申请/专利权人：株洲中车时代电气股份有限公司

申请日：2017-09-28

公开（公告）日：2020-07-03

公开（公告）号：CN109585435B

主分类号：H01L25/18(20060101)

分类号：H01L25/18(20060101);H01L23/32(20060101);H01L23/46(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.03#授权;2019.04.30#实质审查的生效;2019.04.05#公开

摘要：本发明提出了一种功率装置，该功率装置包括IGBT模组；与所述IGBT模组相对应式并联的FRD模组，所述FRD模组与所述IGBT模组形成半桥式电路结构；为IGBT模组和所述FRD模组散热的散热组件，该功率装置稳定性好。

主权项：1.一种功率装置，其特征在于，包括：IGBT模组，与所述IGBT模组相对应式并联的FRD模组，所述FRD模组与所述IGBT模组形成半桥式电路结构，为IGBT模组和所述FRD模组散热的散热组件，其中，所述IGBT模组和所述FRD模组中的至少一个包括：上端板，下端板，设置在所述上端板和所述下端板之间的功率组件，所述功率组件具有偶数个串联的功率子单元、接触式设置在相邻的所述功率子单元之间第一电气连接件、接触式设置在最上端的所述功率子单元的上表面的第二电气连接件和接触式设置在最下端的所述功率子单元的下表面的第三电气连接件，设置在所述上端板和所述第二电气连接件之间的上绝缘板，设置在所述下端板和所述第三电气连接件之间的下绝缘板，用于连接所述上端板和所述下端板的连接杆，在所述上绝缘板和所述上端板之间设置上承压组件，所述上承压组件具有第一承压盘，在所述下绝缘板和所述下端板之间设置下承压盘，所述上绝缘板的上端面构造有第一凹槽以使得所述第一承压盘的下端插入到所述第一凹槽内，所述下绝缘板的下端面构造有第二凹槽，同时，所述下承压盘的外壁上构造有使得所述下承压盘的上端的径向截面积减小的抵接面，以使得所述下承压盘的上端能插入到所述第二凹槽内且所述抵接面与所述下绝缘板的下端面抵接。

全文数据：一种功率装置技术领域本发明涉及功率电力电子器件技术领域，具体涉及一种功率装置。背景技术随着IGBT应用领域的不断拓展，对IGBT器件的性能要求也越来越高。较高的IGBT器件功率等级和很高的可靠性是IGBT器件的发展趋势。由此，设计一种工作稳定的功率装置是丞待解决的技术问题。发明内容针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种功率装置。该功率装置为半桥式电路结构，并具有散热组件为IGBT模组和所述FRD模组散热，其工作稳定。根据本发明提出了一种功率装置，包括：IGBT模组，与IGBT模组相对应式并联的FRD模组，FRD模组与IGBT模组形成半桥式电路结构，为IGBT模组和FRD模组散热的散热组件。在一个实施例中，IGBT模组和FRD模组中的至少一个包括：上端板，下端板，设置在上端板和下端板之间的功率组件，功率组件具有偶数个串联的功率子单元、接触式设置在相邻的功率子单元之间第一电气连接件、接触式设置在最上端的功率子单元的上表面的第二电气连接件和接触式设置在最下端的功率子单元的下表面的第三电气连接件，设置在上端板和第二电气连接件之间的上绝缘板，设置在下端板和第三电气连接件之间的下绝缘板，用于连接上端板和下端板的连接杆。在一个实施例中，在上绝缘板和上端板之间设置上承压组件，上承压组件具有第一承压盘，在下绝缘板和下端板之间设置下承压盘。在一个实施例中，上承压组件还包括与第一承压盘相对式设置的第二承压盘和嵌入式设置在第一承压盘和第二承压盘之间的圆球件。在一个实施例中，在上承压组件和上端板之间设置缓冲件。在一个实施例中，上绝缘板的外周面上构造有周向延伸的第一槽，和或下绝缘板的外周面上构造有周向延伸的第二槽。在一个实施例中，上绝缘板的上端面构造有用于嵌入第一承压组件的第一凹槽，和或下绝缘板的下端面构造有用于嵌入下承压盘的第二凹槽。在一个实施例中，第一电气连接件、第二电气连接件和第三电气连接件中的至少一个构造为箱体，并在箱体的侧壁上构造有入口和出口，且在箱体的内部构造有用于连通入口和出口的流道。在一个实施例中，散热组件包括：散热源，连通散热源和箱体的散热管，其中，散热管与散热源和箱体采用第一接头连接。在一个实施例中，在第二电气连接件和上绝缘板之间设置用于定位的销钉。与现有技术相比，本发明的优点在于，该功率装置采用上端板和下端板压装式设置，使得该功率装置具有较高的耐压和通流能力。附图说明下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1显示了根据本发明的一个实施例的功率装置的立体图；图2显示了根据本发明的一个实施例的功率装置的电路结构；图3显示了根据本发明的一个实施例的IGBT模组的剖面图；图4显示了根据本发明的一个实施例的功率装置的散热管连接图；在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式下面将结合附图对本发明做进一步说明。图1显示了根据本发明的功率装置200。如图1所示，该功率装置200包括IGBT模组100、FRD模组90和散热组件80。其中，FRD模组90与IGBT模组100相对应式并联，以形成半桥式电路结构，如图2所示。散热组件80用于为IGBT模组100和FRD模组90散热，以保证功率装置200的正常运行。在一个实施例中，如图3所示，IGBT模组100或者FRD模组90包括上端板2、下端板3、功率组件20、上绝缘板11、下绝缘板12和连接杆1。而为了表达方便，下面以IGBT模组100为例进行阐述。其中，上端板2和下端板3均构造为板状结构，用于固定和连接其中的各个组件或部件。功率组件20设置在上端板2和下端板3之间。功率组件20具有偶数个串联的功率子单元14、接触式设置在相邻的功率子单元14之间第一电气连接件13、接触式设置在最上端的功率子单元14的上表面的第二电气连接件13’和接触式设置在最下端的功率子单元14的下表面的第三电气连接件13”。上绝缘板11设置在上端板2和第二电气连接件13’之间，用于绝缘隔离。下绝缘板12设置在下端板3和第三电气连接件13”之间，同样起到绝缘隔离效果。连接杆1连接上端板2和下端板3，以将功率组件20、上绝缘板11和下绝缘板12等部件压装在上端板2和下端板3之间。在生产过程中，将施加了预紧力的该IGBT模组100放到压力机上，上端板2和下端板3依次对准压力机的上下压力柱，并设置所需要的压力值，将IGBT模组100一次性压装到位。从而，该IGBT模组100具有非常好的耐压及通流能力。在一个实施例中，在上绝缘板11和上端板2之间设置上承压组件30。上承压组件30具有第一承压盘7。另外，在下绝缘板12和下端板3之间设置下承压盘8。优选地，第一承压盘7和下承压盘8均采用高强度碳钢材料制成，例如，1Cr18Ni9Ti。上述结构在压力作用下不易变形，有助于保证该IGBT模组100整体的压力均匀分布。在一个优选的实施例中，上承压组件30还包括第二承压盘6和圆球件9。其中，第二承压盘6与第一承压盘7相对式设置，并位于第一承压盘7的上端。圆球件9嵌入式设置在第一承压盘7和第二承压盘6之间，用于均衡压力。从而，在压力传递过程中，上承压组件30起到了均匀压力的作用。尤其是，圆球件9在第一承压盘7和第二承压盘6之间起到了过渡作用，提高了上承压组件30的压力均衡传递的效果。在一个具体地实施例中，在上承压组件30和上端板2之间设置缓冲件10。优选地，该缓冲件10可以为碟簧，并且碟簧的数量可以根据具体地需要而选择一个或者多个。该缓冲件10通过自身的弹性起到了压力保持和形变调整的作用。需要说明的是，如果上承压组件30只是包括第一承压盘7，则缓冲件10设置在上端板2和第一承压盘7之间。而当上承压组件30包括第二承压盘6时，缓冲件10设置在上端板2和第二承压盘6之间。另外，在一个具体地实施例中，第二承压盘6的上端面构造有两级台阶，即第一台阶32和第二台阶33。其中，第一台阶32的上端嵌入到上端板2的下端面内，以与上端板2形成凹凸配合。这种配合方式能方便安装的同时，有利于上端板2与第二承压盘6之间的压力均衡传递。另外，碟簧套接在第一台阶32和第二台阶33之间的第二承压盘6的外壁上，碟簧的上端面与上端板2抵接，而下端面与第二承压盘6抵接，从而起到缓冲均衡压力的作用。上述结构定位方便，简化了安装。在一个实施例中，上绝缘板11的外周面上构造有周向延伸的第一槽34。同理地，下绝缘板12的外周面上构造有周向延伸的第二槽35。并且，可以分别在上绝缘板11的外周面上和下绝缘板12的外周面上设置多个第一槽34和第二槽35。上述设置保证了不同电位之间的爬电距离需求。另外，上绝缘板11的上端面构造有用于嵌入第一承压组件30的第一凹槽36，以形成凹凸配合。同理地，下绝缘板12的下端面构造有用于嵌入下承压盘8的第二凹槽37并形成凹凸配合。上述凹凸设置有助于提高压力分布的均匀性，同时方便定位。优选地，第一槽34的深度与第一凹槽36的半径的比值为1.5-4，例如比值为2。上述设置能优化IGBT模组100的结构，在保证不同电位之间的爬电距离需求的同时，提高压力传递均匀性。同理地，第二槽35与第二凹槽37的关系也可以参照上述设置。在一个实施例中，如图3所示，第一电气连接件13、第二电气连接件13’和第三电气连接件13”中的至少一个构造为箱体。并在箱体的侧壁上构造有入口16和出口18，图4中可见，且在箱体的内部构造有用于连通入口16和出口18的流道图中未示出，以使得该箱体起到冷却的作用。具体地，可以通过入口16向箱体内输送冷却媒质可以为液体，如去离子水，也可以为气体，媒质在流道内循环，以起到为设置在箱体外的功率子单元14降温的作用。优选地，第一电气连接件13、第二电气连接件13’和第三电气连接件13”均构造为箱体，则任一功率子单元14的上下表面均与箱体抵接，达到双面散热的效果。另外，在箱体的侧壁上设置有板状的连接部17，以突出式向外延伸。同时，并在连接部17上构造有连接孔19，由图1可见，以方便电气连接。上述第一电气连接件13、第二电气连接件13’和第三电气连接件13”的结构实现了散热和电气连接的双重功能，简化了设计，同时具有非常好的散热效果。在一个实施例中，为了保证IGBT模组100各器件的精准对中，以确保IGBT模组100长期运行过程中的结构稳定性，在器件之间可以采用销钉15进行定位，如图3所示。例如，在第二电气连接件13’和上绝缘板11之间设置用于定位的销钉15。再例如，根据需要还可以在功率子单元14和第二电气连接件13’之间也设置销钉15。从而可以根据不同的需要在不同的器件之间设置销钉15。这种设置结构能维持IGBT模组100长期运行稳定性，并能有效保护功率子单元14，满足其运行的各种工况。在一个实施例中，如图4所示，在连接杆1的外壁上套设有绝缘套5，用于连接杆1与功率子单元14之间的高电位隔离，保证IGBT模组100的使用安全性。另外，该连接杆1可以为螺杆，在组装过程中，压力机对IGBT模组100压装到位后，使用锁紧螺母4锁紧，压装完成。也就是说，IGBT模组100和FRD模组90的结构可以相同或者类似，只是在IGBT模组100中，功率子单元14为IGBT功率子单元，而在FRD模组90中，功率子单元14为FRD功率子单元。而在整体结构上，功率装置200包括上下压装的IGBT模组100和FRD模组90。具体地，IGBT模组100的下端板3与FRD模组90的上端板2抵接式连接。另外，通过铜排70实现各功率子单元14之间的连接。这种连接方式简单，有利于结构整体优化布设。以IGBT模组100和FRD模组90均包括两个功率子单元14为例，如图1和2所示，在一个IGBT功率子单元与相应的FRD功率子单元并联后，与另外一个并联的IGBT功率子单元和FRD功率子单元相串联。散热组件80包括散热源81和散热管82。其中，散热管82用于连通散热源81和上述用于散热的箱体第一电气连接件13、第二电气连接件13’和第三电气连接件13”。散热源81可以构造为箱体式，结构上，可以固设在IGBT模组100的上端板2上。散热管82与散热源81和箱体均采用第一接头83连接。优选地，第一接头83为快速接头，例如，为史陶比尔生产的CONEX推入式管接头。通过这种设置能很方便地进行装配和拆卸，以便于对功率装置200进行维护。可以对散热管82的排布进行优化。而为了提高散热效果，可以设置多条散热回路与散热源81连通，各散热回路上所对应的功率子单元14的数量和功率大小尽量相等或相近。在一个具体的实施例中，如图4所示，散热组件80具有两条散热回路。其中，第一散热回路的流动路径为：a1-a2-h2-h1-e2-e1-d2-d1。也就是，去离子水先流向FRD模组90的一个第一电气连接件13，再进入IGBT模组100的一个第一电气连接件13，又进入IGBT模组100的一个第二电气连接件13’，最后流回散热源81。第二散热回路的流动路径为：c1-c2-f1-f2-g2-g1-b2-b1。也就是，去离子水先流向IGBT模组100的一个第三电气连接件13”，再进入FRD模组90的一个第三电气连接件13”，又进入FRD模组90的一个第二电气连接件13’。其中，散热管82上的字母与电气连接件和散热源81上的对应，以表示连接对应关系。在连接过程中，每路散热回路上连接有三个电气连接件，且这三个电气连接件处于不同的模组中。这种设置有利于提高散热效率，同时优化管道布设，达到结构优化的目的。以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

权利要求：1.一种功率装置，其特征在于，包括：IGBT模组，与所述IGBT模组相对应式并联的FRD模组，所述FRD模组与所述IGBT模组形成半桥式电路结构，为IGBT模组和所述FRD模组散热的散热组件。2.根据权利要求1所述的功率装置，其特征在于，所述IGBT模组和所述FRD模组中的至少一个包括：上端板，下端板，设置在所述上端板和所述下端板之间的功率组件，所述功率组件具有偶数个串联的功率子单元、接触式设置在相邻的所述功率子单元之间第一电气连接件、接触式设置在最上端的所述功率子单元的上表面的第二电气连接件和接触式设置在最下端的所述功率子单元的下表面的第三电气连接件，设置在所述上端板和所述第二电气连接件之间的上绝缘板，设置在所述下端板和所述第三电气连接件之间的下绝缘板，用于连接所述上端板和所述下端板的连接杆。3.根据权利要求2所述的功率装置，其特征在于，在所述上绝缘板和所述上端板之间设置上承压组件，所述上承压组件具有第一承压盘，在所述下绝缘板和所述下端板之间设置下承压盘。4.根据权利要求3所述的功率装置，其特征在于，所述上承压组件还包括与所述第一承压盘相对式设置的第二承压盘和嵌入式设置在所述第一承压盘和所述第二承压盘之间的圆球件。5.根据权利要求3或4所述的功率装置，其特征在于，在所述上承压组件和所述上端板之间设置缓冲件。6.根据权利要求3到5中任一项所述的功率装置，其特征在于，所述上绝缘板的外周面上构造有周向延伸的第一槽，和或所述下绝缘板的外周面上构造有周向延伸的第二槽。7.根据权利要求3到6中任一项所述的功率装置，其特征在于，所述上绝缘板的上端面构造有用于嵌入所述第一承压组件的第一凹槽，和或所述下绝缘板的下端面构造有用于嵌入所述下承压盘的第二凹槽。8.根据权利要求2到7中任一项所述的功率装置，其特征在于，所述第一电气连接件、所述第二电气连接件和所述第三电气连接件中的至少一个构造为箱体，并在所述箱体的侧壁上构造有入口和出口，且在所述箱体的内部构造有用于连通所述入口和所述出口的流道。9.根据权利要求8所述的功率装置，其特征在于，所述散热组件包括：散热源，连通所述散热源和所述箱体的散热管，其中，所述散热管与所述散热源和所述箱体采用第一接头连接。10.根据权利要求2到9中的任一项所述的功率装置，其特征在于，在所述第二电气连接件和所述上绝缘板之间设置用于定位的销钉。

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