專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，還涉及應(yīng)用該方法的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在電力電子行業(yè)中，經(jīng)常用到開關(guān)類元器件來實(shí)現(xiàn)控制或變換電能，開關(guān)類元器件如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，電力場效應(yīng)晶體管(mos管)等。這類開關(guān)器件在工作時(shí)都比較脆弱，過流、電壓高、電壓低、電壓不穩(wěn)、溫度過高等都會(huì)影響性能、壽命，甚至造成損壞。為了滿足大容量電氣設(shè)備使用需求，通常采用并聯(lián)電力電子開關(guān)器件的方式來實(shí)現(xiàn)控制大電流，如圖1所示。并聯(lián)時(shí)，要使每個(gè)器件流過均等的電流是非常重要的，一旦電流平衡達(dá)到破壞，那么電流過于集中的那個(gè)器件將可能被損壞，對電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性都有很大的影響。而目前并聯(lián)電力電子開關(guān)器件的結(jié)構(gòu)方式，導(dǎo)電路徑比較長，且各路徑彼此孤立，長短不一，阻抗大，損耗大，流過元器件的電流大小不一，熱應(yīng)力差別大，一旦平衡被破壞，那么電流過于集中的那個(gè)器件將縮短壽命甚至損壞。同時(shí)，快速開關(guān)器件在關(guān)斷時(shí)由于其連接導(dǎo)體產(chǎn)生的電感的作用，會(huì)在開關(guān)器件上產(chǎn)生關(guān)斷過電壓，一旦這個(gè)過電壓高于器件的額定耐壓，則會(huì)損壞器件，也就是說，在實(shí)際實(shí)用中，開關(guān)器件的并聯(lián)擴(kuò)展受到連接導(dǎo)體的電感的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)的電子開關(guān)器件具有更好的均流性能、散熱良好。本發(fā)明的目的之二是提供利用上述方法的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的之一通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，包括( I)將正、負(fù)極輸入接入兩個(gè)水冷母排,形成正極輸入水冷母排和負(fù)極水冷母排；(2)用相同的兩層銅板相錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合母排，兩層銅板間設(shè)置絕緣層；(3)將多個(gè)電子開關(guān)器件均布設(shè)置在兩層銅板的重疊區(qū)域上，組成電子開關(guān)單元;(4)在正、負(fù)極輸入水冷母排上各設(shè)置兩組電子開關(guān)單元，每組電子開關(guān)單元的電子開關(guān)器件均緊壓對應(yīng)的水冷母排；其中在正極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極D和正極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極S，并用作輸出端；在負(fù)極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極S和負(fù)極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極D，并用作輸出端；(5)每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極D、源極S均與各自對應(yīng)銅板垂直連接，形成漏極D、源極S連接點(diǎn)在導(dǎo)電方向上均等的導(dǎo)電路徑；各連接點(diǎn)在兩銅板重疊區(qū)域上均布，以使每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極D、源極S在銅板上輸入輸出的導(dǎo)電路徑均相等，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。本發(fā)明所述步驟(4)中，用導(dǎo)體穿過復(fù)合母排，將所有電子開關(guān)器件的柵極G和源極S連接至復(fù)合母排外的控制回路連接，作為電子開關(guān)器件的觸發(fā)點(diǎn)。本發(fā)明所述絕緣層為PET絕緣紙。本發(fā)明的目的之二通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種利用上述方法的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，包括正極輸入水冷母排、負(fù)極輸入水冷母排、電子開關(guān)器件、復(fù)合母排和輸出水冷母排，所述電子開關(guān)器件分別安裝固定于正極輸入水冷母排和負(fù)極輸入水冷母排，所述復(fù)合母排包括相錯(cuò)層疊設(shè)置的雙層銅板及位于雙層銅板間的絕緣層；所述正極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件漏極D分別連接對應(yīng)復(fù)合母排的其中一層銅板和正極輸入水冷母排，對應(yīng)復(fù)合母排的另一層銅板分別連接正極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件源極S和輸出水冷母排；所述負(fù)極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件源極S分別連接對應(yīng)復(fù)合母排的其中一層銅板和負(fù)極輸入水冷母排，對應(yīng)復(fù)合母排的另一層銅板分別連接負(fù)極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件漏極D和輸出水冷母排；所述電子開關(guān)器件與各自對應(yīng)的銅板的連接點(diǎn)在兩層銅板的重疊區(qū)域上均布，形成流經(jīng)各電子開關(guān)器件均等的導(dǎo)電路徑，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。本發(fā)明所述銅板的厚度為6mnT8mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果I)本發(fā)明的電子開關(guān)元器件均裝在水冷母排上，而水冷母排具導(dǎo)電、散熱、骨架支撐的作用，大大減少器件數(shù)量，縮小了體積，降低了制造成本；母排截面面積大，適合大電流輸出，且損耗低；母排采用柱狀結(jié)構(gòu)，沒有彎曲，在大電流流動(dòng)時(shí)具有最小的等效電感，效率最高、電磁干擾最??；各電路模塊安裝在母排上，借助母排散熱，另外母排特殊散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其具有更好的散熱效果。2)本發(fā)明采用復(fù)合母排并聯(lián)電子開關(guān)器件，各個(gè)元件均勻分布，導(dǎo)電路徑很短且相同，能夠有效的均衡各個(gè)開關(guān)器件的電流，使電源系統(tǒng)穩(wěn)定性好，電子開關(guān)器件的壽命延長，擴(kuò)大了電氣容量；各個(gè)電子器件導(dǎo)電路徑相同。3)本發(fā)明的復(fù)合母排的單層銅板通過銅柱與電子開關(guān)器件的漏極D相連接的同時(shí)與對角的源極S被絕緣材料隔離。復(fù)合母排上的另一層銅板則通過同樣的方法與漏極D電氣絕緣，與對角的源極S電氣連接。如此，復(fù)合母排上的兩層銅板分別與電子開關(guān)器件的漏極D、對角的源極S或連接或隔離，形成不同的電氣極性，不同極性的銅板由于基本彼此覆蓋，在電力電子開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，作為連接導(dǎo)體本身產(chǎn)生的電感正好極性相反，彼此抵消，具有更低的電感，降低由于電壓擊穿而引起的電力電子開關(guān)器件損壞的可能性。


圖1為常規(guī)電子開關(guān)器件并聯(lián)連接的原理圖；圖2為本發(fā)明電子開關(guān)器件采用復(fù)合母排的并聯(lián)連接原理圖3為本發(fā)明電子開關(guān)器件與復(fù)合母排的連接示意圖；圖4為圖3的A-A剖視圖；圖5為本發(fā)明水冷母排上的電子開關(guān)器件與復(fù)合母排的連接示意圖；圖6為圖5的E向視圖。圖中1、正極輸入水冷母排；2、負(fù)極輸入水冷母排；3、電子開關(guān)器件；4、復(fù)合母排；41、銅板；5、輸出水冷母排；6、內(nèi)六角不銹鋼螺絲；7、環(huán)氧柱；8、回路控制單元；9、絕緣膠；10、銅柱。
具體實(shí)施例方式如圖2 6所示，一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，包括(I)將正、負(fù)極的輸入分別接入兩個(gè)水冷母排，形成正極輸入水冷母排和負(fù)極輸入水冷母排，兩水冷母排平行設(shè)置；水冷母排采用水冷鋁母排。(2)在正極輸入水冷母排和負(fù)極輸入水冷母排上分別設(shè)置復(fù)合母排，其中，復(fù)合母排由相同的兩層銅板相錯(cuò)層疊構(gòu)成，兩層銅板間設(shè)置絕緣層，以絕緣隔離兩層銅板，該絕緣層為PET絕緣紙；兩銅板分別為銅母排，銅母排為導(dǎo)電后形成極性相反的紫銅板，大部分面積彼此互相覆蓋。根據(jù)電流密度與實(shí)際接觸面積，紫銅板橫截面面積設(shè)為90mmX8mm。紫銅板Al、A2的耐壓要求為1KV，紫銅板Al、A2中間用的PET絕緣紙可在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長期使用溫度可達(dá)120°C，電絕緣性優(yōu)良。其它需要電氣絕緣的地方則灌注絕緣膠或填充環(huán)氧柱，不存在電氣間隙。紫銅板Al、A2、絕緣紙PET、絕緣膠9、環(huán)氧柱7通過熱熔加壓，常溫固化等工藝，組成一個(gè)固定的整體，電氣隔離安全可靠，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)誤安裝，維護(hù)方便。(3)將多個(gè)電子開關(guān)器件均布設(shè)置在兩層銅板的重疊區(qū)域上，組成電子開關(guān)單元。(4)在正、負(fù)極輸入水冷母排上各設(shè)置兩組電子開關(guān)單元，即共四組電子開關(guān)單元，每組電子開關(guān)單元的電子開關(guān)器件均緊壓對應(yīng)的水冷母排。本實(shí)施例每組電子開關(guān)器件的數(shù)量為6個(gè)或12個(gè)。壓裝面光滑平整、與電力電子器件電氣絕緣，電子開關(guān)器件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量主要由此面?zhèn)鲗?dǎo)給水冷鋁母排帶走；其中在正極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極D和正極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極S，并用作輸出端；在負(fù)極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極S和負(fù)極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極D，并用作輸出端。(5)每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極D、源極S均與各自對應(yīng)銅板垂直連接，形成漏極D、源極S連接點(diǎn)在導(dǎo)電方向上均等的導(dǎo)電路徑；各連接點(diǎn)在兩銅板重疊區(qū)域上均布，以使每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極D、源極S在銅板上輸入輸出的導(dǎo)電路徑均相等，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。如圖5所示，本實(shí)施例的一種利用上述方法的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，包括正極輸入水冷母排1、負(fù)極輸入水冷母排2、電子開關(guān)器件3、復(fù)合母排4、輸出水冷母排5，電子開關(guān)器件分3別安裝固定于正極輸入水冷母排I和負(fù)極輸入水冷母排2，復(fù)合母排4包括相錯(cuò)層疊設(shè)置的雙層銅板41及位于雙層銅板41間的絕緣層；正極輸入水冷母排I上的電子開關(guān)器件漏極D分別連接對應(yīng)復(fù)合母排4的其中一層銅板41和正極輸入水冷母排1，對應(yīng)復(fù)合母排4的另一層銅板41分別連接正極輸入水冷母排I上的電子開關(guān)器件源極S和輸出水冷母排5 ;負(fù)極輸入水冷母排2上的電子開關(guān)器件源極S分別連接對應(yīng)復(fù)合母排4的其中一層銅板41和負(fù)極輸入水冷母排2，對應(yīng)復(fù)合母排4的另一層銅板41分別連接負(fù)極輸入水冷母排2上的電子開關(guān)器件漏極D和輸出水冷母排5 ；電子開關(guān)器件3與各自對應(yīng)的銅板41的連接點(diǎn)在兩層銅板41的重疊區(qū)域上均布，形成流經(jīng)各電子開關(guān)器件3均等的導(dǎo)電路徑，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件3的均衡并聯(lián)。如圖5飛所示，對于輸入路徑比較短的單個(gè)電子開關(guān)器件3，如電子開關(guān)器件a，其輸出路徑則比較長；對于輸入路徑比較長的單個(gè)電子開關(guān)器件3，如電子開關(guān)器件C，其輸出路徑則比較短。各個(gè)電子開關(guān)器件3對稱均布在水冷母排上，與各自對應(yīng)銅板41的連接點(diǎn)在兩層銅板41的重疊區(qū)域也對稱均布。因此各個(gè)電子開關(guān)器件3并聯(lián)形成均等的導(dǎo)電路徑。本實(shí)施例中，如圖3 4所示，每個(gè)電子開關(guān)器件3有2個(gè)源極S，I個(gè)漏極D，I個(gè)柵極G。在復(fù)合母排4的銅板41上開孔，單層銅板41與電子開關(guān)器件3需要電氣連接的地方通過銅柱10插入開孔中導(dǎo)電連接，以連接固定電子開關(guān)器件3的源極S、漏極D、柵極G，連接后在復(fù)合母排4四周灌注絕緣膠。根據(jù)電氣設(shè)置，柵極G及其對角源極S，為電子開關(guān)器件3的觸發(fā)點(diǎn)，采用內(nèi)六角不銹鋼螺絲6，結(jié)構(gòu)上穿過復(fù)合母排，將所有電子開關(guān)器件的柵極G和對角的源極S與控制回路連接，此柵極G、源極S用環(huán)氧材料構(gòu)成的環(huán)氧柱7與復(fù)合母排4絕緣，漏極D與復(fù)合母排4通過絕緣膠9絕緣；由于觸發(fā)電流很小即可達(dá)到電氣設(shè)置的要求，因此內(nèi)六角不銹鋼螺絲6作為導(dǎo)電媒體連接電子開關(guān)器件3與回路控制單元8，作為電子開關(guān)器件的觸發(fā)點(diǎn)；另一源極S及其對角漏極D，分別與紫銅板Al或紫銅板A2連接。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，按照本發(fā)明的上述內(nèi)容，利用本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，其特征在于包括(1)將正、負(fù)極輸入接入兩個(gè)水冷母排，形成正極輸入水冷母排和負(fù)極水冷母排；(2)用相同的兩層銅板相錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合母排，兩層銅板間設(shè)置絕緣層；(3)將多個(gè)電子開關(guān)器件均布設(shè)置在兩層銅板的重疊區(qū)域上，組成電子開關(guān)單元；(4)在正、負(fù)極輸入水冷母排上各設(shè)置兩組電子開關(guān)單元，每組電子開關(guān)單元的電子開關(guān)器件均緊壓對應(yīng)的水冷母排；其中在正極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極(D)和正極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極(S)，并用作輸出端；在負(fù)極輸入水冷母排上將復(fù)合母排其中一層銅板分別連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的源極(S)和負(fù)極輸入水冷母排；將復(fù)合母排的另一層銅板連接至負(fù)極輸入水冷母排上的所有電子開關(guān)器件的漏極(D)，并用作輸出端；(5)每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極(D)、源極(S)均與各自對應(yīng)銅板垂直連接，形成漏極 ⑶、源極⑶連接點(diǎn)在導(dǎo)電方向上均等的導(dǎo)電路徑；各連接點(diǎn)在兩銅板重疊區(qū)域上均布， 以使每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極(D)、源極(S)在銅板上輸入輸出的導(dǎo)電路徑均相等，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，其特征在于所述步驟(4)中，用導(dǎo)體穿過復(fù)合母排，將所有電子開關(guān)器件的柵極(G)和源極(S)連接至復(fù)合母排外的控制回路連接，作為電子開關(guān)器件的觸發(fā)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，其特征在于所述絕緣層為PET絕緣紙。
4.一種利用權(quán)利要求1-3所述方法的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其特征在于包括正極輸入水冷母排、負(fù)極輸入水冷母排、電子開關(guān)器件、復(fù)合母排和輸出水冷母排，所述電子開關(guān)器件分別安裝固定于正極輸入水冷母排和負(fù)極輸入水冷母排，所述復(fù)合母排包括相錯(cuò)層疊設(shè)置的雙層銅板及位于雙層銅板間的絕緣層；所述正極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件漏極(D)分別連接對應(yīng)復(fù)合母排的其中一層銅板和正極輸入水冷母排，對應(yīng)復(fù)合母排的另一層銅板分別連接正極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件源極(S)和輸出水冷母排；所述負(fù)極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件源極(S)分別連接對應(yīng)復(fù)合母排的其中一層銅板和負(fù)極輸入水冷母排，對應(yīng)復(fù)合母排的另一層銅板分別連接負(fù)極輸入水冷母排上的電子開關(guān)器件漏極(D)和輸出水冷母排；所述電子開關(guān)器件與各自對應(yīng)的銅板的連接點(diǎn)在兩層銅板的重疊區(qū)域上均布，形成流經(jīng)各電子開關(guān)器件均等的導(dǎo)電路徑，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述銅板的厚度為6_ 8_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的方法，包括(1)將正、負(fù)極輸入接入兩個(gè)水冷母排，形成正極輸入水冷母排和負(fù)極水冷母排；(2)用相同的兩層銅板相錯(cuò)層疊構(gòu)成復(fù)合母排；(3)將多個(gè)電子開關(guān)器件均布設(shè)置在兩層銅板的重疊區(qū)域上，組成電子開關(guān)單元；(4)在正、負(fù)極輸入水冷母排上各設(shè)置兩組電子開關(guān)單元，每組電子開關(guān)單元的電子開關(guān)器件均緊壓對應(yīng)的水冷母排；(5)每個(gè)電子開關(guān)器件的漏極、源極均與各自對應(yīng)銅板垂直連接；各連接點(diǎn)在兩銅板重疊區(qū)域上均布，實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件的均衡并聯(lián)。本發(fā)明還公開了利用上述方法的實(shí)現(xiàn)電子開關(guān)器件均衡并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)的電子開關(guān)器件具有更好的均流性能、散熱良好。
文檔編號H03K17/567GK103051313SQ20121050722
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者丁小松, 蔡小純 申請人:中國電器科學(xué)研究院有限公司