一種含吸收及驅動系統的壓接式igbt兩電平功率單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元。該功率單元包含兩個大功率壓接式IGBT器件；在兩個IGBT器件中間及兩側安裝有三個集成了IGBT吸收和驅動裝置的水冷板，吸收和驅動裝置具有IGBT門極觸發，過壓、過流、短路、過熱等多重保護措施，水冷板在IGBT工作時對整個功率單元進行散熱；在水冷板外側分別安裝有絕緣壓板及碟型彈簧壓緊裝置；整個功率單元用上下壓板進行固定安裝；上壓板與上絕緣壓塊之間采用中心頂壓的壓緊方式，保證壓在IGBT器件壓接面上的壓力可以均勻分布。本實用新型可用作為柔性直流輸電換流閥，靜止無功補償功率單元，風力發電、太陽能發電變流器，中高壓變頻器等工業領域的可控整流及逆變單元核心部件使用。
【專利說明】
一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元
技術領域
[0001]本實用新型是工業領域的可控整流及逆變單元的核心部件，具體涉及一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元。
【背景技術】
[0002]在柔性直流輸電換流閥，風力發電、太陽能發電變流器，中高壓變頻器等工業領域中，IGBT可控整流及逆變單元在其中起著重要的作用。
[0003]隨著人類社會生產力的發展，目前以煤、石油、天然氣為主的不可再生能源已經漸漸枯竭。因此，可再生能源包括太陽能，風能，生物質能，水能等越來越受到各個國家的重視。其中，太陽能和風能已經得到了廣泛的推廣和應用。一般情況下太陽能電場和風電場都處于人煙稀少的偏遠地區，因此清潔能源的遠距離輸送至關重要。而柔性直流輸電系統可以將清潔能源以更加高效的方式輸送到能源使用密集區。在能源使用方面，電動機在能源的消耗方面所占比重非常大，為了提高電動機的工作效率，變頻器起著越來越重要的作用，特別是在中高壓變頻領域，變頻器將會起到不可替代的作用。
[0004]目前，IGBT可控整流及逆變單元中，模塊式IGBT功率單元占據著主導地位。但隨著電力電子技術的發展，模塊式IGBT器件已經不能滿足現有市場的需求，特別是在器件散熱方面，由于模塊式IGBT功率單元為單面散熱，極大的限制了IGBT器件芯片單位面積的功率密度，最終造成模塊式IGBT功率單元結構體積巨大，必須耗費高昂的成本來滿足散熱系統的要求。因此作為可控整流及逆變單元核心的IGBT器件，必須向更高的電壓和電流等級以及更好的散熱性能發展。壓接式IGBT器件采用雙面散熱的結構，可以大大提高IGBT器件芯片單位面積下的功率密度。與傳統的模塊式IGBT器件相比，在相同電壓和電流等級下，可大大減小IGBT器件以及散熱系統的體積。但是對于壓接式IGBT器件而言，由于其功率密度大，對散熱性能要求非常高，必須采用水冷散熱，且必須通過一定的壓力使IGBT器件壓裝在水冷板上才能正常工作；另外由于壓接式IGBT的器件特性，決定了壓接式IGBT器件的壓接平整度，及壓接后的壓力保持是一個技術難點。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，以克服現有模塊式IGBT器件存在的單位功率下體積偏大，散熱性能不好的缺陷。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，包括第一 IGBT和第二 IGBT以及第一水冷板、第二水冷板、第三水冷板，其特征在于:
[0008]所述第一IGBT上方安裝有第一水冷板，在第一 IGBT和第二 IGBT之間安裝有第二水冷板，在第二 IGBT下方安裝有第三水冷板；
[0009]所述第一水冷板上方安裝有上壓板、中心頂壓裝置、上壓塊和上絕緣塊，壓接力通過上壓板傳導給中心頂壓裝置，然后通過上壓塊以及第一水冷板將壓力依次傳遞給第一IGBT、第二水冷板、第二 IGBT、第三水冷板、下壓塊、碟型彈簧導柱、碟型彈簧及下壓板；
[0010]所述第三水冷板下方安裝有下壓塊、下絕緣塊、碟型彈簧導柱和碟型彈簧，鎖緊組件通過上壓板和下壓板將壓力存儲在碟型彈簧中，碟型彈簧受壓變形后存儲的能量將持續的對組件產生反作用力，可以保證第一 IGBT和第二 IGBT的壓接力的要求;絕緣套管、上絕緣塊和下絕緣塊起內外絕緣的作用。
[0011]進一步地，所述第三水冷板集成有IGBT吸收電路及IGBT驅動電路。
[0012]進一步地，所述第二水冷板集成有IGBT吸收電路及IGBT驅動電路。
[0013]進一步地，所述IGBT吸收電路是由無感吸收電容、吸收二極管、水冷吸收電阻組成R⑶型吸收電路，且采用無感母線進行連接。
[0014]進一步地，所述IGBT驅動電路由驅動電路本體與驅動盒組成，其中驅動盒直接安裝在水冷板上面。
[0015]進一步地，所述第一水冷板、第三水冷板、第二水冷板既作為水冷散熱器使用，也作為導電母排使用。
[0016]進一步地，為保證壓接力能夠均勻分布到IGBT器件壓接面上，采用了中心頂壓的安裝方式，所述中心頂壓裝置由中心頂壓螺桿和螺帽組成。
[0017]進一步地，所述上絕緣塊上面加工有多圈的溝槽，可以增大電流的爬電距離，增強功率電路與外界的絕緣能力。
[0018]進一步地，所述下絕緣塊上面加工有多圈的溝槽，可以增大電流的爬電距離，增強功率電路與外界的絕緣能力。
[0019]進一步地，所述第一IGBT和第二IGBT為壓接式IGBT器件，IGBT器件最大Vces電壓為:4500V-6500V，最大Icp電流范圍為:1500A?3000A，IGBT器件壓接面為直徑五英吋的圓面。
[0020]有益效果:
[0021]本實用新型通過上壓板和下壓板將壓力存儲在碟型彈簧中，碟型彈簧受壓變形后存儲的能量將持續的對組件產生反作用力，可以保證第一IGBT和第二IGBT的壓接力的要求，保證了壓接式IGBT器件具有良好的壓接平整度。本實用新型在水冷板(19)和水冷板
(20)上增加了 IGBT吸收電路及IGBT驅動電路，解決了壓接式IGBT的吸收無法安裝及驅動電路不易安裝的問題。
【附圖說明】

[0022]圖1為本實用新型的立體圖的結構圖；
[0023]圖2為本實用新型的正視圖的結構圖；
[0024]圖3為本實用新型的剖面圖的結構圖。
[0025]結合圖1?圖3所示，具體附圖標記如下:
[0026]1、無感吸收電容;2、吸收二極管;3、水冷吸收電阻;4、IGBT驅動;5、上壓板;6、鎖緊組件;7、絕緣套管;8、第一IGBT;9、第二IGBT; 10、下壓板；11、中心頂壓裝置；12、上壓塊；13、上絕緣塊；14、第一水冷板；15、下壓塊；16、碟型彈簧導柱；17、碟型彈簧；18、下絕緣塊；19、第三水冷板;20、第二水冷板。
【具體實施方式】
[0027]下面結合圖1?圖3對本實用新型作進一步詳細描述:
[0028]一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，包括由第一 IGBT8和第二IGBT9以及第一水冷板14、第二水冷板20、第三水冷板19組成的兩電平結構;第一 IGBT8上方安裝有第一水冷板14，在第一 IGBT8和第二 IGBT9之間安裝有第二水冷板20，在第二 IGBT9下方安裝有第三水冷板19;
[0029]第一水冷板14上方安裝有上壓板5、中心頂壓裝置11、上壓塊12、上絕緣塊13，壓接力通過上壓板5傳導給中心頂壓裝置11，然后通過上壓塊12以及第一水冷板14將壓力依次傳遞給第一 IGBT8、第二水冷板20、第二 IGBT9、第三水冷板19、下壓塊15、碟型彈簧17導柱16、碟型彈簧17及下壓板10;
[0030]第三水冷板19下方安裝有下壓塊15、下絕緣塊18、碟型彈簧17導柱16、碟型彈簧17，鎖緊組件6通過上壓板5和下壓板10將要求的壓力壓到IGBT器件上。而碟型彈簧17在受壓變形后存儲的能量將持續的對組件產生反作用力，可以保證第一 IGBT8和第二 IGBT9的壓接力的要求。
[0031]進一步地，所述的絕緣套管7套在鎖緊組件6的4根螺栓上面，用來隔離IGBT器件與水冷板和外界的絕緣作用。
[0032]進一步地，所述的上絕緣塊13和下絕緣塊18分別套在上壓塊12和下壓塊15上面，其分別起到與上壓板5和下壓板10的絕緣作用，上絕緣塊13和下絕緣塊18上面加工有多圈的溝槽，可以增大電流的爬電距離。
[0033]進一步地，所述的第二水冷板20、第三水冷板19集成有IGBT吸收電路及IGBT驅動4電路。
[0034]進一步地，所述的IGBT吸收系統是由無感吸收電容1、吸收二極管2、水冷吸收電阻3組成RCD型吸收電路，RCD型吸收電路可以保證關斷瞬間由雜散電感引起的電壓尖峰降到IGBT器件的安全區域范圍之內。
[0035]進一步地，所述的IGBT驅動4系統由驅動電路本體與驅動盒組成，其中驅動盒直接安裝在水冷板上面，驅動盒里面安裝的驅動電路是專門設計的針對壓接式IGBT的專用驅動器。
[0036]進一步地，所述的第一水冷板14、第二水冷板20、第三水冷板19既作為水冷散熱器使用，也作為導電母排使用；由于壓接式IGBT器件在運行過程中會產生大量的熱量，體積和單位面積功率密度大的因素決定了壓接式IGBT器件的散熱必須為水冷散熱器，壓接式IGBT器件的壓接面為其集電極和發射極，因此水冷散熱器也兼做導電母排的作用。
[0037]進一步地，所述的中心頂壓裝置11由中心頂壓螺桿和螺帽組成，其主要功能是保證壓接力能夠均勻分布到IGBT器件壓接面上，滿足IGBT器件要求的均勻壓接效果；另外螺桿和螺帽也可以對壓接面的高度進行微調。
[0038]進一步地，所述的第一 IGBT8和第二 IGBT9為壓接式IGBT器件，壓接式IGBT器件區別于傳統的模塊式IGBT器件的主要特征在于，壓接式IGBT器件為雙面導電結構，IGBT器件的兩端面分別為集電極和發射極，且兼具導電及散熱功能；壓接式IGBT器件對水冷散熱器的平面度要求極高，對壓接力也有很高的要求。
[0039]進一步地，所述的連接上壓板5和下壓板10的鎖緊組件6主要由4根帶有絕緣套管7的螺栓及防松螺母組成;在對壓接式IGBT兩電平功率單元進行壓接時，首先使用液壓機對組件加壓至IGBT器件要求的額定壓力值，此時用力矩扳手鎖緊上壓板5上面的防松螺母，去掉液壓機后，鎖緊組件6和碟型彈簧17將持續對組件產生相應的反作用力，以滿足壓接式IGBT器件對壓力的要求。
[0040]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，包括第一 IGBT(S)和第二IGBT( 9)以及第一水冷板(14)、第二水冷板(20)、第三水冷板(19)，其特征在于: 所述第一 IGBT(8)上方安裝有第一水冷板(14)，在第一 IGBT(8)和第二 IGBT(9)之間安裝有第二水冷板(20)，在第二IGBT(9)下方安裝有第三水冷板(19); 所述第一水冷板(14)上方安裝有上壓板(5)、中心頂壓裝置(11)、上壓塊(12)和上絕緣塊(13)，壓接力通過上壓板(5)傳導給中心頂壓裝置(11)，然后通過上壓塊(12)以及第一水冷板(14)將壓力依次傳遞給第一 IGBT(8)、第二水冷板(20)、第二 IGBT(9)、第三水冷板(19)、下壓塊(15)、碟型彈簧導柱(16)、碟型彈簧(17)及下壓板(10); 所述第三水冷板(19)下方安裝有下壓塊(15)、下絕緣塊(18)、碟型彈簧導柱(16)和碟型彈簧(17)，鎖緊組件(6)通過上壓板(5)和下壓板(10)將壓力存儲在碟型彈簧(17)中。2.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述第三水冷板(19)集成有IGBT吸收電路及IGBT驅動電路。3.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述第二水冷板(20)集成有IGBT吸收電路及IGBT驅動電路。4.根據權利要求2或3所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述IGBT吸收電路是由無感吸收電容(1)、吸收二極管(2)、水冷吸收電阻(3)組成RCD型吸收電路，且采用無感母線進行連接。5.根據權利要求2或3所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述IGBT驅動電路由驅動電路本體與驅動盒組成，其中驅動盒直接安裝在水冷板上面。6.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述第一水冷板(14)、第三水冷板(19)、第二水冷板(20)既作為水冷散熱器使用，也作為導電母排使用。7.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述中心頂壓裝置(11)由中心頂壓螺桿和螺帽組成。8.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述上絕緣塊(13)上面加工有多圈的溝槽。9.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述下絕緣塊(18)上面加工有多圈的溝槽。10.根據權利要求1所述的一種含吸收及驅動系統的壓接式IGBT兩電平功率單元，其特征在于:所述第一IGBT(8)和第二IGBT(9)為壓接式IGBT器件，IGBT器件最大Vges電壓為:4500V-6500V，最大Icp電流范圍為:1500A?3000A，IGBT器件壓接面為直徑五英吋的圓面。
【文檔編號】H02M1/00GK205725433SQ201620648911
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】吳企堯, 張朝山, 李卓智, 陸繼鳴
【申請人】西安開天電力電子技術有限公司