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一種實現電子開關器件均衡并聯的方法及其結構.pdf

關 鍵 詞:
一種 實現 電子 開關 器件 均衡 并聯 方法 及其 結構
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摘要
申請專利號:

CN201210507223.8

申請日:

2012.11.30

公開號:

CN103051313B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移號牌文件類型代碼:1602號牌文件序號:101726015445IPC(主分類):H03K 17/567專利號:ZL2012105072238登記生效日:20151209變更事項:專利權人變更前權利人:中國電器科學研究院有限公司變更后權利人:廣州擎天實業有限公司變更事項:地址變更前權利人:510302 廣東省廣州市新港西路204號變更后權利人:511450 廣東省廣州市花都區獅嶺鎮裕豐路16號|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H03K 17/567申請日:20121130|||公開
IPC分類號: H03K17/567 主分類號: H03K17/567
申請人: 中國電器科學研究院有限公司
發明人: 丁小松; 蔡小純
地址: 510302 廣東省廣州市新港西路204號
優先權:
專利代理機構: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104 代理人: 宣國華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210507223.8

授權公告號:

|||103051313B||||||

法律狀態公告日:

2015.12.30|||2015.01.28|||2013.05.15|||2013.04.17

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,包括:(1)將正、負極輸入接入兩個水冷母排,形成正極輸入水冷母排和負極水冷母排;(2)用相同的兩層銅板相錯層疊構成復合母排;(3)將多個電子開關器件均布設置在兩層銅板的重疊區域上,組成電子開關單元;(4)在正、負極輸入水冷母排上各設置兩組電子開關單元,每組電子開關單元的電子開關器件均緊壓對應的水冷母排;(5)每個電子開關器件的漏極、源極均與各自對應銅板垂直連接;各連接點在兩銅板重疊區域上均布,實現電子開關器件的均衡并聯。本發明還公開了利用上述方法的實現電子開關器件均衡并聯的結構。本發明可實現并聯的電子開關器件具有更好的均流性能、散熱良好。

權利要求書

權利要求書一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,其特征在于包括:
(1)將正、負極輸入接入兩個水冷母排,形成正極輸入水冷母排和負極水冷母排;
(2)用相同的兩層銅板相錯層疊構成復合母排,兩層銅板間設置絕緣層;
(3)將多個電子開關器件均布設置在兩層銅板的重疊區域上,組成電子開關單元;
(4)在正、負極輸入水冷母排上各設置兩組電子開關單元,每組電子開關單元的電子開關器件均緊壓對應的水冷母排;
其中:
在正極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極(D)和正極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極(S),并用作輸出端;
在負極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極(S)和負極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極(D),并用作輸出端;
(5)每個電子開關器件的漏極(D)、源極(S)均與各自對應銅板垂直連接,形成漏極(D)、源極(S)連接點在導電方向上均等的導電路徑;各連接點在兩銅板重疊區域上均布,以使每個電子開關器件的漏極(D)、源極(S)在銅板上輸入輸出的導電路徑均相等,實現電子開關器件的均衡并聯。
根據權利要求1所述的實現電子開關器件均衡并聯的方法,其特征在于:所述步驟(4)中,用導體穿過復合母排,將所有電子開關器件的柵極(G)和源極(S)連接至復合母排外的控制回路連接,作為電子開關器件的觸發點。
根據權利要求1或2所述的實現電子開關器件均衡并聯的方法,其特征在于:所述絕緣層為PET絕緣紙。
一種利用權利要求1?3所述方法的實現電子開關器件均衡并聯的結構,其特征在于包括:正極輸入水冷母排、負極輸入水冷母排、電子開關器件、復合母排和輸出水冷母排,所述電子開關器件分別安裝固定于正極輸入水冷母排和負極輸入水冷母排,所述復合母排包括相錯層疊設置的雙層銅板及位于雙層銅板間的絕緣層;所述正極輸入水冷母排上的電子開關器件漏極(D)分別連接對應復合母排的其中一層銅板和正極輸入水冷母排,對應復合母排的另一層銅板分別連接正極輸入水冷母排上的電子開關器件源極(S)和輸出水冷母排;所述負極輸入水冷母排上的電子開關器件源極(S)分別連接對應復合母排的其中一層銅板和負極輸入水冷母排,對應復合母排的另一層銅板分別連接負極輸入水冷母排上的電子開關器件漏極(D)和輸出水冷母排;所述電子開關器件與各自對應的銅板的連接點在兩層銅板的重疊區域上均布,形成流經各電子開關器件均等的導電路徑,實現電子開關器件的均衡并聯。
根據權利要求4所述的實現電子開關器件均衡并聯的結構,其特征在于:所述銅板的厚度為6mm~8mm。

說明書

說明書一種實現電子開關器件均衡并聯的方法及其結構
技術領域
本發明涉及一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,還涉及應用該方法的結構。
背景技術
在電力電子行業中,經常用到開關類元器件來實現控制或變換電能,開關類元器件如絕緣柵雙極晶體管(IGBT),電力場效應晶體管(mos管)等。這類開關器件在工作時都比較脆弱,過流、電壓高、電壓低、電壓不穩、溫度過高等都會影響性能、壽命,甚至造成損壞。
為了滿足大容量電氣設備使用需求,通常采用并聯電力電子開關器件的方式來實現控制大電流,如圖1所示。并聯時,要使每個器件流過均等的電流是非常重要的,一旦電流平衡達到破壞,那么電流過于集中的那個器件將可能被損壞,對電源系統的穩定性,可靠性都有很大的影響。而目前并聯電力電子開關器件的結構方式,導電路徑比較長,且各路徑彼此孤立,長短不一,阻抗大,損耗大,流過元器件的電流大小不一,熱應力差別大,一旦平衡被破壞,那么電流過于集中的那個器件將縮短壽命甚至損壞。
同時,快速開關器件在關斷時由于其連接導體產生的電感的作用,會在開關器件上產生關斷過電壓,一旦這個過電壓高于器件的額定耐壓,則會損壞器件,也就是說,在實際實用中,開關器件的并聯擴展受到連接導體的電感的限制。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,可實現并聯的電子開關器件具有更好的均流性能、散熱良好。
本發明的目的之二是提供利用上述方法的實現電子開關器件均衡并聯的結構。
本發明的目的之一通過以下技術方案實現:
一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,包括:
(1)將正、負極輸入接入兩個水冷母排,形成正極輸入水冷母排和負極水冷母排;
(2)用相同的兩層銅板相錯層疊構成復合母排,兩層銅板間設置絕緣層;
(3)將多個電子開關器件均布設置在兩層銅板的重疊區域上,組成電子開關單元;
(4)在正、負極輸入水冷母排上各設置兩組電子開關單元,每組電子開關單元的電子開關器件均緊壓對應的水冷母排;
其中:
在正極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極D和正極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極S,并用作輸出端;
在負極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極S和負極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極D,并用作輸出端;
(5)每個電子開關器件的漏極D、源極S均與各自對應銅板垂直連接,形成漏極D、源極S連接點在導電方向上均等的導電路徑;各連接點在兩銅板重疊區域上均布,以使每個電子開關器件的漏極D、源極S在銅板上輸入輸出的導電路徑均相等,實現電子開關器件的均衡并聯。
本發明所述步驟(4)中,用導體穿過復合母排,將所有電子開關器件的柵極G和源極S連接至復合母排外的控制回路連接,作為電子開關器件的觸發點。
本發明所述絕緣層為PET絕緣紙。
本發明的目的之二通過以下技術方案實現:
一種利用上述方法的實現電子開關器件均衡并聯的結構,包括:正極輸入水冷母排、負極輸入水冷母排、電子開關器件、復合母排和輸出水冷母排,所述電子開關器件分別安裝固定于正極輸入水冷母排和負極輸入水冷母排,所述復合母排包括相錯層疊設置的雙層銅板及位于雙層銅板間的絕緣層;所述正極輸入水冷母排上的電子開關器件漏極D分別連接對應復合母排的其中一層銅板和正極輸入水冷母排,對應復合母排的另一層銅板分別連接正極輸入水冷母排上的電子開關器件源極S和輸出水冷母排;所述負極輸入水冷母排上的電子開關器件源極S分別連接對應復合母排的其中一層銅板和負極輸入水冷母排,對應復合母排的另一層銅板分別連接負極輸入水冷母排上的電子開關器件漏極D和輸出水冷母排;所述電子開關器件與各自對應的銅板的連接點在兩層銅板的重疊區域上均布,形成流經各電子開關器件均等的導電路徑,實現電子開關器件的均衡并聯。
本發明所述銅板的厚度為6mm~8mm。
與現有技術相比,本發明具有如下有益效果:
1)本發明的電子開關元器件均裝在水冷母排上,而水冷母排具導電、散熱、骨架支撐的作用,大大減少器件數量,縮小了體積,降低了制造成本;母排截面面積大,適合大電流輸出,且損耗低;母排采用柱狀結構,沒有彎曲,在大電流流動時具有最小的等效電感,效率最高、電磁干擾最小;各電路模塊安裝在母排上,借助母排散熱,另外母排特殊散熱結構的設計,使其具有更好的散熱效果。
2)本發明采用復合母排并聯電子開關器件,各個元件均勻分布,導電路徑很短且相同,能夠有效的均衡各個開關器件的電流,使電源系統穩定性好,電子開關器件的壽命延長,擴大了電氣容量;各個電子器件導電路徑相同。
3)本發明的復合母排的單層銅板通過銅柱與電子開關器件的漏極D相連接的同時與對角的源極S被絕緣材料隔離。復合母排上的另一層銅板則通過同樣的方法與漏極D電氣絕緣,與對角的源極S電氣連接。如此,復合母排上的兩層銅板分別與電子開關器件的漏極D、對角的源極S或連接或隔離,形成不同的電氣極性,不同極性的銅板由于基本彼此覆蓋,在電力電子開關器件關斷時,作為連接導體本身產生的電感正好極性相反,彼此抵消,具有更低的電感,降低由于電壓擊穿而引起的電力電子開關器件損壞的可能性。
附圖說明
圖1為常規電子開關器件并聯連接的原理圖;
圖2為本發明電子開關器件采用復合母排的并聯連接原理圖;
圖3為本發明電子開關器件與復合母排的連接示意圖;
圖4為圖3的A?A剖視圖;
圖5為本發明水冷母排上的電子開關器件與復合母排的連接示意圖;
圖6為圖5的E向視圖。
圖中:1、正極輸入水冷母排;2、負極輸入水冷母排;3、電子開關器件;4、復合母排;41、銅板;5、輸出水冷母排;6、內六角不銹鋼螺絲;7、環氧柱;8、回路控制單元;9、絕緣膠;10、銅柱。
具體實施方式
如圖2~6所示,一種實現電子開關器件均衡并聯的方法,包括:
(1)將正、負極的輸入分別接入兩個水冷母排,形成正極輸入水冷母排和負極輸入水冷母排,兩水冷母排平行設置;水冷母排采用水冷鋁母排。
(2)在正極輸入水冷母排和負極輸入水冷母排上分別設置復合母排,其中,復合母排由相同的兩層銅板相錯層疊構成,兩層銅板間設置絕緣層,以絕緣隔離兩層銅板,該絕緣層為PET絕緣紙;兩銅板分別為銅母排,銅母排為導電后形成極性相反的紫銅板,大部分面積彼此互相覆蓋。根據電流密度與實際接觸面積,紫銅板橫截面面積設為90mm×8mm。紫銅板A1、A2的耐壓要求為1KV,紫銅板A1、A2中間用的PET絕緣紙可在較寬的溫度范圍內具有優良的物理機械性能,長期使用溫度可達120℃,電絕緣性優良。其它需要電氣絕緣的地方則灌注絕緣膠或填充環氧柱,不存在電氣間隙。紫銅板A1、A2、絕緣紙PET、絕緣膠9、環氧柱7通過熱熔加壓,常溫固化等工藝,組成一個固定的整體,電氣隔離安全可靠,結構簡潔緊湊,實現無錯誤安裝,維護方便。
(3)將多個電子開關器件均布設置在兩層銅板的重疊區域上,組成電子開關單元。
(4)在正、負極輸入水冷母排上各設置兩組電子開關單元,即共四組電子開關單元,每組電子開關單元的電子開關器件均緊壓對應的水冷母排。本實施例每組電子開關器件的數量為6個或12個。壓裝面光滑平整、與電力電子器件電氣絕緣,電子開關器件工作時所產生的熱量主要由此面傳導給水冷鋁母排帶走;
其中:
在正極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極D和正極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至正極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極S,并用作輸出端;
在負極輸入水冷母排上:將復合母排其中一層銅板分別連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的源極S和負極輸入水冷母排;將復合母排的另一層銅板連接至負極輸入水冷母排上的所有電子開關器件的漏極D,并用作輸出端。
(5)每個電子開關器件的漏極D、源極S均與各自對應銅板垂直連接,形成漏極D、源極S連接點在導電方向上均等的導電路徑;各連接點在兩銅板重疊區域上均布,以使每個電子開關器件的漏極D、源極S在銅板上輸入輸出的導電路徑均相等,實現電子開關器件的均衡并聯。
如圖5所示,本實施例的一種利用上述方法的實現電子開關器件均衡并聯的結構,包括:正極輸入水冷母排1、負極輸入水冷母排2、電子開關器件3、復合母排4、輸出水冷母排5,電子開關器件分3別安裝固定于正極輸入水冷母排1和負極輸入水冷母排2,復合母排4包括相錯層疊設置的雙層銅板41及位于雙層銅板41間的絕緣層;正極輸入水冷母排1上的電子開關器件漏極D分別連接對應復合母排4的其中一層銅板41和正極輸入水冷母排1,對應復合母排4的另一層銅板41分別連接正極輸入水冷母排1上的電子開關器件源極S和輸出水冷母排5;負極輸入水冷母排2上的電子開關器件源極S分別連接對應復合母排4的其中一層銅板41和負極輸入水冷母排2,對應復合母排4的另一層銅板41分別連接負極輸入水冷母排2上的電子開關器件漏極D和輸出水冷母排5;電子開關器件3與各自對應的銅板41的連接點在兩層銅板41的重疊區域上均布,形成流經各電子開關器件3均等的導電路徑,實現電子開關器件3的均衡并聯。
如圖5~6所示,對于輸入路徑比較短的單個電子開關器件3,如電子開關器件a,其輸出路徑則比較長;對于輸入路徑比較長的單個電子開關器件3,如電子開關器件c,其輸出路徑則比較短。各個電子開關器件3對稱均布在水冷母排上,與各自對應銅板41的連接點在兩層銅板41的重疊區域也對稱均布。因此各個電子開關器件3并聯形成均等的導電路徑。
本實施例中,如圖3~4所示,每個電子開關器件3有2個源極S,1個漏極D,1個柵極G。在復合母排4的銅板41上開孔,單層銅板41與電子開關器件3需要電氣連接的地方通過銅柱10插入開孔中導電連接,以連接固定電子開關器件3的源極S、漏極D、柵極G,連接后在復合母排4四周灌注絕緣膠。根據電氣設置,柵極G及其對角源極S,為電子開關器件3的觸發點,采用內六角不銹鋼螺絲6,結構上穿過復合母排,將所有電子開關器件的柵極G和對角的源極S與控制回路連接,此柵極G、源極S用環氧材料構成的環氧柱7與復合母排4絕緣,漏極D與復合母排4通過絕緣膠9絕緣;由于觸發電流很小即可達到電氣設置的要求,因此內六角不銹鋼螺絲6作為導電媒體連接電子開關器件3與回路控制單元8,作為電子開關器件的觸發點;另一源極S及其對角漏極D,分別與紫銅板A1或紫銅板A2連接。
本發明的實施方式不限于此,按照本發明的上述內容,利用本領域的普通技術知識和慣用手段,在不脫離本發明上述基本技術思想前提下,本發明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更,均落在本發明權利保護范圍之內。

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