本實(shí)用新型涉及一種功率半導(dǎo)體裝置，具體涉及一種大容量功率模塊，能夠應(yīng)用于柔性直流輸電、SVG等大功率電力電子整流和逆變裝置當(dāng)中。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓大容量功率模塊越來(lái)越多的應(yīng)用于高壓變頻器、百兆乏STATCOM及柔性直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中，隨著電力電子設(shè)備的容量進(jìn)一步增大，其系統(tǒng)核心構(gòu)成功率模塊的單臺(tái)容量也不斷增大。功率模塊主要由高壓大容量的開(kāi)關(guān)器件、疊層母排、水冷散熱器(風(fēng)冷散熱器)以及母線電容構(gòu)成，電容是功率模塊的重要組成部分，其重量占據(jù)整個(gè)功率模塊重量的三分之二以上，尺寸接近模塊的一半。隨著模塊容量的增加，電容的體積以及重量也不斷上升，隨之而來(lái)的整機(jī)體積及占地面積也出現(xiàn)上升，導(dǎo)致整機(jī)的成本增加。大容量功率模塊的安裝、拆卸和維護(hù)難度較大，一旦模塊在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，如果采用將整個(gè)模塊帶電容從整機(jī)上拆卸后進(jìn)行維修的方式，將占用較多的人力、物力、財(cái)力，在實(shí)際中，電容卻是可靠性非常高的器件，其維護(hù)幾率非常低，維護(hù)幾率較高的是核心功率元器件即功率組件，另外隨著功率模塊配合整機(jī)容量的提升，功率模塊擴(kuò)容時(shí)，功率模塊面臨整體結(jié)構(gòu)調(diào)整、重新設(shè)計(jì)，而實(shí)際在一定條件下擴(kuò)容時(shí)只需改變電容單方向的尺寸即可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種模塊緊湊，各組件布置合理，便于功率模塊的拆裝及維護(hù)，能夠有效增大功率密度的大容量功率模塊。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

包括底座以及分別安裝在底座固定位上的電容和功率組件；所述的功率組件包括主框架，主框架上安裝有水冷散熱器，水冷散熱器的兩側(cè)設(shè)置有IGBT模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)板以及放電電阻，所述IGBT模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)板以及放電電阻的外側(cè)依次安裝有疊層母排和主母排，所述的疊層母排上設(shè)有用于主母排與IGBT模塊對(duì)應(yīng)連接的孔位，主母排上開(kāi)設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)電容與IGBT模塊進(jìn)行連接的孔位，所述水冷散熱器兩側(cè)的主母排之間設(shè)置有用于故障后短路連接的旁路開(kāi)關(guān)，旁路開(kāi)關(guān)豎直固定并且與主母排連接，水冷散熱器的頂部設(shè)置有進(jìn)/出水嘴，所述的主框架上還安裝有控制模塊以及取能電源。

所述底座上安裝有用于封裝功率組件的防腐蝕蓋板。

所述的側(cè)面蓋板上開(kāi)有散熱孔，上蓋板對(duì)應(yīng)進(jìn)/出水嘴開(kāi)有缺口，前蓋板采用絕緣板并開(kāi)有主母排伸出孔。

四個(gè)IGBT模塊與兩個(gè)放電電阻分兩組對(duì)稱固定在水冷散熱器的兩側(cè)，兩塊IGBT驅(qū)動(dòng)板分別設(shè)置在IGBT模塊的旁側(cè)并與水冷散熱器單側(cè)的兩個(gè)IGBT模塊連接。

所述的控制模塊外部單獨(dú)設(shè)有自身保護(hù)殼。

所述的水冷散熱器頂部在進(jìn)/出水嘴四周開(kāi)有集水槽，集水槽連接開(kāi)設(shè)在水冷散熱器底部的漏水嘴接頭。

所述的電容、功率組件以及底座上均設(shè)置有吊裝孔。

所述的底座上設(shè)有導(dǎo)條。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型根據(jù)是否經(jīng)常需要維護(hù)進(jìn)行區(qū)分，將電容與功率組件單獨(dú)安裝，由于電容維護(hù)頻率較低，功率組件維護(hù)頻率較高，維護(hù)功率組件時(shí)單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行拆卸，這樣大大降低了維護(hù)難度，提高了維護(hù)以及安裝效率。功率組件通過(guò)主框架以水冷散熱器為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建，充分利用各元器件的特點(diǎn)，通過(guò)合理布置各元器件的位置，能夠最大限度的利用空間，便于減小模塊體積，增大功率密度。電容采用獨(dú)立底部支撐的固定形式，模塊擴(kuò)容時(shí)，只需延伸電容及底座的尺寸，無(wú)需改變功率組件，因此為系列化組裝提供良好基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本實(shí)用新型功率組件的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本實(shí)用新型功率組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本實(shí)用新型功率組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5本實(shí)用新型以水冷散熱器為中心雙面對(duì)稱布局示意圖；

圖6本實(shí)用新型電容的裝配示意圖；

圖7本實(shí)用新型整體的裝配示意圖；

附圖中：Ⅰ-電容；Ⅱ-功率組件；Ⅲ-底座；1-側(cè)面蓋板；2-上蓋板；3-前蓋板；4-主框架；5-取能電源；6-第一疊層母排；7-主母排；8-IGBT模塊；9-水冷散熱器；10-進(jìn)/出水嘴；11-第二疊層母排；12-控制模塊；13-旁路開(kāi)關(guān)；14-放電電阻；15-第一主母排；16-第二主母排；17-第一IGBT驅(qū)動(dòng)板；18-第二IGBT驅(qū)動(dòng)板；19.漏水嘴接頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上包括電容Ⅰ、功率組件Ⅱ以及底座Ⅲ，其中電容Ⅰ與功率組件Ⅱ均放置于底座Ⅲ上，且電容Ⅰ在后，功率組件Ⅱ在前，當(dāng)電容Ⅰ與功率組件Ⅱ放置到相應(yīng)位置之后，通過(guò)螺栓將電容Ⅰ和功率組件Ⅱ固定在一起。

參見(jiàn)圖2，3，功率組件Ⅱ包含主框架4，外圍由側(cè)面蓋板1、上蓋板2、前蓋板3安裝至主框架4的各個(gè)面上。主框架4用于安裝水冷散熱器9、取能電源5、旁路開(kāi)關(guān)13以及控制模塊12。側(cè)面蓋板1、上蓋板2、前蓋板3起到保護(hù)功率組件內(nèi)部核心元器件的作用，同時(shí)具有防腐蝕的功能，其中側(cè)面蓋板1開(kāi)設(shè)有部分散熱孔，便于水冷散熱器9進(jìn)行熱量交換，上蓋板2上設(shè)置有水冷散熱器9的進(jìn)/出水嘴10的開(kāi)孔，前蓋板3為整塊絕緣板材，并且前蓋板3上開(kāi)設(shè)有第一主母排15和第二主母排16的伸出孔。

參見(jiàn)圖3，4，功率組件Ⅱ的核心器件包含水冷散熱器9、四個(gè)IGBT模塊8、一個(gè)取能電源5、兩個(gè)放電電阻14、兩塊疊層母排、兩塊主母排以及兩塊IGBT驅(qū)動(dòng)板，取能電源5放置于水冷散熱器9下方，其他以水冷散熱器9為中心，對(duì)稱分布于水冷散熱器9兩側(cè)面上。

參見(jiàn)圖4，本實(shí)用新型四個(gè)IGBT模塊8分成兩組分別固定在水冷散熱器9的左右兩個(gè)側(cè)面上，并且完全對(duì)稱地進(jìn)行安裝。在兩側(cè)水冷散熱器9的IGBT模塊8上方安裝有放電電阻14，第一IGBT驅(qū)動(dòng)板17以及第二IGBT驅(qū)動(dòng)板18置于IGBT模塊8的旁側(cè)，IGBT驅(qū)動(dòng)板17和第二IGBT驅(qū)動(dòng)板18分別與水冷散熱器9單側(cè)的兩個(gè)IGBT模塊8連接。

參見(jiàn)圖4，5，本實(shí)用新型第一疊層母排6與第二疊層母排11分別與水冷散熱器9上單面相應(yīng)IGBT模塊8遠(yuǎn)離水冷散熱器9的表面貼合連接，并且第一疊層母排6與第二疊層母排11設(shè)置有第一主母排15與第二主母排16對(duì)應(yīng)與IGBT模塊8連接的孔位；第一主母排15與第二主母排16一端分別通過(guò)第一疊層母排6與第二疊層母排11上設(shè)置的孔位與對(duì)應(yīng)的IGBT模塊8連接，另一端延伸出功率組件前面板3對(duì)應(yīng)的位置。

參見(jiàn)圖3，4，第一主母排15與第二主母排16中間設(shè)置有旁路開(kāi)關(guān)13，旁路開(kāi)關(guān)13豎直固定，分別與第一主母排15與第二主母排16連接起到功率模塊故障后短路連接的作用，此種放置方式能有效利用空間，進(jìn)而提高模塊的功率密度。

參見(jiàn)圖3，控制模塊12設(shè)置有單獨(dú)的保護(hù)外殼，控制模塊12以器件面向后安裝于功率組件Ⅱ中，以此增加功率組件Ⅱ插接線纜的便利程度，降低功率組件的寬度尺寸。

參見(jiàn)圖5，水冷散熱器9頂部設(shè)置有進(jìn)/出水嘴10，進(jìn)/出水嘴10周邊開(kāi)設(shè)有集水槽，水槽底部開(kāi)設(shè)有凹槽連接到散熱器底部開(kāi)設(shè)的漏水嘴接頭19。

如圖1所示，本實(shí)用新型功率模塊在一定條件下擴(kuò)容和系列化組裝時(shí)，無(wú)需改變功率組件Ⅱ，只需改變電容Ⅰ及一體化底座Ⅲ前后的尺寸。

本實(shí)用新型功率模塊整體裝配過(guò)程如下：

按圖6所示，首先將一體化底座Ⅲ置于具有一定高度的臺(tái)面上，將電容Ⅰ以吊裝方式放置于一體化底座Ⅲ的上表面，適當(dāng)調(diào)整位置，采用螺栓從底部向上的方向固定電容。

按圖5所示，將IGBT模塊8及放電電阻14分別安裝于水冷散熱器9的兩側(cè)板面上，后將第一IGBT驅(qū)動(dòng)板17與第二IGBT驅(qū)動(dòng)板18分別與水冷散熱器9兩側(cè)面的IGBT模塊8連接，然后將第一疊層母排6、第二疊層母排11分別與水冷散熱器9上單面相應(yīng)IGBT模塊8遠(yuǎn)離水冷散熱器9的表面貼合連接，以此形成一個(gè)以水冷散熱器9為基礎(chǔ)的安裝組件。

按圖3所示，將取能電源5安裝于功率組件Ⅱ的底部，隨后將第一主母排15及第二主母排16分別安裝到水冷散熱器9兩側(cè)IGBT模塊8的孔位，另一端向前伸出功率組件主框架4前部，最后豎向安裝旁路開(kāi)關(guān)13，并與第一主母排15、第二主母排16及旁路開(kāi)關(guān)13連接。

按圖2所示，將左右側(cè)面蓋板1、上蓋板2、前蓋板3安裝到功率組件Ⅱ主框架4的外部。

按圖7所示，將功率組件Ⅱ放置于底座Ⅲ上，功率組件Ⅱ底部設(shè)有利于滑動(dòng)或減小摩擦力的導(dǎo)條，采用由前向后的方式推送使得兩個(gè)疊層母排分別與電容Ⅰ的對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行連接，最后采用螺栓從底部向上的方向固定功率組件Ⅱ。

本實(shí)用新型取能電源5放置于水冷散熱器9下面，取能電5用金屬外殼封裝，其外殼與所述主框架4接觸，用于保證等電位。電容Ⅰ采用獨(dú)立底部支撐固定形式，功率模塊擴(kuò)容時(shí)，只需延伸電容Ⅰ及底座Ⅲ的前后尺寸，無(wú)需改變功率組件。同時(shí)電容Ⅰ、功率組件Ⅱ以及底座Ⅲ上設(shè)計(jì)有吊裝孔，用于吊裝運(yùn)輸。本實(shí)用新型能夠最大限度的利用空間，提升功率密度。