專利名稱：一種三電平中壓變換器功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功率模塊系統(tǒng)，具體涉及一種三電平中壓變換器功率模塊。
背景技術(shù)：
基于HVIGBT(高壓IGBT)的大功率二極管鉗位型變頻器已成為工業(yè)控制、傳動(dòng)及新能源領(lǐng)域廣泛關(guān)注的技術(shù)之一。由于電壓等級(jí)的提高伴隨著電氣間隙、爬電距離等電氣參數(shù)的提升，開關(guān)器件、電容器的體積也隨之增大，使得減小功率模塊的體積，提高功率模塊的電氣性能(如低寄生電感等)成為結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)上的難題之一。二極管鉗位型三電平功率模塊的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。由于HVIGBT和HVDI0DE (高壓二極管)的體積比低壓開關(guān)管要大很多，為了減小體積，現(xiàn)有的二極管鉗位型三電平功率模塊通常將開關(guān)器件與電容器組分開安裝，這種集成方式使得現(xiàn)有二極管鉗位型三電平功率模塊存在如下缺陷1、電容器到IGBT的距離較遠(yuǎn)，會(huì)寄生較大的電感，使IGBT關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的 VCE電壓，對(duì)IGBT造成嚴(yán)重過壓沖擊，甚至?xí)?dǎo)致IGBT失效。為了消除VCE電壓對(duì)IGBT 的不利影響，需要給IGBT附加吸收電路來減小IGBT的VCE電壓，增加了功率模塊的制造成本；2、難以實(shí)現(xiàn)功率模塊的標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)么化。由于整個(gè)功率模塊的組件分散安裝，當(dāng)容量等級(jí)需求不同時(shí)，功率模塊需要重新設(shè)計(jì)，帶來了大量的重復(fù)低效勞動(dòng)，設(shè)計(jì)、制造效率低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種三電平中壓變換器功率模塊，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，實(shí)現(xiàn)三電平中壓變換器功率模塊的標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)么化，提高電氣性能。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種三電平中壓變換器功率模塊，包括基板、相互連接的兩個(gè)高壓二極管、四個(gè)高壓IGBT和電容組，所述兩個(gè)高壓二極管和四個(gè)高壓IGBT集成在該基板的一側(cè)表面，其特征在于，所述電容組集成在該基板的另一側(cè)表面，所述功率模塊還包括分別與所述兩個(gè)高壓二極管和四個(gè)高壓IGBT連接的交流輸出銅排、直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二和分別與所述電容組連接的電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排；所述交流輸出銅排、直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二相互絕緣層疊設(shè)置，其中，所述直流正母線銅排和直流負(fù)母線銅排位于同一層，所述高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二位于同一層，位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔，上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣；所述電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排相互絕緣層疊設(shè)置，其中，所述電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排位于同一層，位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔，上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣。在本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊中，所述交流輸出銅排、直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二相互絕緣層疊設(shè)置、所述電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排相互絕緣層疊設(shè)置是采用如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的包括設(shè)置在兩相鄰層銅排之間的絕緣層或包括覆蓋在各所述銅排相鄰表面上的絕緣層；所述上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣是采用如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的包括位于所述連接結(jié)構(gòu)與所述過孔之間的絕緣套或包括覆蓋在所述連接表面上或覆蓋在所述過孔表面的絕緣層。在本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊中，所述基板為換熱板，所述電容組各電容元件的底面與該換熱板的集成表面面接觸。在本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊中，所述換熱板為水冷換熱板。實(shí)施本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是1.結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效減少電容與IGBT元件之間的雜散電感，減小IGBT關(guān)斷時(shí)的電壓沖擊，有效降低IGBT過壓擊事故的發(fā)生，IGBT不需要附加吸收電路，降低了功率模塊的制造成本；2.便于功率模塊的標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)么化，方便系統(tǒng)擴(kuò)容、安裝和維護(hù)。
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊的電路原理圖。圖2是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊中高壓IGBT和高壓二極管的平面布置的一種實(shí)施方式。圖3至圖6是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊中高壓IGBT和高壓二極管銅排連接圖。圖7至圖9是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊中電容組銅排連接圖。圖10是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊從高壓IGBT和高壓二極管側(cè)觀察的立體圖。圖11是本實(shí)用新型三電平中壓變換器功率模塊從電容組側(cè)觀察的立體圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊基于如圖1所示的現(xiàn)有二極管鉗位型三電平橋臂電路構(gòu)建。圖中，D1、D2為兩個(gè)高壓二極管1，Q1、Q2、Q3、Q4為高壓IGBT2，Cl、 C2為功率模塊的電容，為增大容量和提高耐壓等級(jí)由多個(gè)電容器串并聯(lián)而成。[0025]如圖1至圖11所示，本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊包括基板100、相互連接的兩個(gè)高壓二極管1、四個(gè)高壓IGBT2、電容組3、分別與兩個(gè)高壓二極管1和四個(gè)高壓 IGBT2連接的交流輸出銅排4、直流母線中點(diǎn)銅排5、直流正母線銅排7、直流負(fù)母線銅排6、 高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一 8、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二 9，分別與電容組3連接的電容串接銅排10、電容直流母線中點(diǎn)銅排11、電容直流正母線銅排12和電容直流負(fù)母線銅排13。其中，交流輸出銅排4、直流母線中點(diǎn)銅排5、直流正母線銅排7、直流負(fù)母線銅排6、電容直流母線中點(diǎn)銅排11、電容直流正母線銅排12和電容直流負(fù)母線銅排13 分別設(shè)置引出端子，以便連接。兩個(gè)高壓二極管1和四個(gè)高壓IGBT2集成在基板8的一側(cè)表面，電容組3集成在基板8的另一側(cè)表面。交流輸出銅排4、直流母線中點(diǎn)銅排5、直流正母線銅排7、直流負(fù)母線銅排6、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一 8、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二 9相互絕緣層疊設(shè)置。其中，直流正母線銅排7和直流負(fù)母線銅排6位于同一層，高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一 8、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二 9位于同一層。高壓二極管1和高壓IGBT2連接銅排之間的絕緣結(jié)構(gòu)可以采用包括單不限于如下結(jié)構(gòu)在兩相鄰層銅排之間設(shè)置絕緣層，或設(shè)置覆蓋在各銅排相鄰表面上的絕緣層。位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔200，上層銅排與過孔的連接結(jié)構(gòu)(可以是導(dǎo)線或元件的焊腳等)與過孔絕緣。連接結(jié)構(gòu)與過孔絕緣可以采用包括單不限于如下結(jié)構(gòu)設(shè)置位于連接結(jié)構(gòu)與過孔之間的絕緣套，或設(shè)置覆蓋在連接表面上或覆蓋在過孔表面的絕緣層。電容串接銅排10、電容直流母線中點(diǎn)銅排11、電容直流正母線銅排12和電容直流負(fù)母線銅排13相互絕緣層疊設(shè)置。其中，電容直流正母線銅排12和電容直流負(fù)母線銅排 13位于同一層。電容組連接銅排之間的絕緣結(jié)構(gòu)可以采用包括單不限于如下結(jié)構(gòu)在兩相鄰層銅排之間設(shè)置絕緣層，或設(shè)置覆蓋在各銅排相鄰表面上的絕緣層。位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔200，上層銅排與過孔的連接結(jié)構(gòu)與過孔絕緣。連接結(jié)構(gòu)與過孔絕緣可以采用包括單不限于如下結(jié)構(gòu)設(shè)置位于連接結(jié)構(gòu)與過孔之間的絕緣套，或設(shè)置覆蓋在連接表面上或覆蓋在過孔表面的絕緣層?；?00可以采用普通的板結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組件，此時(shí)電容組3主要依靠風(fēng)冷冷卻。為了提高電容組的散熱效率，基板100采用換熱板，電容組3的各電容元件的底面與換熱板的集成表面面接觸。換熱板可以采用水冷換熱板，也可以采用其他結(jié)構(gòu)的換熱板， 如采用以制冷劑為換熱介質(zhì)的換熱板等。本實(shí)用新型的三電平中壓變換器功率模塊可使用于變頻器等電器設(shè)備中。
權(quán)利要求1.一種三電平中壓變換器功率模塊，包括基板、相互連接的兩個(gè)高壓二極管、四個(gè)高壓 IGBT和電容組，所述兩個(gè)高壓二極管和四個(gè)高壓IGBT集成在該基板的一側(cè)表面，其特征在于，所述電容組集成在該基板的另一側(cè)表面，所述功率模塊還包括分別與所述兩個(gè)高壓二極管和四個(gè)高壓IGBT連接的交流輸出銅排、直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二和分別與所述電容組連接的電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排；所述交流輸出銅排、直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二相互絕緣層疊設(shè)置，其中， 所述直流正母線銅排和直流負(fù)母線銅排位于同一層，所述高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二位于同一層，位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔，上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣；所述電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排相互絕緣層疊設(shè)置，其中，所述電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排位于同一層，位于下層的銅排包括對(duì)應(yīng)于上層銅排的連接點(diǎn)過孔，上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣。
2.如權(quán)利要求1所述的三電平中壓變換器功率模塊，其特征在于，所述交流輸出銅排、 直流母線中點(diǎn)銅排、直流正母線銅排、直流負(fù)母線銅排、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排一、高壓二極管與高壓IGBT連接銅排二相互絕緣層疊設(shè)置、所述電容串接銅排、電容直流母線中點(diǎn)銅排、電容直流正母線銅排和電容直流負(fù)母線銅排相互絕緣層疊設(shè)置是采用如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的包括設(shè)置在兩相鄰層銅排之間的絕緣層或包括覆蓋在各所述銅排相鄰表面上的絕緣層；所述上層銅排與所述過孔的連接結(jié)構(gòu)與所述過孔絕緣是采用如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的 包括位于所述連接結(jié)構(gòu)與所述過孔之間的絕緣套或包括覆蓋在所述連接表面上或覆蓋在所述過孔表面的絕緣層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的三電平中壓變換器功率模塊，其特征在于，所述基板為換熱板，所述電容組各電容元件的底面與該換熱板的集成表面面接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的三電平中壓變換器功率模塊，其特征在于，所述換熱板為水冷換熱板。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三電平中壓變換器功率模塊，包括基板、相互連接的兩個(gè)高壓二極管、四個(gè)高壓IGBT和電容組，兩個(gè)高壓二極管和四個(gè)高壓IGBT集成在基板的一側(cè)表面，電容組集成在基板的另一側(cè)表面，高壓二極管和高壓IGBT采用銅排層疊連接，電容組采用銅排層疊連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效減少電容與IGBT元件之間的雜散電感，減小IGBT關(guān)斷時(shí)的電壓沖擊，有效降低IGBT過壓擊事故的發(fā)生，IGBT不需要附加吸收電路，降低了功率模塊的制造成本；便于功率模塊的標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)么化，方便系統(tǒng)擴(kuò)容、安裝和維護(hù)。
文檔編號(hào)H02M1/32GK202309481SQ20112040214
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者張勇遷, 朱江平, 王志華 申請(qǐng)人:深圳市禾望電氣有限公司