功率模组及水冷功率设备的制作方法

1.本实用新型涉及功率模组结构技术领域，尤其是涉及一种功率模组及水冷功率设备。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离，具有出色的器件性能。广泛应用于伺服电机，变频器，变频家电等领域。igbt功率模块是电压型控制，具有输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。
3.由于igbt变流器工作过程要产生功率损耗即内损耗，内损耗引起发热，温度上升，igbt温度高低与器件内损耗大小、芯片到环境的传热结构、材料和器件冷却方式以及环境温度等有关。现有技术中，通常利用风冷的方式对igbt进行散热，以保证igbt达到稳态温度，保证其正常运行。
4.而现有技术中存在igbt功率模组采用风冷方式进行散热，风冷装置体积较大，导致igbt功率模组内部出现空间利用率较低的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种功率模组及水冷功率设备，以解决现有技术中存在igbt功率模组采用风冷方式进行散热，风冷装置体积较大，导致igbt功率模组内部出现空间利用率较低的技术问题。
6.本实用新型提供的功率模组，包括：机壳、第一igbt器件、第二igbt器件、第一输出端子、第二输出端子、储能电容以及水冷组件；
7.所述第一igbt器件、所述第二igbt器件、所述第一输出端子、所述第二输出端子、所述储能电容以及所述水冷组件均安装于所述机壳，所述水冷组件包括冷却板，所述冷却板与所述第一igbt器件和所述第二igbt器件均抵接；
8.所述第一igbt器件与所述第一输出端子电气连接，所述第二igbt器件与所述第二输出端子电气连接，所述第一igbt器件和所述第二igbt器件均与所述储能电容电气连接。
9.进一步地，所述功率模组还包括第一叠层母排、绝缘层以及第二叠层母排；
10.所述储能电容具有第一连接端子和第二连接端子；所述第一igbt器件具有第三连接端子和第四连接端子，所述第二igbt器件具有第五连接端子和第六连接端子；
11.所述第一叠层母排、所述绝缘层以及所述第二叠层母排依次叠放设置，所述第一连接端子通过所述第一叠层母排与所述第三连接端子电气连接，所述第二连接端子通过所述第二叠层母排与所述第四连接端子电气连接；所述第一连接端子通过所述第一叠层母排与所述第五连接端子电气连接，所述第二连接端子通过所述第二叠层母排与所述第六连接端子电气连接。
12.进一步地，所述功率模组包括的所述储能电容的数量为多个，多个所述储能电容
呈线性阵列地排布于所述机壳；
13.所述第一叠层母排和所述第二叠层母排均为板状结构；多个所述储能电容的多个所述第一连接端子均与所述第一叠层母排电气连接；多个所述储能电容的多个所述第二连接端子均与所述第二叠层母排电气连接。
14.进一步地，所述第一叠层母排开设有第一避位孔，所述第一避位孔与所述第二连接端子的位置相对应；
15.所述第二叠层母排开设有第二避位孔，所述第二避位孔与所述第一连接端子的位置相对应。
16.进一步地，所述功率模组包括两个所述第一igbt器件和两个所述第二igbt器件；
17.所述第一输出端子与两个所述第一igbt器件均电气连接，且两个所述第三连接端子均与所述第一叠层母排电气连接，两个所述第四连接端子均与所述第二叠层母排电气连接；所述第二输出端子与两个所述第二igbt器件均电气连接，且两个所述第五连接端子均与所述第一叠层母排电气连接，两个所述第六连接端子均与所述第二叠层母排电气连接。
18.进一步地，所述功率模组还包括吸收电容；
19.每个所述第一igbt器件和每个所述第二igbt器件均电气连接一个所述吸收电容。
20.进一步地，所述功率模组还包括控制器，所述控制器与所述第一igbt器件和所述第二igbt器件均电气连接，所述控制器能够控制所述第一igbt器件和所述第二igbt器件转换为交流输入模式或直流输出模式。
21.进一步地，所述冷却板包括导热壳和穿设于所述导热壳内的水冷管道，所述导热壳与所述第一igbt器件和所述第二igbt器件均抵接。
22.进一步地，所述机壳包括外框以及固定连接于所述外框的电容支架和水冷支架；
23.所述储能电容固定连接于所述电容支架，所述控制器、所述第一igbt器件、所述第二igbt器件以及所述冷却板均固定于所述水冷支架。
24.本实用新型还提供一种水冷功率设备，包括制冷装置以及上述功率模组，所述制冷装置用于与所述水冷组件配合制冷。
25.本实用新型提供的功率模组及水冷功率设备所带来的有益效果是：
26.本实用新型提供的功率模组，包括：机壳、第一igbt器件、第二igbt器件、第一输出端子、第二输出端子、储能电容以及水冷组件。
27.第一igbt器件、第二igbt器件、第一输出端子、第二输出端子、储能电容以及水冷组件均安装于机壳，水冷组件包括冷却板，冷却板与第一igbt器件和第二igbt器件均抵接。
28.第一igbt器件与第一输出端子电气连接，第二igbt器件与第二输出端子电气连接，第一igbt器件和第二igbt器件均与储能电容电气连接。
29.利用上述结构，第一igbt器件和第二igbt器件均与储能电容电气连接，功率模组通过第一输出端子和第二输出端子接受外部交流电输入时，第一igbt器件和第二igbt器件均能够将交流电流进行整流，使得交流电输出为直流电，并将电能输出给与第一igbt器件和第二igbt器件均电气连接的储能电容，储能电容能够储存第一igbt器件和第二igbt器件均输出的直流电能。当需要直流输出时，储能电容中储存的电能能够通过第一igbt器件和第二igbt器件均向外输出直流电，以满足外部设备的直流电能需求。在第一igbt器件和第二igbt器件工作过程中，第一igbt器件和第二igbt器件均持续发热，水冷组件的冷却板与
第一igbt器件和第二igbt器件均抵接，冷却板能够带走igbt器件散发出的热量，从而实现对第一igbt器件和第二igbt器件的冷却作用。
30.上述结构中，机壳用于集成第一igbt器件、第二igbt器件、第一输出端子、第二输出端自、储能电容以及水冷组件，使得第一igbt器件、第二igbt器件、储能电容以及水冷组件具有良好的、稳定的、高度集成的工作环境。而水冷组件的冷却板直接与第一igbt器件和第二igbt器件抵接，带走第一igbt器件和第二igbt器件的热量，与现有技术中风冷装置中的风机风冷管道等结构相比，上述冷却板结构体积较小，与第一igbt器件和第二igbt器件贴合度高，直接大幅缩减了功率模组内风冷装置占用空间，为设置更多储能电容等电子元件提供了空间条件，因此，提升了功率模组的空间利用率，使得单位体积内的能量容量提升，避免了现有技术中存在igbt功率模组采用风冷方式进行散热，风冷装置体积较大，导致igbt功率模组内部出现空间利用率较低的技术问题。
31.本实用新型还提供一种水冷功率设备，包括制冷装置以及上述功率模组，制冷装置用于与水冷组件配合制冷。
32.制冷装置用于与水冷组件连通，以冷却水冷组件内吸收了第一igbt器件和第二igbt器件的热量而升温的冷却水，实现了水冷组件内冷却水的快速降温，以便于实现水冷组件冷却水的循环利用。
33.由于水冷功率设备包括上述功率模组，因此，水冷功率设备的优势包括上述水冷组件的优势，不再赘述。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型实施例提供的功率模组的结构示意图之一；
36.图2为本实用新型实施例提供的功率模组的结构示意图之二；
37.图3为本实用新型实施例提供的功率模组的内部结构示意图之一；
38.图4为本实用新型实施例提供的功率模组的内部结构示意图之二；
39.图5为本实用新型实施例提供的功率模组的内部结构示意图之三；
40.图6为本实用新型实施例提供的功率模组的内部结构示意图之四。
41.图标：1－外框；2－防护盖板；3－冷却板；4－测试端子；5－第一输出端子；6－第二输出端子；7－第一叠层母排；71－第一避位孔；8－第二叠层母排；9－绝缘层；10－储能电容；101－第一连接端子；102－第二连接端子；11－水冷支架；12－电容支架；13－控制器；14－集控组件；15－第一igbt器件；151－第三连接端子；152－第四连接端子；16－第二igbt器件；161－第五连接端子；162－第六连接端子；17－绝缘柱；18－吸收电容。
具体实施方式
42.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”和“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
45.具体结构如图1－图6所示。
46.本实施例提供的一种功率模组，包括：机壳、第一igbt器件15、第二igbt器件16、第一输出端子5、第二输出端子6、储能电容10以及水冷组件。
47.第一igbt器件15、第二igbt器件16、第一输出端子5、第二输出端子6、储能电容10以及水冷组件均安装于机壳，水冷组件包括冷却板3，冷却板3与第一igbt器件15和第二igbt器件16均抵接。
48.第一igbt器件15与第一输出端子5电气连接，第二igbt器件16与第二输出端子6电气连接，第一igbt器件15和第二igbt器件16均与储能电容10电气连接。
49.利用上述结构，第一igbt器件15和第二igbt器件16均与储能电容10电气连接，功率模组通过第一输出端子5和第二输出端子6接受外部交流电输入时，第一igbt器件15和第二igbt器件16均能够将交流电流进行整流，使得交流电输出为直流电，并将电能输出给与第一igbt器件15和第二igbt器件16均电气连接的储能电容10，储能电容10能够储存第一igbt器件15和第二igbt器件16均输出的直流电能。当需要直流输出时，储能电容10中储存的电能能够通过第一igbt器件15和第二igbt器件16均向外输出直流电，以满足外部设备的直流电能需求。在第一igbt器件15和第二igbt器件16工作过程中，第一igbt器件15和第二igbt器件16均持续发热，水冷组件的冷却板3与第一igbt器件15和第二igbt器件16均抵接，冷却板3能够带走igbt器件散发出的热量，从而实现对第一igbt器件15和第二igbt器件16的冷却作用。
50.上述结构中，机壳用于集成第一igbt器件15、第二igbt器件16、第一输出端子5、第二输出端自、储能电容10以及水冷组件，使得第一igbt器件15、第二igbt器件16、储能电容10以及水冷组件具有良好的、稳定的、高度集成的工作环境。而水冷组件的冷却板3直接与第一igbt器件15和第二igbt器件16抵接，带走第一igbt器件15和第二igbt器件16的热量，与现有技术中风冷装置中的风机风冷管道等结构相比，上述冷却板3结构体积较小，与第一igbt器件15和第二igbt器件16贴合度高，直接大幅缩减了功率模组内风冷装置占用空间，为设置更多储能电容10等电子元件提供了空间条件，因此，提升了功率模组的空间利用率，使得单位体积内的能量容量提升，避免了现有技术中存在igbt功率模组采用风冷方式进行散热，风冷装置体积较大，导致igbt功率模组内部出现空间利用率较低的技术问题。
51.本实施例的可选技术方案中，功率模组还包括第一叠层母排7、绝缘层9以及第二叠层母排8。
52.储能电容10具有第一连接端子101和第二连接端子102；第一igbt器件15具有第三连接端子151和第四连接端子152，第二igbt器件16具有第五连接端子161和第六连接端子
162。
53.第一叠层母排7、绝缘层9以及第二叠层母排8依次叠放设置，第一连接端子101通过第一叠层母排7与第三连接端子151电气连接，第二连接端子102通过第二叠层母排8与所述第四连接端子152电气连接；第一连接端子101通过第一叠层母排7与第五连接端子161电气连接，第二连接端子102通过第二叠层母排8与第六连接端子162电气连接。
54.优选地，第一叠层母排7与第二叠层母排8之间通过绝缘层9分隔，使得第一叠层母排7与第二叠层母排8之间相互绝缘。第一叠层母排7连接第一连接端子101和第三连接端子151，第二叠层母排8连通第二连接端子102和第四连接端子152，从而实现了连通第一igbt器件15和储能电容10；第一叠层母排7连接第一连接端子101和第五连接端子161，第二叠层母排8连通第二连接端子102和第六连接端子162，从而实现了连通第二igbt器件16和储能电容10。从而实现利用第一叠层母排7和第二叠层母排8连通第一igbt器件15和储能电容10，使得第一igbt器件15、第一叠层母排7、储能电容10以及第二叠层母排8之间形成完整回路；同时，利用第一叠层母排7和第二叠层母排8连通第二igbt器件16和储能电容10，使得第二igbt器件16、第一叠层母排7、储能电容10以及第二叠层母排8之间形成完整回路。上述回路能够直接将第一输出端子5和第二输出端子6接入的交流电转化为直流电并储存于储能电容10中，以备输出直流的需求。
55.优选地，利用第一叠层母排7、绝缘层9以及第二叠层母排8的形式，进一步节省了连接排占用的空间，同时该连接结构使得杂散电感较小，保证功率模组输出的稳定性。
56.本实施例的可选技术方案中，功率模组包括的储能电容10的数量为多个，多个储能电容10呈线性阵列地排布于机壳。
57.第一叠层母排7和第二叠层母排8均为板状结构；多个储能电容10的多个第一连接端子101均与第一叠层母排7电气连接；多个储能电容10的多个第二连接端子102均与第二叠层母排8电气连接。
58.优选地，多个第一连接端子101均与第一叠层母排7电气连接，使得多个储能电容10在第一叠层母排7处的电位相等；多个第二连接端子102均与第二叠层母排8电气连接，使得多个储能电容10在第二叠层母排8处的电位相等，从而使得多个储能电容10处于并联状态，第一igbt器件15和第二igbt器件16输出的直流电能够被并联在一起的多个储能电容10储存。多个储能电容10的设置直接的扩大了功率模组的储能效果，扩大了功率模组的输出能力，提升了单位体积内功率模组的能量输出率，因此，提升了功率模组的空间利用率。
59.本实施例的可选技术方案中，第一叠层母排7开设有第一避位孔71，第一避位孔71与第二连接端子102的位置相对应。
60.第二叠层母排8开设有第二避位孔，第二避位孔与第一连接端子101的位置相对应。
61.优选地，第一避位孔71的设置，避让了第二连接端子102与第二叠层母排8相连接的位置，避免了第一叠层母排7与第二连接端子102或与第二连接端子102位置处的第二叠层母排8导通，导致短路。
62.优选地，第二避位孔的设置，避让了第一连接端子101与第一叠层母排7相连接的位置，避免了第二叠层母排8与第一连接端子101或与第一连接端子101位置处的第二叠层母排8导通，导致短路。
63.本实施例的可选技术方案中，功率模组包括两个第一igbt器件15和两个第二igbt器件16。
64.第一输出端子5与两个第一igbt器件15均电气连接，且两个第三连接端子151均与第一叠层母排7电气连接，两个第四连接端子152均与第二叠层母排8电气连接；第二输出端子6与两个第二igbt器件16均电气连接，且两个第五连接端子161均与第一叠层母排7电气连接，两个第六连接端子162均与第二叠层母排8电气连接。
65.优选地，通过上述结构，实现了两个第一igbt器件15并联设置，两个第二igbt器件16也并联设置，避免第一输出端子5和第二输出端子6处输入的交流电的功率过大，导致单一的第一igbt器件15和第二igbt器件16过载导致发热甚至烧毁。
66.需要说明的是，第一igbt器件15和第二igbt器件16的数量不限于两个，两者可以均为一个或者多个。
67.本实施例的可选技术方案中，功率模组还包括吸收电容18。
68.每个第一igbt器件15和每个第二igbt器件16均电气连接一个吸收电容18。
69.具体地，吸收电容18并联于第一igbt器件15的第三连接端子151和第四连接端子152上。吸收电容18并联于第二igbt器件16的第五连接端子161和第六连接端子162上。
70.优选地，吸收电容18能够消除由于第一叠层母排7和第二叠层母排8的杂散电感引起的尖峰电压，避免第一igbt器件15和第二igbt器件16的损坏。
71.本实施例的可选技术方案中，功率模组还包括控制器13，控制器13与第一igbt器件15和第二igbt器件16均电气连接，控制器13能够控制第一igbt器件15和第二igbt器件16转换为交流输入模式或直流输出模式。
72.优选地，在交流输入模式下，第一igbt器件15和第二igbt器件16分别通过第一输出端子5和第二输出端子6接入交流电流，并将交流电流通过第一igbt器件15和第二igbt器件16转化为直流电，并将电能储存于储能电容10中。在直流输出模式下，储能电容10中的电能通过第一igbt器件15和第二igbt器件16并经由第一输出端子5和第二输出端子6输出为直流电流。
73.本实施例的可选技术方案中，冷却板3包括导热壳和穿设于导热壳内的水冷管道，导热壳与第一igbt器件15和第二igbt器件16均抵接。
74.水冷管道中循环流动有冷却水，冷却水能够带走第一igbt器件15和第二igbt器件16传递给导热壳的热量，使得第一igbt器件15和第二igbt器件16的温度降低，从而实现降温冷却作用。
75.本实施例的可选技术方案中，机壳包括外框1以及固定连接于外框1的电容支架12和水冷支架11。
76.储能电容10固定连接于电容支架12，控制器13、第一igbt器件15、第二igbt器件16以及冷却板3均固定于水冷支架11。
77.控制器13和冷却板3依次叠放固定于水冷支架11，且第一igbt器件15和第二igbt器件16并排设置，并设置于控制器13和冷却板3之间。
78.优选地，功率模组还包括集控组件14，控制器13、第一igbt器件15和第二igbt器件16均与集控组件14电气连接，集控组件14设置于控制器13和第一igbt器件15之间。集控组件14能够接收所有第一igbt器件15和第二igbt器件16的信息，并将信号传递给控制器13。
控制器13能够发送控制信号给集控组件14，集控组件14能够将控制信号分发给第一igbt器件15和第二igbt器件16，从而实现集中控制。
79.优选地，功率模组还包括两个测试端子4，两个测试端子4均安装于外框1，并分别与第一叠层母排7和第二叠层母排8电气连接，用于监控测试控制器13、第一igbt器件15和第二igbt器件16之间工作状态。
80.优选地，第一输出端子5和第二输出端子6均为铜排，且第一输出端子5和第二输出端子6均通过绝缘柱17固定于外框1。
81.优选地，外框1为矩形框架结构，矩形框架结构的两侧均盖设有防护盖板2，该防护盖板2使得功率模组整体密闭，防护性能好，避免功率模组内的板卡严重积灰，从而影响电气性能和电气安全。
82.优选地，外框1内部由底部向上排列有三行储能电容10，每行储能电容10的数量为5个。且控制器13、第一igbt器件15和第二igbt器件16均设置于上述三行储能电容10上方，且第一igbt器件15和第二igbt器件16的一侧方向还单独设置有两个储能电容10。
83.本实施例还提供一种水冷功率设备，包括制冷装置以及上述功率模组，制冷装置用于与水冷组件配合制冷。
84.制冷装置用于与水冷组件连通，以冷却水冷组件内吸收了第一igbt器件15和第二igbt器件16的热量而升温的冷却水，实现了水冷组件内冷却水的快速降温，以便于实现水冷组件冷却水的循环利用。
85.由于水冷功率设备包括上述功率模组，因此，水冷功率设备的优势包括上述水冷组件的优势，不再赘述。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。