[發明專利]一種多功能的高效功率單元及其功率電路

有效

• 申請號: 201911216801.0
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110943599B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 陳宏;高永軍;張丹;陳彥肖;苑偉華;王亮亮
• 申請（專利權）人: 西安中車永電電氣有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M3/155;H02M7/00;H02M7/06;H05K7/20
• 代理公司: 西安新動力知識產權代理事務所(普通合伙) 61245
• 代理人: 安文龍

1.一種多功能的高效功率單元，其特征在于，所述高效功率單元包括三相整流單元(1)和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)；

所述三相整流單元(1)和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)通過絕緣裝置固定連接在風道組件(3)上；

所述三相整流單元(1)和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)頂部安裝有支撐電容(4)；

所述的三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)，其既可以實現降壓斬波功能，又可以實現升壓斬波功能，從而實現能量的雙向流動；

所述三相整流單元(1)包括整流散熱器(11)、整流二極管(12)以及三相整流母排(13)；所述整流散熱器(11)采用環路熱管散熱、散熱效率高，整流散熱器(11)安裝在風道組件(3)上，通過螺栓加以緊固；所述整流二極管(12)基板表面涂有均勻的導熱硅脂，安裝在整流散熱器(11)上的對應位置，采用螺栓將整流二極管(12)和整流散熱器(11)固定一起；

所述三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)包括斬波散熱器(21)、IGBT(22)、驅動板(23)、輸入熔斷器(24)、均壓電阻(25)、吸收電容(26)、斬波母排(27)；所述斬波散熱器(21)采用高效的環路熱管散熱方式，且通過螺栓固定在絕緣裝置上；所述絕緣裝置固定在風道組件(3)上；所述IGBT(22)采用較低電壓等級的雙管功率管串聯，便于提高開關頻率，減小功率管的開關損耗，降低功率開關管的設計成本；

所述驅動板(23)通過絕緣墊柱(7)安裝在絕緣板(6)上，驅動信號通過光纖連接；所述均壓電阻(25)并接在支撐電容(4)的三個端子上；所述吸收電容(26)跨接在斬波母排(27)，IGBT(22)模塊的C\E間，便于吸收IGBT(22)關斷時的過電壓，有效吸收尖峰電壓，保護IGBT(22)，提高IGBT(22)的可靠性；所述斬波母排(27)通過螺栓固定在IGBT(22)的導電端子上；

所述風道組件(3)與三相整流單元(1)和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元(2)形成H形；

所述一種多功能的高效功率單元電路包括三相整流模塊和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換模塊以及控制模塊；所述三相整流模塊和雙向DC/DC斬波變換模塊之間通過熱敷母排連接；所述三電平結構的雙向DC/DC斬波模塊與控制模塊通過光纖、電線連接。

2.根據權利要求1所述的一種多功能的高效功率單元，其特征在于，所述整流散熱器(11)和斬波散熱器(21)之間通過一種絕緣裝置進行隔離；

所述整流散熱器(11)和斬波散熱器(21)基板表面保持在同一個平面上。

3.根據權利要求1所述的一種多功能高效功率單元，其特征在于，所述驅動板(23)位于支撐框架(5)的側面，所述驅動板(23)與IGBT(22)之間的驅動與狀態反饋信號采用快速電插針連接。

4.根據權利要求1所述的一種多功能高效功率單元，其特征在于，所述驅動板(23)與設置在支撐框架(5)外部的控制單元采用光電一體的連接器連接。

5.根據權利要求1所述的一種多功能的高效功率電路，其特征在于，所述三相整流模塊由VD1～VD6為150℃高結溫的二極管模塊組成，三只雙管高結溫二極管通過三相交流輸入U/V/W疊層母排和直流輸出DC+/DC-疊層母排連接后形成標準三相整流主電路，實現三相交流到直流的功率變換；

所述三電平結構的雙向DC/DC斬波變換模塊包括熔斷器F1，便于在雙向DC/DC電路短路、過流的異常情況下進行保護；

雙向DC/DC斬波變換模塊采用三電平結構，由C電容和VT1H、VT1B、VT2H、VT2B開關管組成；

C為雙向DC/DC斬波變換模塊的支撐、濾波電容，來抑制或補充由于電壓波動或開關斷開期間的電能。

6.根據權利要求5所述的一種多功能的高效功率電路，其特征在于，所述控制模塊包括驅動板T1和驅動板T2；

所述驅動板T1和驅動板T2是IGBT(22)的驅動電路，每塊驅動板(23)提供兩路驅動信號，通過快速電連接器驅動一個橋臂的兩個IGBT(22)單元工作，同時將IGBT(22)開關狀態信號反饋給控制單元；驅動板(23)輸入的驅動信號和IGBT(22)狀態反饋信號通過圓形光纖連接器與外部控制模塊可靠連接，大大減小信號干擾，確保信號傳輸的正確性。