基于集成门极换流晶闸管的功率模块制造技术

本发明专利技术涉及一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，涉及电力电子技术领域。本发明专利技术的基于集成门极换流晶闸管的功率模块，包括至少两个层叠设置功率子单元，由于相邻的功率子单元关于第一器件的上表面或下表面对称设置，因此可使相邻的第一导通结构中的电流方向相反，且相邻的第二导通结构中的电流方向也相反，而流向相反的电流产生的电磁感应会相互抵消一部分，从而实现降低回路杂散电感的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于集成门极换流晶闸管的功率模块
本专利技术涉及电力电子
，特别地涉及一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块。
技术介绍
集成门极换流晶闸管(IntegratedGateCommutatedThyristors，IGCT)是一种高效率、可靠性高的电力半导体器件，它由门极关断晶闸管(GateTurn-offThyrisitor，GTO)发展而来。IGCT在开通时是一个门极可关断晶闸管(GTO)，而在关断时是一个晶体管，兼具晶体管开关速度快、开关损耗低和晶闸管导通损耗低、阻断电压高、输出电流大的特点，所以它集绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)的高速开关特性和GTO的高阻断电压及低导通损耗特性于一体。目前的4英寸IGCT双向断路器压装结构串联压接5组H桥回路，其中存在回路的杂散电感较大，从而对器件的关断能力产生明显的影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，用于减小回路杂散电感。本专利技术提供一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，包括至少两个层叠设置功率子单元，每个所述功率子单元均包括第一器件和至少两个第二器件总成；所述第一器件和至少两个第二器件分别通过第一导通结构和第二导通结构电气连通；其中，在所述功率子单元的层叠方向上，相邻的所述功率子单元相互对称，以使相邻的所述第一导通结构中的电流方向相反，且相邻的所述第二导通结构中的电流方向也相反。在一个实施方式中，所述第一导通结构和所述第二导通结构之间具有夹角。在一个实施方式中，还包括至少两个阻容吸收单元，所述阻容吸收单元分别设置在位于所述功率子单元侧部的绝缘板上，所述阻容吸收单元分别通过具有折弯角度的第三导通结构与相应的所述第一器件电气连通；其中，在所述功率子单元的层叠方向上，相邻的所述第三导通结构中的电流方向相反。在一个实施方式中，所述第三导通结构的折弯角度为钝角。在一个实施方式中，所述绝缘板位于相邻的两个所述阻容吸收单元之间的部分上设置有槽体，所述槽体用于增大爬电距离。在一个实施方式中，所述第二器件总成包括：第二器件，其至少为两个；以及金属块，其设置在两个所述第二器件之间；其中，两个所述第二器件在所述功率子单元的层叠方向上相互对称。在一个实施方式中，相邻的所述第一器件之间设置有第一绝缘块，所述第一绝缘块相对的两端分别设置有用于与所述第一器件的表面接触的金属垫块。在一个实施方式中，所述第一绝缘块的侧壁上设置有环绕其周向的凹槽。在一个实施方式中，还包括框架，所述功率子单元设置在所述框架中；所述框架中还设置有隔离变压器以及用于为第一器件供电的供电电源。在一个实施方式中，还包括用于使所述功率子单元压接在一起的中心加力机构。与现有技术相比，本专利技术的优点在于，由于相邻的功率子单元关于第一器件的上表面或下表面对称设置，因此可使相邻的第一导通结构中的电流方向相反，且相邻的第二导通结构中的电流方向也相反，而流向相反的电流产生的电磁感应会相互抵消一部分，从而实现降低回路杂散电感的目的。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。图1是本专利技术的一个实施例中基于集成门极换流晶闸管的功率模块的电气原理图；图2和图3是本专利技术的一个实施例中基于集成门极换流晶闸管的功率模块的立体结构示意图；图4是本专利技术的一个实施例中基于集成门极换流晶闸管的功率模块的主视图(图中未示出第三功率串)图5是图2所示的功率子单元的立体结构示意图；图6是图4所示的第一绝缘块的主视图；图7是图4所示的第一导柱的主视图。附图标记：100-第一功率串；110-IGCT器件；200-第二功率串；210-二极管器件；400-框架；410-上压板；420-下压板；430-供电电源；440-隔离变压器；450-支撑柱；500-阻容吸收单元；510-铜排；520-吸收电阻；530-吸收电容；540-均压电阻；501-绝缘板；502-槽体；600-功率子单元；120-中心加力机构；121-第一螺柱；122-第一导柱；123-第二螺柱；124-第二导柱；130-第二绝缘块；131-第一绝缘块；1311-凹槽；1312-金属垫块；132-金属块。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，所述的功率模块可以是断路器，更具体地，所述的功率模块是H桥型回路断路器。如图1所示，断路器要求四象限工作，但目前集成门极换流晶闸管(IGCT)不具备反向耐压能力，因此需增加反向阻断二极管，同时利用二极管的反向截止能力，以IGCT为支路节点，形成H桥式电路。电路中在IGCT两端并联阻容吸收部分，MOV则并联在整个电气回路两端。因此本专利技术的功率模块具有IGBT器件和二极管器件，其中单只IGCT器件关断电流可达5KA。如图1所示的电路拓扑为双向通流的断路器回路，单只器件关断电流到达了器件标称的极限，而回路的杂散电感对器件的关断能力有明显影响，因此本专利技术的专利技术构思在于减小器件间的回路杂散电感。具体来说，如图2-5所示，本专利技术的功率模块包括框架400和至少两个功率子单元600。框架400包括上压板410和下压板420，至少两个功率子单元600设置在上压板410和下压板420之间。上压板410和下压板420之间设置有支撑柱450，支撑柱450沿Z轴方向延伸，以限定上压板410和下压板420之间用于安装功率串的空间。功率子单元600沿图2所示的Z轴方向依次层叠设置，下文中以层叠5个功率子单元600为例对本专利技术进行详细地说明。每个功率子单元600均包括第一器件110和至少两个第二器件总成；其中，第一器件和至少两个第二器件总成分别通过第一导通结构111和第二导通结构112电气连通。相邻的功率子单元600在其层叠方向(图2所示Z轴方向)上相互对称，换言之，相邻的功率子单元600的放置方向相反，从而使相邻的第一导通结构111中的电流方向相反，且相邻的第二导通结构112中的电流方向也相反。由于流向相反的电流产生的电磁感应会相互抵消一部分，因此能够实现降低回路杂散电感的目的。可以理解地，第一导通结构111和第二导通结构112均可以是铜排等导电体。首先对第一器件进行说明。第一器件110为集成门极换流晶闸管(IGCT)器件，下文称为IGCT器件110。如图2和3所示，其示出了具有5个功率子单元600的断路器。因此相应地，IGCT器件110的数量为5个。5个IGCT器件110沿图2所示Z轴方向依次层叠并压合在一起，因此5个压合在一起的第一器件110构成第一功率串100。在图2所示Z轴方向上相邻的IGCT器件110相互对称，即其反向放置。具体来说，若某一IGCT器件110为阳极在下、阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，其特征在于，包括至少两个层叠设置的功率子单元，每个所述功率子单元均包括第一器件和至少两个第二器件总成；/n所述第一器件和至少两个第二器件分别通过第一导通结构和第二导通结构电气连通；/n其中，在所述功率子单元的层叠方向上，相邻的所述功率子单元相互对称，以使相邻的所述第一导通结构中的电流方向相反，且相邻的所述第二导通结构中的电流方向也相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于集成门极换流晶闸管的功率模块，其特征在于，包括至少两个层叠设置的功率子单元，每个所述功率子单元均包括第一器件和至少两个第二器件总成；
所述第一器件和至少两个第二器件分别通过第一导通结构和第二导通结构电气连通；
其中，在所述功率子单元的层叠方向上，相邻的所述功率子单元相互对称，以使相邻的所述第一导通结构中的电流方向相反，且相邻的所述第二导通结构中的电流方向也相反。


2.根据权利要求1所述的基于集成门极换流晶闸管的功率模块，其特征在于，所述第一导通结构和所述第二导通结构之间具有夹角。


3.根据权利要求1或2所述的基于集成门极换流晶闸管的功率模块，其特征在于，还包括至少两个阻容吸收单元，所述阻容吸收单元均设置在位于所述功率子单元侧部的绝缘板上，所述阻容吸收单元分别通过具有折弯角度的第三导通结构与相应的所述第一器件电气连通；
其中，在所述功率子单元的层叠方向上，相邻的所述第三导通结构中的电流方向相反。


4.根据权利要求3所述的基于集成门极换流晶闸管的功率模块，其特征在于，所述第三导通结构的折弯角度为钝角。


5.根据权利要求3所述的基于集成门极换流晶闸管的功率模...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永伟，陈芳林，曾文彬，潘学军，董超，邹平，陈本龙，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43