適用于半橋模塊的三相逆變復合母排的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，包括三個形狀為扁平狀且疊放在一起的母排，三個母排從后至前依次為正母排、負母排和M母排，且相鄰母排之間設(shè)有高絕緣強度材料；在母排上設(shè)有用于連接直流輸入端或電路器件的放電電阻連接部、輸入端連接部、IGBT連接部、吸收電容連接部和支撐電容端子。本發(fā)明能夠有效減小回路電感，降低過壓時產(chǎn)生的尖峰電壓，提高IGBT工作的可靠性；使主電路連接方便，布局簡單，質(zhì)量更可靠，并且方便主電路的維修和維護；減小了系統(tǒng)的體積及重量，滿足機車重載高密度的發(fā)展。本發(fā)明寄生電感可以做到小于50nH，可以承受交流3500V的絕緣耐壓。
【專利說明】適用于半橋模塊的三相逆變復合母排

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排。

【背景技術(shù)】
[0002]在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生巨大的電應(yīng)力，已成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素。大功率變頻電源的功率器件在開關(guān)過程中，由于從直流儲能電容至IGBT器件之間的直流母線上的寄生電感和IGBT模塊自身電感的影響，會產(chǎn)生很高的尖峰電壓，這種尖峰電壓，會使器件過熱，甚至有時使IGBT失控并超過器件的額定安全工作區(qū)而損壞。
[0003]目前，IGBT、主電路、吸收電路部件之間是采用電纜或銅排連接的，該連接方式存在如下缺點:1)電路雜散電感大，功率器件容易損壞，電路可靠性差、效率低:IGBT、主電路、吸收電路部件之間采用電纜連接時，電路的雜散電感較大，在主電路開關(guān)過程中，將在IGBT器件上產(chǎn)生較高的電壓尖峰，對功率器件有一定對沖擊，影響功率器件的壽命，從而降低了功率變換電路的可靠性。2)結(jié)構(gòu)臃腫，占據(jù)空間大:使用大量的電纜連接，結(jié)構(gòu)臃腫，占用較大的空間，產(chǎn)品質(zhì)量下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，主要解決了以下幾個方面的問題:1)解決了主電路電纜、銅排連接多，布局復雜，質(zhì)量不可靠的問題；2)解決了主電路電纜、銅排雜散電感大，功率器件容易損壞，電路可靠性差的問題；3)減小了系統(tǒng)體積，重量和噪音，并且方便主電路的維修和維護。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，包括三個形狀為扁平狀且疊放在一起的母排，三個母排從后至前依次為正母排、負母排和M母排，相鄰的母排之間設(shè)有高絕緣強度材料；正母排、負母排和M母排的右側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個放電電阻連接部，三個放電電阻連接部上下錯開布置；正母排和負母排的左側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個輸入端連接部，兩個輸入端連接部上下錯開布置；正母排和負母排的底邊上各設(shè)有三個IGBT連接部，并且正母排上的三個IGBT連接部和負母排上的三個IGBT連接部交叉布置；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上開設(shè)有三個貫穿母排整體的窗口，每個窗口的兩側(cè)分別設(shè)有一個吸收電容連接部，每個窗口上的兩個吸收電容連接部一個與正母排連接、一個與負母排連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子，從左至右第一、三、六、八個支撐電容端子與M母排連接，第二、四個支撐電容端子與正母排連接，第五、七個支撐電容端子與負母排連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線下方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子，從左至右第二、四、五、七個支撐電容端子與M母排連接，第六、八個支撐電容端子與正母排連接，第一、三個支撐電容端子與負母排連接。放電電阻連接部、輸入端連接部、IGBT連接部和吸收電容連接部用于連接直流輸入端或電路器件，支撐電容端子用于連接電路器件。
[0006]本發(fā)明設(shè)計將三相逆變主電路，電容吸收電路的電氣連接通過復合母排實現(xiàn)，其電路原理圖如圖2所示。根據(jù)電路原理圖可知，V1、V2、V3三個半橋模塊組成一個三相逆變橋、實現(xiàn)直流到交流的轉(zhuǎn)變的功能，“DC+”、“DC_”為直流輸入端；“R”、“S”、“T”為三相電路的交流輸出；C1-C3為吸收電容，吸收IGBT關(guān)斷電壓尖峰；C4-C11為支撐電容，濾除紋波，使直流母線電壓穩(wěn)定；R1、R2為放電電阻，當模塊主電路切除電源后，Cl-Cll以及主電路中殘余電荷通過放電電阻釋放。
[0007]本發(fā)明三相逆變復合母排融合了電路原理圖中剖面線標識的電路功能，將高壓部分通過復合母排實現(xiàn)了電氣連接。
[0008]根據(jù)電磁場理論，把導電體做成扁平截面，在同樣截面下做的越薄越寬，它的寄生電感越小，相鄰導電體內(nèi)流過相反的電流，其磁場抵消，也可使寄生電感減小，而且相鄰導體間距離越小，寄生電感越小。根據(jù)以上理論，將母排設(shè)計成扁平狀，根據(jù)電流走向疊放在一起，每層之間用高絕緣強度材料隔離，這樣不僅滿足了低感的要求，提高IGBT工作的可靠性，還可簡化裝置結(jié)構(gòu)，縮小體積。
[0009]進一步地，放電電阻連接部和輸入端連接部與相應(yīng)的母排為同平面設(shè)置；IGBT連接部和吸收電容連接部與相應(yīng)的母排垂直設(shè)置。
[0010]支撐電容端子通過焊接或冷壓的方式與相應(yīng)母排連接，并且露出于三個母排整體外側(cè)；其中，與M母排連接的支撐電容端子通過焊接或冷壓的方式直接與M母排連接；與負母排連接的支撐電容端子穿過M母排上的過孔后露出于M母排外側(cè)，并且M母排的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜；與正母排連接的支撐電容端子穿過負母排及M母排上的過孔后露出于M母排外側(cè)，并且負母排及M母排的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜。
[0011]IGBT連接部與對應(yīng)母排之間采用鍍錫的銅排直接連接。
[0012]正母排、負母排和M母排都為表面電解鍍錫的銅排，銅排厚度為1.5mm、錫層厚度為5-15 μ m,高絕緣強度材料的厚度小于0.8_。
[0013]正母排、負母排、M母排以及其之間的高絕緣強度材料是采用壓膜方式處理形成一體的。
[0014]正母排、負母排和M母排的表面除了支撐電容端子連接處及放電電阻連接部、輸入端連接部、吸收電容連接部外均涂覆有絕緣材料，該絕緣材料的厚度小于0.4mm。
[0015]與M母排連接的放電電阻連接部高于與負母排連接的放電電阻連接部，與負母排連接的放電電阻連接部高于與正母排連接的放電電阻連接部；與負母排連接的輸入端連接部高于與正母排連接的輸入端連接部。
[0016]本發(fā)明復合母排的有益效果如下:
1)取代電纜、銅排、熱敷母排進行主電路電氣連接，能夠有效減小回路電感，降低過壓時產(chǎn)生的尖峰電壓，提高IGBT工作的可靠性；
2)使主電路連接方便，布局簡單，質(zhì)量更可靠，并且方便主電路的維修和維護；
3)減小了系統(tǒng)的體積及重量，滿足機車重載高密度的發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明復合母排的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為電路原理圖。
[0019]圖中:1-正母排、2-負母排、3-M母排、4-放電電阻連接部、5-輸入端連接部、
6-1GBT連接部、7-窗口、8-吸收電容連接部、9-支撐電容端子。

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地描述:
如圖1所示，一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，包括三個形狀為扁平狀且疊放在一起的母排，三個母排從后至前依次為正母排1、負母排2和M母排3,相鄰的母排之間設(shè)有高絕緣強度材料，如高壓絕緣的聚酯薄膜；正母排1、負母排2和M母排3的右側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個放電電阻連接部4，三個放電電阻連接部4上下錯開布置；正母排I和負母排2的左側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個輸入端連接部5，兩個輸入端連接部5上下錯開布置；正母排I和負母排2的底邊上各設(shè)有三個IGBT連接部6，并且正母排I上的三個IGBT連接部6和負母排2上的三個IGBT連接部6交叉布置；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上開設(shè)有三個貫穿母排整體的窗口 7，每個窗口 7的兩側(cè)分別設(shè)有一個吸收電容連接部8，每個窗口 7上的兩個吸收電容連接部8—個與正母排I連接、一個與負母排2連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子9，從左至右第一、三、六、八個支撐電容端子9與M母排3連接，第二、四個支撐電容端子9與正母排I連接，第五、七個支撐電容端子9與負母排2連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線下方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子9，從左至右第二、四、五、七個支撐電容端子9與M母排3連接,第六、八個支撐電容端子9與正母排I連接，第一、三個支撐電容端子9與負母排2連接。
[0021]本發(fā)明根據(jù)電路原理，將母排設(shè)計為正母排1、負母排2和M母排3，正母排I為正極電位+Utl,負母排2為負極電位0V，M母排3為中點電位+U0/2。
[0022]具體實施時，放電電阻連接部4和輸入端連接部5與相應(yīng)的母排為同平面設(shè)置；IGBT連接部6和吸收電容連接部8與相應(yīng)的母排垂直設(shè)置。
[0023]支撐電容端子9通過焊接或冷壓的方式與相應(yīng)母排連接，并且露出于三個母排整體外側(cè)；其中，與M母排3連接的支撐電容端子9通過焊接或冷壓的方式直接與M母排3連接；與負母排2連接的支撐電容端子9穿過M母排3上的過孔后露出于M母排3外側(cè)，并且M母排3的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜；與正母排I連接的支撐電容端子9穿過負母排2及M母排3上的過孔后露出于M母排3外側(cè)，并且負母排2及M母排3的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜。
[0024]IGBT連接部6與對應(yīng)母排之間采用鍍錫的銅排直接連接。其優(yōu)點是:可以減輕母排的重量、鍍錫處理接觸電阻小、工藝相對簡單并且設(shè)計成本低。
[0025]正母排1、負母排2和M母排3都為表面電解鍍錫的銅排，銅排厚度為1.5mm、錫層厚度為5-15 μ m，高絕緣強度材料的厚度小于0.8mm。
[0026]為防止三層母排之間發(fā)生起弧現(xiàn)象，根據(jù)系統(tǒng)要求的爬電距離和環(huán)境條件進行選擇，正母排1、負母排2、M母排3以及其之間的高絕緣強度材料是采用壓膜方式處理形成一體的。
[0027]正母排1、負母排2和M母排3的表面除了支撐電容端子9連接處及放電電阻連接部4、輸入端連接部5、吸收電容連接部8外均涂覆有絕緣材料，該絕緣材料的厚度小于
0.4mm。
[0028]與M母排3連接的放電電阻連接部4高于與負母排2連接的放電電阻連接部4，與負母排2連接的放電電阻連接部4高于與正母排I連接的放電電阻連接部4 ;與負母排2連接的輸入端連接部5高于與正母排I連接的輸入端連接部5。
[0029]通過以上設(shè)計，本發(fā)明復合母排目前寄生電感可以做到小于50nH，可以承受交流3500V的絕緣耐壓。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:包括三個形狀為扁平狀且疊放在一起的母排，三個母排從后至前依次為正母排(I)、負母排(2)和M母排(3),相鄰的母排之間設(shè)有高絕緣強度材料；正母排(I)、負母排(2 )和M母排(3 )的右側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個放電電阻連接部(4)，三個放電電阻連接部(4)上下錯開布置；正母排(I)和負母排(2)的左側(cè)側(cè)邊上各設(shè)有一個輸入端連接部(5)，兩個輸入端連接部(5)上下錯開布置；正母排(I)和負母排(2)的底邊上各設(shè)有三個IGBT連接部(6)，并且正母排(I)上的三個IGBT連接部(6)和負母排(2)上的三個IGBT連接部(6)交叉布置；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上開設(shè)有三個貫穿母排整體的窗口(7)，每個窗口(7)的兩側(cè)分別設(shè)有一個吸收電容連接部(8)，每個窗口(7)上的兩個吸收電容連接部(8) —個與正母排(I)連接、一個與負母排(2)連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線上方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子(9)，從左至右第一、三、六、八個支撐電容端子(9)與M母排(3)連接，第二、四個支撐電容端子(9)與正母排(I)連接，第五、七個支撐電容端子(9)與負母排(2)連接；三個母排作為一個整體，在其整體的水平中線下方的位置設(shè)有四組支撐電容端子組，每組支撐電容端子組包括兩個支撐電容端子(9)，從左至右第二、四、五、七個支撐電容端子(9)與M母排(3)連接，第六、八個支撐電容端子(9)與正母排(I)連接，第一、三個支撐電容端子(9)與負母排(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:放電電阻連接部(4)和輸入端連接部(5)與相應(yīng)的母排為同平面設(shè)置；IGBT連接部(6)和吸收電容連接部(8)與相應(yīng)的母排垂直設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:支撐電容端子(9)通過焊接或冷壓的方式與相應(yīng)母排連接，并且露出于三個母排整體外側(cè)；其中，與M母排(3 )連接的支撐電容端子(9 )通過焊接或冷壓的方式直接與M母排(3 )連接；與負母排(2 )連接的支撐電容端子(9 )穿過M母排(3 )上的過孔后露出于M母排(3 )外側(cè)，并且M母排(3 )的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜；與正母排(I)連接的支撐電容端子(9 )穿過負母排(2)及M母排(3)上的過孔后露出于M母排(3)外側(cè)，并且負母排(2)及M母排(3)的過孔內(nèi)壁設(shè)有有機聚酯薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:IGBT連接部(6)與對應(yīng)母排之間采用鍍錫的銅排直接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:正母排(I)、負母排(2)和M母排(3)都為表面電解鍍錫的銅排，銅排厚度為1.5mm、錫層厚度為5-15 μ m,高絕緣強度材料的厚度小于0.8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:正母排(I)、負母排(2)、M母排(3)以及其之間的高絕緣強度材料是采用壓膜方式處理形成一體的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:正母排(I)、負母排(2)和M母排(3)的表面除了支撐電容端子(9)連接處及放電電阻連接部(4)、輸入端連接部(5)、吸收電容連接部(8)外均涂覆有絕緣材料，該絕緣材料的厚度小于0.4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半橋模塊的三相逆變復合母排，其特征在于:與M母排(3)連接的放電電阻連接部(4)高于與負母排(2)連接的放電電阻連接部(4)，與負母排(2)連接的放電電阻連接部(4)高于與正母排(I)連接的放電電阻連接部(4);與負母排(2)連接的輸入端連接部(5)高于與正母排(I)連接的輸入端連接部(5)。
【文檔編號】H02M7/5387GK104167934SQ201410447888
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】尹梅, 陳宏 , 劉革莉, 牛勇, 冷麗英 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司