一种可扩展功率装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可扩展功率装置，包括：散热器、主电路、功率模块驱动电路、直流复合母排和交流输出排，其中，散热器为双面散热结构，功率模块主电路具备多个功率结构单元，各功率结构单元以镜像性对称分布方式安装于散热器上下两侧，功率模块驱动电路设置于功率模块主电路的外侧，直流复合母排为功率模块主电路提供稳定的输入电源，功率模块驱动电路控制功率模块主电路内的各功率结构单元的通断并通过交流输出排输出不同功率等级的电压。本发明专利技术实现了不同功率等级的覆盖和拓展，结构简单、紧凑、灵活，有利于降低生产和制造成本，保证了最大程度上实现标准化、平台化。平台化。平台化。

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展功率装置


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其是涉及一种基于XHP封装的可扩展功率装置。

技术介绍

[0002]随着轨道交通领域的发展，未来轨道交通需要满足高可靠性、高效、高温度与低温适应性、高湿度性适应性，而XHP封装器件很好的满足了未来轨道交通应用需求。
[0003]目前，英飞凌、三菱、ABB等国际半导体厂家均把基于XHP封装或类XHP封装定义为下一代半导体器件的主要形式，兼容Si与SiC基。在IGBT模块杂散电感方面，XHP封装相对传统IHV器件具有更低的电感，可有效控制IGBT开关动作时的尖峰电压；在IGBT端子载流密度方面，相对IHV器件具有明显优势，有效降低IGBT端子温升；封装兼容1.7kV-6.5kV，Si基与SiC基，有助于变流模块平台构建；易于并联，有效提升变流模块功率等级。
[0004]通常，在大功率交流传动电力机车或者高速动车组中，四象限功率模块和逆变斩波功率模块是变流系统主电路的主要功率模块。四象限功率模块完成整流功能，逆变斩波功率模块完成逆变和斩波功能。根据应用工况以及功率等级需求的不同，实现两种功率模块封装时的简统化、可扩展化和平台化，是现有功率模块封装设计中尤为重要的原则。
[0005]在现有功率模块技术中，通常具有如下缺陷：(1)现有IGBT功率器件的阵列布置方式，在所需IGBT器件数量增多时，功率模块的整体宽度增大，相应的体积和重量会增加，从而导致功率模块在变流器柜中的空间利用率差，同时，功率模块无法实现不用并联需求的通用性和简统化，难以实现平台化产品；(2)现有功率模块封装技术中，针对同极复合母排采用左、右两件式结构，并通过高压连接器汇总并作为对外电气连接接口，这种封装结构非常复杂，对各结构部件的精确度和成本要求较高，轻量化设计较差，对于后期的安装维护较为不便，同时，受限于IGBT器件封装和整体结构组装等要求，该功率模块对于不同功率等级的适用性较差，且各桥臂间因电流路径不同均流性较差。综上所述，现有功率模块封装技术，从轻量化、简统化和平台化等方面考虑欠缺，不便于模块的拓展性和高集成化发展。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可扩展功率装置，包括：散热器、功率模块主电路、功率模块驱动电路、直流复合母排和交流输出排，其中，所述散热器为双面散热结构，所述功率模块主电路具备多个功率结构单元，各所述功率结构单元以镜像性对称分布方式安装于所述散热器上下两侧，所述功率模块驱动电路设置于所述功率模块主电路的外侧，所述直流复合母排为所述功率模块主电路提供稳定的输入电源，所述功率模块驱动电路控制所述功率模块主电路内的各所述功率结构单元的通断并通过所述交流输出排输出不同功率等级的电压。
[0007]优选地，所述直流复合母排包括正极铜排和负极铜排，均为一体化的U型结构，其中，所述正极铜排和负极铜排叠层平行分布，并分别与所述功率模块主电路输入端的正、负极对应连接。
[0008]优选地，所述装置还包括：分别设置于所述散热器前后两侧的直流支撑座和交流支撑座，其中，所述直流支撑座，其与所述直流复合母排螺栓连接，用于支撑所述直流复合母排；所述交流支撑座，其与所述交流输出排螺栓连接，用于支撑所述交流输出排。
[0009]优选地，所述装置还包括：输入连接器，其与外部输入电源连接，并通过所述直流复合母排与所述直流支撑座螺栓连接。
[0010]优选地，所述装置还包括：转接铜排，所述转接铜排包含线路结构对称的正极转接排和负极转接排，其中，所述正极转接排和所述的负极转接排的第一端分别与所述直流复合母排的正、负极铜排对应连接，第二端与所述输入连接器连接。
[0011]优选地，所述装置还包括：设置于所述功率模块主电路与所述功率模块驱动电路之间的驱动安装盒，其中，所述驱动安装盒用于固定所述功率模块驱动电路，并安装于所述散热器上。
[0012]优选地，所述装置还包括：与所述交流输出排螺栓连接的外部交流排，其中，所述外部交流排，其用于按照预设的交流排连接方式，连接具有不同功率等级需求的负载，使得所述功率模块主电路形成为不同数量的所述功率结构单元并联的电路结构，以向所述负载提供符合相应功率等级的输入。
[0013]优选地，所述外部交流排选自单相交流排、两并联交流排、三并联交流排和六并联交流排中的一种，所述功率结构单元为半桥结构电路。
[0014]优选地，所述装置还包括：功率模块检测电路，所述功率模块检测电路固定安装在所述功率模块主电路外侧，用于检测各所述功率结构单元的工作状态。
[0015]优选地，所述装置还包括：安装于所述散热器的装置防护罩，所述装置防护罩用于保护装置内各结构件及电气件。
[0016]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0017]本专利技术提出了一种基于XHP封装的可扩展功率装置。本专利技术根据XHP封装器件的特点和实际应用工况等情况，通过配置不同脉冲信号和外部电气连接方式，可实现IGBT器件并联数量的变化，同时通过不同组数功率结构单元的并联，可实现不同功率等级的覆盖和拓展，并灵活应用于四象限整流、逆变和斩波等功能。通过对主电路优化设计，完成散热器上下两侧功率结构单元的镜像性对称设计、以及一体化的U型对称式直流复合母排，一方面有效降低了各个功率结构单元内IGBT器件在通断时的尖峰电压，另一方面直流输入端到各个功率结构单元内IGBT器件的电流路径一致，有效改善了各功率结构单元间的均流性，同时减少了复合母排的使用数量，结构简单、紧凑、灵活，有利于降低生产和制造成本，保证了功率装置最大程度上实现标准化、平台化。
[0018]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
[0019]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0020]图1是本申请实施例的可扩展功率装置的安装爆炸图。
[0021]图2是本申请实施例的可扩展功率装置的内部结构示意图。
[0022]图3是本申请实施例的可扩展功率装置的立体示意图。
[0023]图4是本申请实施例的可扩展功率装置中的驱动安装盒8的结构示意图。
[0024]图5是本申请实施例的可扩展功率装置中的外部交流排13的连接示意图。
[0025]图6是本申请实施例的可扩展功率装置中的功率模块主电路2拓扑图的第一个示例。
[0026]图7是本申请实施例的可扩展功率装置中的功率模块主电路2拓扑图的第二个示例。
[0027]图8是本申请实施例的可扩展功率装置中的功率模块主电路2拓扑图的第三个示例。
[0028]图9是本申请实施例的可扩展功率装置中的功率模块主电路2拓扑图的第四个示例。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可扩展功率装置，其特征在于，包括：散热器、功率模块主电路、功率模块驱动电路、直流复合母排和交流输出排，其中，所述散热器为双面散热结构，所述功率模块主电路具备多个功率结构单元，各所述功率结构单元以镜像性对称分布方式安装于所述散热器上下两侧，所述功率模块驱动电路设置于所述功率模块主电路的外侧，所述直流复合母排为所述功率模块主电路提供稳定的输入电源，所述功率模块驱动电路控制所述功率模块主电路内的各所述功率结构单元的通断并通过所述交流输出排输出不同功率等级的电压。2.根据权利要求1所述的可扩展功率装置，其特征在于，所述直流复合母排包括正极铜排和负极铜排，均为一体化的U型结构，其中，所述正极铜排和负极铜排叠层平行分布，并分别与所述功率模块主电路输入端的正、负极对应连接。3.根据权利要求2所述的可扩展功率装置，其特征在于，所述装置还包括：分别设置于所述散热器前后两侧的直流支撑座和交流支撑座，其中，所述直流支撑座，其与所述直流复合母排螺栓连接，用于支撑所述直流复合母排；所述交流支撑座，其与所述交流输出排螺栓连接，用于支撑所述交流输出排。4.根据权利要求3所述的可扩展功率装置，其特征在于，所述装置还包括：输入连接器，其与外部输入电源连接，并通过所述直流复合母排与所述直流支撑座螺栓连接。5.根据权利要求4所述的可扩展功率装置，其特征在于，所述装置还包括：转接铜排，所述转接铜排包含线路结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，黄南，蒋云富，窦泽春，陈燕平，邵强，陈明翊，张义，胡长风，魏海山，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：