[发明专利]一种高压无功补偿IGBT功率单元

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高压无功补偿IGBT功率单元。

背景技术

功率单元是以晶体管、二极管等电力电子器件为开关执行元件，将电源电路、保护电路、控制电路、自诊断电路与电力电子器件集成为一体的智能单元。通过单元之间的串联或并联这种积木式组合组成各种不同用途的电力电子装置。图2为现有技术的功率单元三维图，图3为现有技术的功率单元前视图。

在电力电子装置的应用中，单元内部晶体管和二极管等主要工作在开关状态，直流电容工作在充、放电状态，使模块内部产生一部分功率损耗。这些损耗器件的功耗，它使元件发热，此时需要借助散热系统将热量带走。如果散热不完全或不及时，将会导致元件的温度过高，芯片的晶体结构发生不可逆转的变化而失效，严重时导致元件的击穿短路。

目前，用于晶体管阀冷却的方式主要有四种：水冷、风冷、自然冷却和热管散热。在实际应用中主要采用水冷、风冷。传统的晶体管单元大部分采用前进、后出风式结构，冷却介质只能带走散热器上发热器件所产生热量。

如图1，基于全控器件的IGBT链节功率单元在高压变频器、静止无功发生器(STATCOM)中获得了广泛应用。目前国内外厂商设计的链节功率单元采用的都是功率端子和控制前置的设计方式。功率端子和控制端子前置的主要缺点一方面是前面板集中了功率端口和控制端口，安全及可靠性稍差；另一方面，前面板通常是面向用户，太多的端口，使得装置整体的美观变差。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种高压无功补偿IGBT功率单元，晶体管后置，采用逆向链节的方式，不但带走散热器上发热器件产生热量，而且有效的带走直流电容、取能电路、放电电路所产生热量。同时还具有体积小、结构紧凑、杂散电感小、维护方便。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压无功补偿IGBT功率单元，所述功率单元包括功率单元外壳组件1、直流电容器组件2、IGBT组件3、保护及控制单元4、自诊断及驱动单元5和电源组件6；所述直流电容器组件2和所述IGBT组件3固定于功率单元外壳组件1中，用铜排连接；所述保护及控制单元4和所述自诊断及驱动单元5都位于所述直流电容器组件2上方，用所述功率单元外壳组件1固定；所述电源组件6安装于所述IGBT组件3上方，用IGBT组件3固定。

所述保护及控制单元4集成在PCB板卡上，所述PCB板卡的数目为1。

所述IGBT组件3包括散热器。

所述直流电容器组件2的接线柱高度和所述IGBT组件3直流侧高度相等。

所述IGBT组件3的IGBT元件位于所述自诊断及驱动单元5的侧下方，使得驱动引线最短。

所述IGBT元件3与所述直流电容器组件2的直流电容对称式布置，使得每只IGBT元件3和所述直流电容工作在相同状态。

一次功率端子8b位于所述功率单元后部，二次控制端子9b位于所述功率单元正面，使得一次、二次电路分开。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.晶体管后置，并且采用逆向链节的结构，不仅带走散热器上发热器件产生热量，而且有效的带走直流电容、取能电路、放电电路所产生热量；

2.体积小、结构紧凑；

3.杂散电感小、维护方便。

附图说明

图1是高压变频器和无功发生器的原理图；

图2是现有技术的功率单元三维图；

其中：7.散热器，8a.功率端子，9a.控制端子；

图3是现有技术的功率单元前视图；

其中：8a.功率端子，9a.控制端子，10.前面板；

图4是一种高压无功补偿IGBT功率单元三维图；

其中：1.功率单元外壳组件，2.直流电容器组件，3.IGBT组件，4.保护及控制单元，5.自诊断及驱动单元，6.电源组件；

图5是一种高压无功补偿IGBT功率单元主视图；

其中：9b.二次控制端子，10.前面板；

图6是一种高压无功补偿IGBT功率单元右视图；

其中：1.功率单元外壳组件，2.直流电容器组件，3.IGBT组件，4.保护及控制单元，5.自诊断及驱动单元，6.电源组件；

图7是一种高压无功补偿IGBT功率单元俯视图；

其中：1.功率单元外壳组件，2.直流电容器组件，3.IGBT组件；

图8是一种高压无功补偿IGBT功率单元后视图；