[发明专利]IGBT三电平功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT三电平功率模块。

背景技术

随着人类社会的进步，生产力的发展，人类与自然之间的矛盾也逐步加剧，能源逐步成为制约社会进步的主要问题之一。目前使用的常规能源以煤、石油、天然气为主，均为不可再生的矿石资源，随着时间推移必将渐渐枯竭。因此，世界各国已越来越重视可再生能源的开发利用。可再生能源包括太阳能，风能，生物质能，水能等等，均可永续利用。其中，太阳能和风能作为新能源的代表，资源潜力大，清洁无污染，近年来越来越受到世界各国的重视，我国在十二五规划中明确提出将新能源产业作为重点发展对象。相比而言，风能技术是新能源发电技术中技术最为成熟，最具开发规模的发电方式之一。在有些发达国家，风电已成为电网中不可或缺的一部分，其发电量占国家总发电量的10-20％，据权威预测，到2020年，风电将成为世界最重要的能源之一。

而将目光投向国内，我国的风能资源十分丰富，具风能资源初步统计显示，中国陆上离地10米以上风能总储量约为43亿千瓦，可开发容量约为2.5亿千瓦。目前，中国已建成数个百万千瓦风电基地，发展十分迅速，2009年新增风电装机容量约为1303万千瓦，位居世界第一。而随着风力发电技术的发展，风电机组容量正迅速增大，国际上目前运行的风电系统大多都为兆瓦级系统，并且均已商业化，国内主流风电机组也正逐步向兆瓦级机组转移。从未来的发展趋势看，风电机组单机容量将向更大型化发展。目前风电机组单机容量一般为1.5兆瓦到3兆瓦，风电机组的电网侧电压为690V。通过对风电市场的观察如果继续增加风电机组的单机容量则需要将风电机组的电网侧电压提高至3.3kV。而目前的风电机组中变流器使用的半导体器件很难达到该电压等级。所以需要寻求一种新的电路拓扑解决该问题。

1981年，日本长岗大学Nabae等提出二极管中点钳位(neutral-point-clamped，NPC)型三电平结构以来，三电平逆变器在中高压变频调速、有源电力滤波装置、电力系统无功补偿和风力发电等领域得到了广泛应用。与传统两电平结构相比，三电平结构具有如下优点：1)每个功率管上只承受一半的直流侧电压；2)在相同的开关频率下，输出电压、电流谐波含量小；3)在每个功率管导通和关断过程中，功率管只承担一半的直流侧电压，因此器件开关损耗低。

对于三电平功率模块的结构，主要研究方向是使提高散热性能、保护性能、使用稳定性等多种性能，并且减少体积和减少成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种三电平功率模块，用以解决现有三电平功率模块体积大、散热性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种IGBT三电平功率模块，为一相的上下桥臂部分，包括第一开关管(T1)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一电容(C1)、第二电容(C2)；IGBT三电平功率模块包括箱体(1)，箱体中依次并列间隔固定设置第一开关管(T1)、第二开关管(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，以及第三开关管(T3)、第四开关管(T4)；所述第一二极管(D1)、第二二极管(D2)之间设有中心点连接铜排(10)；第二开关管(T2)与第一二极管(D1)之间设有第一绝缘件(3)，第三开关管(T3)与第二二极管(D2)之间均设有第二绝缘件(4)；第一开关管(T1)、第二开关管(T2)、第一绝缘件(3)、第一二极管(D1)之间均设有散热板；第二二极管(D2)、第二绝缘件(4)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)之间也设有散热板；第一开关管(T1)与箱体外壁，第四开关管(T4)与箱体外壁之间也设有散热板。

箱体(1)安装有盖板(13)，盖板(13)上安装有各开关管对应的驱动电路模块(5、6、7、8)以及直流取电模块(9)；所述驱动电路模块靠近对应开关管的散热板位置。

第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一电容(C1)、第二电容(C2)位于箱体外部，并列设置，并且通过中心点连接铜排(10)连接；第一电阻R1、第二电阻R2分别位于第一电容C1、第二电容C2下方。

第一二极管(D1)与第一绝缘件(3)间安装的散热器与第一开关管(T1)与第二开关管(T2)间安装的散热器底部有铜排(11)短接；第二二极管(D2)与第二绝缘件(4)间安装的水冷散热器与第三开关管(T3)与第四开关管(T4)间安装的水冷散热器底部有铜排(11)短接。