更清楚地说明本申请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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本申请中提供的一种基于模块式碳化硅器件的功率模块的结构示意图；图2为本申请中提供的一种基于模块式碳化硅器件的功率模块的SiC功率器件、支撑电容以及高频变压器之间的电路连接图；图中：1、机壳；2、开关电源；3、驱动电路；4、支撑电容；5、叠层母排；6、高频变压器；7、隔直电容；8、SiC功率器件；9、高频侧接口结构；10、交流侧接口结构；11、散热器；12、测量端子；13、隔板。具体实施方式下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。本申请实施例公开了一种基于模块式碳化硅器件的功率模块。请参阅图1，本申请实施例中提供的一种基于模块式碳化硅器件的功率模块的一个实施例包括：机壳1、高频变压器6、支撑电容4、隔直电容7、叠层母排5、多个SiC功率器件8以及散热器11；散热器11安装于机壳1内；多个SiC功率器件8安装在机壳1内于散热器11表面；叠层母排5安装于多个SiC功率器件8顶部，且与多个SiC功率器件8电连接；支撑电容4安装在机壳1内于散热器11一侧，且通过叠层母排5与多个SiC功率器件8电连接；高频变压器6安装于机壳1内；隔直电容7安装在机壳1内，且连接于SiC功率器件8与高频变压器6之间。具体来说，机壳1是金属材质，例如铝合金材质等，结构强度好，质量轻盈，具体不做限制。本申请中，应用叠层母排5可以大大降低通流回路面积，从而减小回路电感，降低器件开关过程中的过电压，使用稳定性更好。其中，叠层母排5可以是根据功率模块的功能，变换自身的层数，本领域技术人员可以根据实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，其特征在于，包括：机壳、高频变压器、支撑电容、隔直电容、叠层母排、多个SiC功率器件以及散热器；/n所述散热器安装于所述机壳内；/n多个所述SiC功率器件安装在机壳内于所述散热器表面；/n所述叠层母排安装于多个所述SiC功率器件顶部，且与多个所述SiC功率器件电连接；/n所述支撑电容安装在所述机壳内于所述散热器一侧，且通过所述叠层母排与多个所述SiC功率器件电连接；/n所述高频变压器安装于所述机壳内；/n所述隔直电容安装在所述机壳内，且连接于所述SiC功率器件与所述高频变压器之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，其特征在于，包括：机壳、高频变压器、支撑电容、隔直电容、叠层母排、多个SiC功率器件以及散热器；
所述散热器安装于所述机壳内；
多个所述SiC功率器件安装在机壳内于所述散热器表面；
所述叠层母排安装于多个所述SiC功率器件顶部，且与多个所述SiC功率器件电连接；
所述支撑电容安装在所述机壳内于所述散热器一侧，且通过所述叠层母排与多个所述SiC功率器件电连接；
所述高频变压器安装于所述机壳内；
所述隔直电容安装在所述机壳内，且连接于所述SiC功率器件与所述高频变压器之间。


2.根据权利要求1所述的一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，其特征在于，所述散热器具体为风冷散热器。


3.根据权利要求2所述的一种基于模块式碳化硅器件的功率模块，其特征在于，所述机壳内设有隔板；
所述隔板将所述机壳内隔成第一腔室以及第二腔室；
所述散热器、所述叠层母排、多个所述SiC功率器件以及支撑电容均安装于第一腔室；
所述高频变压器以及所述隔直电容安装于所述第二腔室；
所述机壳上分别设有连通所述散热器的散热进口，以及连通所述第二腔室的散热出口；
所述隔板在所述散热器出风方向开设有贯通所述第一腔室以及第二腔室的贯通口。


4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳菁鹏，赵艳军，梁晓兵，赵伟，钟卓颖，谢宁，陶然，秦妍，王钤，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44