本發(fā)明涉及一種功率模塊及使用該模塊的光伏并網(wǎng)逆變器。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能作為取之不盡用之不竭、無(wú)污染、最清潔的能源之一，以它普遍、無(wú)害、巨大且長(zhǎng)久四大優(yōu)點(diǎn)成為新能源發(fā)電的首選。發(fā)展并廣泛應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)于緩解常規(guī)能源短缺、減少環(huán)境污染具有重要作用。功率模塊作為光伏并網(wǎng)逆變器的核心部件，其電氣性能的好壞及結(jié)構(gòu)布局的合理性，直接決定了逆變器的性能和外形尺寸。

目前，傳統(tǒng)大功率光伏并網(wǎng)逆變器的功率模塊的設(shè)計(jì)還局限在主要元器件的局部模塊化設(shè)計(jì)上，導(dǎo)致功率模塊存在如下問(wèn)題：1.模塊設(shè)計(jì)沒(méi)有從逆變器的整體布局考慮，導(dǎo)致元器件的布局不合理，空間利用率低，走線復(fù)雜凌亂。2.功率模塊的散熱大多采用前后進(jìn)風(fēng)的方式，利用小風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行局部散熱，散熱效果不佳。3.功率模塊的框架大多為焊接式，不僅外觀粗糙、難以保證焊接精度，生產(chǎn)安裝效率也不高。4.功率模塊安裝到柜體多采用長(zhǎng)調(diào)孔螺栓連接固定的方式，定位不夠精確，從而影響進(jìn)出接線口的接線效果。這些問(wèn)題的存在直接限制了光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)布局和外形尺寸。

例如授權(quán)公告號(hào)為cn203851040u的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種緊湊型功率模塊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括機(jī)箱和安裝在機(jī)箱內(nèi)的直流母線電容組、散熱器、igbt模塊，直流母線電容組沿前后方向安裝在機(jī)箱內(nèi)，散熱器安裝在直流母線電容組的一側(cè)，igbt模塊與直流母線電容組并排設(shè)置并且固定安裝在散熱器上，機(jī)箱的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口分別位于機(jī)箱的前后兩端并與散熱器通道正對(duì)，機(jī)箱內(nèi)形成一條由前至后的散熱通道。

雖然上述功率模塊結(jié)構(gòu)的布局相對(duì)合理，但是由于機(jī)箱內(nèi)的散熱通道位于igbi模塊的底部位置，僅能夠?qū)β誓K的igbi模塊進(jìn)行散熱，而無(wú)法對(duì)功率模塊的其他部位進(jìn)行散熱，造成散熱效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種散熱效果好的功率模塊。本發(fā)明的目的還在于提供一種使用該功率模塊的光伏并網(wǎng)逆變器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種功率模塊，包括機(jī)箱以及安裝在機(jī)箱內(nèi)的母線電容組、散熱器和igbt模塊，機(jī)箱內(nèi)具有自下而上通風(fēng)的散熱通道以及位于散熱通道左右一側(cè)的供母線電容組和igbt模塊安裝的安裝腔，散熱通道的進(jìn)風(fēng)口位于機(jī)箱的底部，出風(fēng)口位于機(jī)箱的頂部。

母線電容組和igbt模塊上下并排設(shè)置且母線電容組位于igbt模塊的上方，母線電容組通過(guò)疊層母排與igbt模塊連接。

機(jī)箱包括側(cè)板和面對(duì)面設(shè)置的前支撐板和后支撐板，所述側(cè)板構(gòu)成散熱通道的左側(cè)壁，前、后支撐板分別構(gòu)成散熱通道的前、后側(cè)壁；散熱器安裝在前支撐板和后支撐板之間，散熱器包括基板和固定在基板上的散熱翅片，基板構(gòu)成散熱通道的右側(cè)壁或構(gòu)成散熱通道右側(cè)壁的一部分，散熱翅片位于散熱通道內(nèi)，igbt模塊安裝在所述基板上。

所述疊層母排的前端設(shè)有輸入端子，下端設(shè)有用于與igbt模塊連接的輸出端子，機(jī)箱內(nèi)于疊層母排的前方安裝有直流輸入轉(zhuǎn)接銅排，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的上端與對(duì)應(yīng)輸入端子連接，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的下端為用于輸入直流電的輸入端。

機(jī)箱內(nèi)于igbt模塊的下方安裝有三相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的前端與igbt模塊連接，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的后端為用于輸出交流電的輸出端。

所述機(jī)箱為抽屜式結(jié)構(gòu)，機(jī)箱的后端設(shè)有用于在機(jī)箱導(dǎo)向安裝到位后與光伏并網(wǎng)逆變器的機(jī)柜定位配合的定位導(dǎo)銷。

一種光伏并網(wǎng)逆變器，包括機(jī)柜以及安裝在機(jī)柜內(nèi)部的功率模塊，所述功率模塊包括機(jī)箱以及安裝在機(jī)箱內(nèi)的母線電容組、散熱器和igbt模塊，機(jī)箱內(nèi)具有自下而上通風(fēng)的散熱通道以及位于散熱通道左右一側(cè)的供母線電容組和igbt模塊安裝的安裝腔，散熱通道的進(jìn)風(fēng)口位于機(jī)箱的底部，出風(fēng)口位于機(jī)箱的頂部。

母線電容組和igbt模塊上下并排設(shè)置且母線電容組位于igbt模塊的上方，母線電容組通過(guò)疊層母排與igbt模塊連接。

機(jī)箱包括側(cè)板和面對(duì)面設(shè)置的前支撐板和后支撐板，所述側(cè)板構(gòu)成散熱通道的左側(cè)壁，前、后支撐板分別構(gòu)成散熱通道的前、后側(cè)壁，散熱器安裝在前支撐板和后支撐板之間，散熱器包括基板和固定在基板上的散熱翅片，基板構(gòu)成散熱通道的右側(cè)壁或構(gòu)成散熱通道右側(cè)壁的一部分，散熱翅片位于散熱通道內(nèi)，igbt模塊安裝在所述基板上。

所述疊層母排的前端設(shè)有輸入端子，下端設(shè)有用于與igbt模塊連接的輸出端子，機(jī)箱內(nèi)于疊層母排的前方安裝有直流輸入轉(zhuǎn)接銅排，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的上端與對(duì)應(yīng)輸入端子連接，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的下端為用于輸入直流電的輸入端，機(jī)箱內(nèi)于igbt模塊的下方安裝有三相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的前端與igbt模塊連接，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的后端為用于輸出交流電的輸出端。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中功率模塊安裝到光伏并網(wǎng)逆變器的機(jī)柜中時(shí)，機(jī)箱立起來(lái)并安裝在機(jī)柜內(nèi)，整個(gè)功率模塊的散熱從逆變器的全局出發(fā)，采用下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)，散熱通道貫穿機(jī)箱上下，并且機(jī)箱底部的進(jìn)風(fēng)口與逆變器下方的電抗器正對(duì)，機(jī)箱頂部的出風(fēng)口與逆變器頂部大風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口形成獨(dú)立的散熱風(fēng)道，電抗器、igbt模塊產(chǎn)生的熱量均通過(guò)散熱通道排出柜外，散熱效果好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明功率模塊實(shí)施例1的機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意圖（機(jī)箱立放狀態(tài)）；

圖2為本發(fā)明功率模塊實(shí)施例1的疊層母排的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明功率模塊實(shí)施例1中散熱器、igbt模塊以及母線電容組在機(jī)箱內(nèi)的分布示意圖（機(jī)箱平放狀態(tài)）；

圖4為圖3中的機(jī)箱安裝直流輸入轉(zhuǎn)接銅排和交流輸入轉(zhuǎn)接銅排后的結(jié)構(gòu)示意圖（機(jī)箱平放狀態(tài)）；

圖5為圖4中機(jī)箱立放時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明功率模塊實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖（機(jī)箱立放狀態(tài)）；

圖7為本發(fā)明功率模塊實(shí)施例1的散熱通道的示意圖（機(jī)箱立放狀態(tài)）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明功率模塊的具體實(shí)施例1，如圖1至圖5所示，該功率模塊包括機(jī)箱1以及安裝在機(jī)箱1內(nèi)部的母線電容組2、igbt模塊3、散熱器4。當(dāng)功率模塊安裝到光伏并網(wǎng)逆變器的機(jī)柜中時(shí)，機(jī)箱1通過(guò)導(dǎo)軌導(dǎo)入的方式與機(jī)柜抽拉配合，實(shí)現(xiàn)快速安裝。機(jī)箱1采用覆鋁鋅板通過(guò)螺釘安裝組合而成，相對(duì)焊接式的機(jī)箱，本發(fā)明的安裝精度更高，提高了生產(chǎn)安裝效率。為了保證定位準(zhǔn)確，機(jī)箱1的后端設(shè)置有定位導(dǎo)銷18，在功率模塊安裝到位時(shí)，定位導(dǎo)銷18與機(jī)柜定位配合，從而保證進(jìn)出線接口的接線效果。

機(jī)箱1包括側(cè)板11、上端板12、下端板13以及面對(duì)面設(shè)置的前支撐板15和后支撐板14。前支撐板15和后支撐板14的遠(yuǎn)離側(cè)板11的一端均設(shè)有翻沿111，翻沿111上開(kāi)設(shè)有螺栓穿孔，前支撐板15和后支撐板14之間一上一下間隔固設(shè)有上安裝板16和下安裝板17，上安裝板16靠近上端板12，下安裝板17靠近下端板13，其中，下安裝板17與下端板13一體成型設(shè)置。上安裝板16和下安裝板17之間形成散熱器安裝位，散熱器4包括基板41和安裝在基板41上的散熱翅片42，散熱器4安裝在前支撐板15和后支撐板14之間；具體的安裝方式為，基板41的前后兩端分別與前支撐板15和后支撐板14上的翻沿通過(guò)螺栓固定連接，散熱翅片42位于側(cè)板11和基板41之間。

側(cè)板11、前支撐板15、后支撐板14以及基板41、上安裝板16、下安裝板17圍成一條自下而上通風(fēng)的散熱通道，側(cè)板11構(gòu)成散熱通道的左側(cè)壁，前、后支撐板構(gòu)成散熱通道的前、后側(cè)壁，上安裝板16、下安裝板17和基板41共同構(gòu)成散熱通道的右側(cè)壁。散熱通道的出風(fēng)口位于機(jī)箱頂部，進(jìn)風(fēng)口位于機(jī)箱底部；本實(shí)施例中，下端板13上的下開(kāi)口131構(gòu)成了散熱通道的進(jìn)風(fēng)口，上端板12上的上開(kāi)口121構(gòu)成了散熱通道的出風(fēng)口。散熱通道的右側(cè)為供母線電容組2和igbt模塊3安裝的安裝腔，母線電容組2和igbt模塊3一上一下并排安裝在散熱通道的右側(cè)壁上。上安裝板16上通過(guò)絕緣支撐柱安裝有疊層母排5，機(jī)箱的遠(yuǎn)離側(cè)板11的一側(cè)通過(guò)螺栓連接有母線電容安裝架19，母線電容安裝在疊層母排和母線電容安裝架19之間，igbt模塊3位于母線電容組的下方并且固定安裝在散熱器4上，igbt模塊3上還安裝有igbt驅(qū)動(dòng)板。

母線電容組2通過(guò)疊層母排與igbt模塊導(dǎo)電連接。疊層母排5包括長(zhǎng)方形的基板51，基板51上沿長(zhǎng)度方向間隔開(kāi)設(shè)有供母線電容組安裝的安裝孔，安裝孔成對(duì)設(shè)置，每一對(duì)安裝孔對(duì)應(yīng)安裝一個(gè)母線電容。各安裝孔的孔口處標(biāo)記有符號(hào)，四排安裝孔中的一排標(biāo)記有“-”符號(hào)，中間兩排標(biāo)記有“n”符號(hào)，最后一排標(biāo)記有“+”符號(hào)，在安裝母線電容時(shí)，參照安裝孔孔口處標(biāo)記的符號(hào)進(jìn)行安裝?；?1長(zhǎng)度方向的一端設(shè)有輸入端子52，寬度方向的一側(cè)設(shè)有輸出端子53。疊層母排5安裝時(shí)，長(zhǎng)度方向沿機(jī)箱的前后方向延伸，寬度方向沿機(jī)箱的上下方向延伸，輸入端子52位于機(jī)箱的前側(cè)，輸入端子52伸入到機(jī)箱的第二部分空間內(nèi)，用于與直流輸入轉(zhuǎn)接銅排連接；輸出端子53朝向下方，用于與igbt模塊連接。igbt模塊3由前中后三部分組成，疊層母排5的輸出端子53對(duì)應(yīng)有三組，本實(shí)施例中，疊層母排5與igbt模塊之間設(shè)置有吸收電容6，三組吸收電容6依次與疊層母排5的三組輸出端子53對(duì)齊，并通過(guò)螺栓分別與疊層母排的輸出端子和igbt模塊的對(duì)應(yīng)部分連接，疊層母排的輸出端子通過(guò)吸收電容6與igbt模塊實(shí)現(xiàn)連接。

機(jī)箱1的安裝腔內(nèi)于igbt模塊3的下方位置處安裝有三相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排7，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排7沿前后方向延伸，且各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的前端均通過(guò)沿上下方向延伸的轉(zhuǎn)接銅排8與igbt模塊3的對(duì)應(yīng)部分連接，交流輸出轉(zhuǎn)接銅排的后端構(gòu)成了用于輸出交流電的輸出端。各交流輸出轉(zhuǎn)接銅排7上均固設(shè)有電流霍爾元件9，交流輸出轉(zhuǎn)接銅排7分別從對(duì)應(yīng)的電流霍爾元件9中穿過(guò)。機(jī)箱1內(nèi)于轉(zhuǎn)接銅排8的遠(yuǎn)離側(cè)板的一側(cè)通過(guò)螺栓連接有絕緣板22，絕緣板22上固定有控制板21。

機(jī)箱1的前部固定有直流輸入轉(zhuǎn)接銅排10，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排10位于疊層母排的前方，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排10分為正極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排101和負(fù)極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排102，正極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排101通過(guò)絕緣支撐柱固定在機(jī)箱的側(cè)板11上；負(fù)極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排102通過(guò)絕緣塊固定在正極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排上，實(shí)現(xiàn)兩極銅排之間支撐隔離，正負(fù)兩極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排沿上下方向延伸且上端與疊層母排的對(duì)應(yīng)輸入端子連接，直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的下端構(gòu)成了用于輸入直流電的輸入端。負(fù)極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排102固設(shè)有電流霍爾元件9。機(jī)箱1的前端固定有直流濾波器20，直流濾波器20包括磁環(huán)201和模塊控制板202，模塊控制板202位于磁環(huán)201上方并通過(guò)控制板安裝板203固定在機(jī)箱1的前端處，磁環(huán)201固定在機(jī)箱前端位置且伸入到機(jī)箱內(nèi)，正負(fù)兩極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排均穿過(guò)磁環(huán)201的穿孔，實(shí)現(xiàn)濾波功能。

本發(fā)明功率模塊的組裝過(guò)程：1、將散熱器4安裝到機(jī)箱內(nèi)；2、將igbt模塊3安裝在散熱器4上；3、將疊層母排5通過(guò)絕緣支撐柱固定在上安裝板16上；4、將母線電容組固定到母線電容安裝架的對(duì)應(yīng)安裝孔內(nèi)，并通過(guò)螺栓將疊層母排與母線電容組連接；5、將吸收電容6依次與疊層母排的輸出端子對(duì)齊，并通過(guò)螺栓將吸收電容與疊層母排及igbt模塊連接；6、將igbt驅(qū)動(dòng)板插接到igbt模塊上；7、將直流濾波器的磁環(huán)固定在機(jī)箱的前端，磁環(huán)朝向機(jī)箱內(nèi)部；8、將直流輸入轉(zhuǎn)接銅排穿過(guò)磁環(huán)，且直流輸入轉(zhuǎn)接銅排的前端與疊層母排的輸入端子連接；正極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排通過(guò)絕緣支撐柱固定到機(jī)箱側(cè)板上，負(fù)極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排上固設(shè)電流霍爾元件，負(fù)極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排通過(guò)絕緣塊與正極直流輸入轉(zhuǎn)接銅排支撐隔離；9、將交流輸出轉(zhuǎn)接銅排連接到igbt模塊的輸出端子上，各相交流輸出轉(zhuǎn)接銅排上均固設(shè)電流霍爾元件；10、在機(jī)箱的前端安裝控制板安裝板203，機(jī)箱的一側(cè)連接絕緣板22，將直流濾波器的模塊控制板202固定在控制板安裝板203上，將控制板21固定在絕緣板22上，即完成功率模塊的安裝。

本實(shí)施例中，散熱通道由機(jī)箱的側(cè)板、前支撐板、后支撐板、上安裝板、下安裝板以及散熱器的基板共同圍成，其他實(shí)施例中，還可以不設(shè)置上安裝板和下安裝板，散熱器的基板單獨(dú)構(gòu)成散熱通道的右側(cè)壁；或者散熱器包括橫截面呈矩形的殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的散熱翅片，散熱通道形成于殼體內(nèi)；散熱通道的右側(cè)壁還可以為連接在前后支撐板上的封板，散熱器固定在封板上。igbt模塊還可以設(shè)置在母線電容組的上方，此時(shí)，交流輸出轉(zhuǎn)接銅排設(shè)置在igbt模塊的上方。供母線電容組和igbt模塊安裝的安裝腔也可以設(shè)置在散熱通道的左側(cè)。

本發(fā)明使用上述功率模塊的光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)施例，包括機(jī)柜以及安裝在機(jī)柜內(nèi)的功率模塊，功率模塊的結(jié)構(gòu)如上述，為避免重復(fù)，在此不做贅述。功率模塊安裝時(shí)，機(jī)箱立起來(lái)安裝在機(jī)柜內(nèi)。功率模塊安裝后，機(jī)箱下端的進(jìn)風(fēng)口與功率模塊下方的電抗器正對(duì)，機(jī)箱上端的出風(fēng)口與功率模塊頂部的大風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口形成周向密封的散熱風(fēng)道，電抗器、igbt模塊產(chǎn)生的熱量均通過(guò)散熱通道排出柜外，散熱效果好。