IGBT模块并联结构及功率模块结构.pdf

本发明的实施例提供了一种IGBT模块并联结构及功率模块结构，其中，IGBT模块并联结构包括：n个IGBT模块、交流输出并联铜排、交流输出连接铜排以及交流输出铜排，其中n≥2，n个IGBT模块利用交流输出并联铜排并联连接，交流输出连接铜排的一端与交流输出并联铜排的一端相连接，交流输出连接铜排的另一端与交流输出铜排相连接，与交流输出铜排相连接的交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排相连接的交流输出连接铜排的一端。本发明能够降低并联IGBT的不均流度，从而有效提高整体并联功率模块的功率密度，降低失效率，同时无需增加其它元器件，结构简单且成本低，安装维护简便。

1.  一种IGBT模块并联结构，其特征在于，所述IGBT模块并联结构包括：n个IGBT模块、交流输出并联铜排、交流输出连接铜排以及交流输出铜排，其中n≥2，所述n个IGBT模块利用所述交流输出并联铜排并联连接，所述交流输出连接铜排的一端与所述交流输出并联铜排的一端相连接，所述交流输出连接铜排的另一端与所述交流输出铜排相连接，与所述交流输出铜排相连接的所述交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与所述交流输出并联铜排相连接的所述交流输出连接铜排的一端。

2.  根据权利要求1所述的IGBT模块并联结构，其特征在于，所述IGBT模块并联结构还包括：在所述交流输出并联铜排的一端设有交流输出铜排垫块，所述交流输出连接铜排的一端通过所述交流输出铜排垫块与所述交流输出并联铜排的一端紧固连接。

3.  根据权利要求2所述的IGBT模块并联结构，其特征在于，所述交流输出连接铜排包括相对于水平方向倾斜的中间倾斜部分、与所述中间倾斜部分的下端连接的下部水平部分和与所述中间倾斜部分的上端连接的上部垂直部分，所述下部水平部分通过所述交流输出铜排垫块与所述交流输出并联铜排的一端紧固连接，所述上部垂直部分与所述交流输出铜排紧固连接。

4.  根据权利要求2所述的IGBT模块并联结构，其特征在于，所述交流输出铜排垫块的宽度与所述交流输出并联铜排的宽度相同。

5.  根据权利要求3所述的IGBT模块并联结构，其特征在于，所述中间倾斜部分与水平方向的夹角的范围在10度至70度之间。

6.  一种功率模块结构，其特征在于，所述功率模块结构包括整体框架，固定在所述整体框架内的直流层叠母排以及权利要求1-5中任一项所述的IGBT模块并联结构和正负铜排对外接口。

IGBT模块并联结构及功率模块结构
技术领域
本发明涉及IGBT模块并联设计技术领域，尤其涉及一种IGBT模块并联结构及功率模块结构。
背景技术
随着电力电子设备功率等级的提升，采用多个IGBT模块并联组装成大功率等效模块的需求与日俱增。图1为现有技术中IGBT并联采用通用方式的电路示意图，如图1所示，每一竖列的两个开关元件对应于工程结构中的一个IGBT模块，三个IGBT模块并联。
为保证并联IGBT模块的均流度，可采用对称交流输出方式，即将交流输出端(AC)保持在所有并联IGBT模块的对称输出位置。图2为现有技术中采用对称交流输出方式的并联结构的均流效果示意图，如图2所示，并联IGBT模块的数量为3个，电流最大值与最小值之间相差约300A，各个IGBT模块不均流度达到了20％，均流效果并不理想。然而，目前国内专利CN103595222A公开一种IGBT模块并联结构及其均流方法，该技术方案是在对称交流输出方式的基础上，通过增加辅助元器件(限流环)来实现均流目的，但该方法实现困难，且多只IGBT模块并联时设计安装均较为复杂，例如当流经单个IGBT模块的电流达到1000A以上时，限流环的体积会非常大，再比如采用导线方式连接，当电流较大时导线会带来很大的杂散电感，直接影响均流效果与IGBT关断过电压。
另外，还可采用非对称交流输出方式，即可将交流输出端(AC)保持在所有并联IGBT模块的最左端或最右端，但采用该方式的实际工程结构中，交流输出连接铜排是与水平方向平行的，则无法保证流经并联IGBT的电流均衡。
发明内容
本发明实施例的目的在于，提供一种IGBT模块并联结构及功率模块结构，能够降低并联IGBT的不均流度，从而有效提高整体并联功率 模块的功率密度，降低失效率，且安装维护简便。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种IGBT模块并联结构，所述IGBT模块并联结构包括：n个IGBT模块、交流输出并联铜排、交流输出连接铜排以及交流输出铜排，其中n≥2，所述n个IGBT模块利用所述交流输出并联铜排并联连接，所述交流输出连接铜排的一端与所述交流输出并联铜排的一端相连接，所述交流输出连接铜排的另一端与所述交流输出铜排相连接，与所述交流输出铜排相连接的所述交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与所述交流输出并联铜排相连接的所述交流输出连接铜排的一端。
优选地，所述IGBT模块并联结构还包括：在所述交流输出并联铜排的一端设有交流输出铜排垫块，所述交流输出连接铜排的一端通过所述交流输出铜排垫块与所述交流输出并联铜排的一端紧固连接。
优选地，所述交流输出连接铜排包括相对于水平方向倾斜的中间倾斜部分、与所述中间倾斜部分的下端连接的下部水平部分和与所述中间倾斜部分的上端连接的上部垂直部分，所述下部水平部分通过所述交流输出铜排垫块与所述交流输出并联铜排的一端紧固连接，所述上部垂直部分与所述交流输出铜排紧固连接。
优选地，所述交流输出铜排垫块的宽度与所述交流输出并联铜排的宽度相同。
优选地，所述中间倾斜部分与水平方向的夹角的范围在10度至70度之间。
本发明的实施例还提供了一种功率模块结构，所述功率模块结构包括整体框架，固定在所述整体框架内的直流层叠母排以及上述实施例所述的IGBT模块并联结构和正负铜排对外接口。
本发明实施例提供的IGBT模块并联结构及功率模块结构，通过在采用非对称交流输出方式的基础上，与交流输出铜排相连接的交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排相连接的交流输出连接铜排的一端，使得电流产生磁场与铜排内的电流相互作用，最终达到电流均衡的目的。从而降低并联IGBT的不均流度，有效提高了整体并联功率模块的功率密度，降低了失效率，安装维护简便，同时无需增加其它元器件，结构简单且成本低。
附图说明
图1为现有技术中IGBT并联采用通用方式的电路示意图；
图2为现有技术中采用对称交流输出方式的并联结构的均流效果示意图；
图3为本发明实施例一的IGBT模块并联结构的结构示意图；
图4为本发明实施例一的IGBT模块并联结构的均流效果示意图；
图5为本发明实施例二的功率模块结构结构示意图。
附图标号说明：
1：交流输出铜排垫块；2：IGBT模块；3：IGBT模块；4：IGBT模块；5：交流输出并联铜排；6：交流输出连接铜排；7：交流输出铜排；8：最左端IGBT模块交流输出端；9：正负铜排对外接口；10：最右端IGBT模块交流输出端；11：直流层叠母排。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例IGBT模块并联结构及功率模块结构进行详细描述。
本发明IGBT模块并联结构及功率模块结构的技术原理是，该IGBT模块并联结构包括：n个IGBT模块、交流输出并联铜排、交流输出连接铜排以及交流输出铜排，其中n≥2，n个IGBT模块利用交流输出并联铜排并联连接，交流输出连接铜排的一端与交流输出并联铜排的一端相连接，交流输出连接铜排的另一端与交流输出铜排相连接，上述结构采用了非对称交流输出方式，在此基础之上，与交流输出铜排相连接的交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排相连接的交流输出连接铜排的一端，使得电流产生磁场与铜排内的电流相互作用，最终实现电流均衡。
实施例一
图3为本发明实施例一的IGBT模块并联结构的结构示意图，参照图3，以n＝3为例，即三个IGBT模块并联。该IGBT模块并联结构包括：IGBT模块2、IGBT模块3、IGBT模块4、交流输出并联铜排5、交流输出连接铜排6以及交流输出铜排7，这三个IGBT模块利用交流 输出并联铜排5并联连接，交流输出连接铜排6的一端与交流输出并联铜排5的一端相连接，交流输出连接铜排6的另一端与交流输出铜排7相连接，与交流输出铜排7相连接的交流输出连接铜排6的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排5相连接的交流输出连接铜排6的一端。
具体的，交流输出连接铜排6可以包括：相对于水平方向倾斜的中间倾斜部分、与中间倾斜部分的下端连接的下部水平部分和与中间倾斜部分的上端连接的上部垂直部分，但不限于此，交流输出连接铜排6还可以包括上部弯折部分，上部垂直部分可通过上部弯折部分与中间倾斜部分的上端相连接，下部水平部分通过交流输出铜排垫块1与交流输出并联铜排5的一端紧固连接，上部垂直部分与交流输出铜排7紧固连接。为了达到较好的均流效果，这里需要说明的是，中间倾斜部分与水平方向的夹角的范围在10度至70度之间，但不局限于此。
进一步地，IGBT模块并联结构可以包括：在交流输出并联铜排5的一端设有交流输出铜排垫块1，交流输出连接铜排6的一端通过交流输出铜排垫块1与交流输出并联铜排5的一端紧固连接。这里，需要说明的是交流输出铜排垫块1的宽度与交流输出并联铜排5的宽度相同。
具体的，确定交流输出铜排7在并联连接的三个IGBT模块的右侧时，如图3所示，交流输出并联铜排5的一端在三个IGBT模块中最左端的IGBT模块(相当于IGBT模块2)对应交流输出并联铜排5的位置上设置交流输出铜排垫块1，交流输出并联铜排5的一端经交流输出铜排垫块1与交流输出连接铜排6的一端相连接，该位置为图3所示的最左端IGBT模块交流输出端8的位置，将交流输出连接铜排6的另一端向右沿水平方向向上折设定角度，直到与交流输出铜排7搭接位置，再向下折成与水平方向成90度后，与交流输出铜排7紧固连接。
同样的，确定交流输出铜排7在并联连接的三个IGBT模块的左侧时，交流输出并联铜排5的一端在三个IGBT模块中最右端的IGBT模块(相当于IGBT模块4)对应交流输出并联铜排5的位置，经交流输出铜排垫块1与交流输出连接铜排6的一端相连接，该位置为图3所示的最右端IGBT模块交流输出端10的位置，将交流输出连接铜排6的另一端向左沿水平方向向上折设定角度，直到与交流输出铜排7搭接位置，再向下折成与水平方向成90度后，与交流输出铜排7紧固连接。
图4为本发明实施例一的IGBT模块并联结构的均流效果示意图，参照图4，上述IGBT模块并联结构经过测试，在实际运行中每个IGBT模块的最大不均流度达到小于等于2％。
本发明实施例的IGBT模块并联结构，通过在采用非对称交流输出方式的基础上，与交流输出铜排相连接的交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排相连接的交流输出连接铜排的一端，使得电流产生磁场与铜排内的电流相互作用，最终达到电流均衡的目的。从而降低并联IGBT的不均流度，有效提高整体并联功率模块的功率密度，降低了失效率，同时无需增加其它元器件，结构简单、成本低。
实施例二
图5为本发明实施例二的功率模块结构结构示意图，参照图3和图5，该功率模块结构包括整体框架，固定在该整体框架内的直流层叠母排11以及实施例一所述的IGBT模块并联结构和正负铜排对外接口9。这里需要说明的是，该结构中正负铜排对外接口与交流输出铜排保持在同侧，也就是正负铜排对外接口与交流输出铜排的对外接口保持在同侧。
本发明实施例提供的功率模块结构，与现有技术相比具有如下技术效果：
一方面，本发明的实施例采用非对称交流输出方式，相对于现有技术中对称交流输出方式而言，本发明的实施例中的功率模块结构结构使得正负铜排对外接口与交流输出铜排的对外接口保持在同侧，极大地方便了功率模块的安装与维护；
另一方面，本发明的实施例在采用非对称交流输出方式的基础之上，与交流输出铜排相连接的交流输出连接铜排的另一端在垂直方向上高于与交流输出并联铜排相连接的交流输出连接铜排的一端，相对于现有技术中交流输出连接铜排与水平方向平行而言，使得电流产生磁场与铜排内的电流相互作用，最终达到电流均衡的目的。从而降低并联IGBT的不均流度，有效提高了整体并联功率模块的功率密度，降低了失效率，同时无需增加其它元器件，结构简单且成本低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。