專(zhuān)利名稱(chēng)：一種逆變器功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器裝置，具體是用于大功率光伏并網(wǎng)電站的逆變器裝置中的功率單元。
背景技術(shù)：
隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用于大規(guī)模光伏并網(wǎng)電站的大功率光伏逆變器向低成本、高功率密度、小型化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的大功率光伏并網(wǎng)逆變器裝置中的功率單元的結(jié)構(gòu)參閱圖1，包括風(fēng)機(jī)1-1、散熱器1-2、電解電容1-3(16只)、疊層母排1-4、4個(gè)電流傳感器1-5、驅(qū)動(dòng)電路1_6、4個(gè)功率模塊1-7，其中，散熱器1-2由基板和齒條組成，電解電容1-3數(shù)量較多，通過(guò)疊層母排1-4將電解電容1-3的正負(fù)極接入功率模塊1-7的輸入端，4個(gè)功率模塊1-7以并聯(lián)方式一起安裝在散熱器1-2的基板之上。每個(gè)功率模塊1-7的輸出端配備相應(yīng)的電流傳感器1-5，4個(gè)功率模塊1-7和4個(gè)電流傳感器1-5均布置在散熱器1-2的正面上方；驅(qū)動(dòng)電路1-6位于功率模塊1-7的正面上方；多個(gè)電解電容1-3位于散熱器1-2長(zhǎng)邊的·一側(cè)，風(fēng)機(jī)1-1安裝在散熱器1-2短邊一側(cè)，并且風(fēng)機(jī)1-1固定在基板上，風(fēng)機(jī)1-1的出風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)散熱器1-2的齒條吹風(fēng)，也就是說(shuō)，電解電容1-3與風(fēng)機(jī)1-1分別設(shè)置于散熱器1-2的相鄰兩側(cè)面上。上述傳統(tǒng)的功率單元普遍存在以下幾點(diǎn)不足之處
I、功率變換采用多功率模塊1-7并聯(lián)方式，多功率模塊1-7并聯(lián)存在動(dòng)靜態(tài)不均流問(wèn)題，容易導(dǎo)致功率模塊1-7在運(yùn)行時(shí)燒毀。2、在較高的開(kāi)關(guān)頻率下，功率模塊1-7的損耗較大，為平衡散熱，需投入較大面積的散熱器1-2，同時(shí)需要較大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)1-1，因此增加了逆變器的成本。3、為提高系統(tǒng)直流電壓等級(jí)，采取多個(gè)電解電容1-3串并聯(lián)方式，使得疊層母排
1-4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，分布電感較大；且電解電容1-3使用壽命較短，更換次數(shù)多，維護(hù)成本聞。4、位于風(fēng)機(jī)1-1進(jìn)風(fēng)口處的功率模塊1-7由于臨近風(fēng)扇，溫度較低，而位于風(fēng)機(jī)
1-1出風(fēng)口的功率模塊1-7由于遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)，溫度較高，因此，存在風(fēng)道的熱累積效應(yīng)，會(huì)影響功率模塊1-7的使用率和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述傳統(tǒng)功率單元的不足而提供一種運(yùn)行可靠、成本低、使用壽命長(zhǎng)、效率高的逆變器功率單元。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明包括有風(fēng)機(jī)、散熱器、疊層母排、電流傳感器、功率模塊、底板，底板位于底部，底板的上方左側(cè)設(shè)有薄膜電容，薄膜電容的頂部通過(guò)疊層母排連接一個(gè)功率模塊的輸入端；底板的上方右側(cè)設(shè)有散熱器，散熱器的上表面上固定設(shè)置所述功率模塊，所述功率模塊的上方緊貼有驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路，在所述功率模塊的上方且緊靠其輸出端固定連接一個(gè)電流傳感器，所述功率模塊的輸出端固接一個(gè)穿過(guò)電流傳感器中心的AC銅排；散熱器的后側(cè)設(shè)置一個(gè)固定連接散熱器基板的風(fēng)機(jī)。所述驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路包括信號(hào)處理電路、光電隔離電路、功率放大電路、死區(qū)保護(hù)電路、功率開(kāi)關(guān)電路、驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)電路，光電隔離電路的輸入端連接信號(hào)處理電路輸出端,光電隔離電路的輸出端連接功率放大電路的輸入端,功率放大電路的輸出端連接死區(qū)保護(hù)電路的輸入端，死區(qū)保護(hù)電路的輸出端連接功率開(kāi)關(guān)電路的輸入端；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源正常時(shí)，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路輸出高電平信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源低于15V時(shí)，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路輸出低電平信號(hào)，信號(hào)處理電路關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)。進(jìn)一步地，散熱器由散熱器基板和多個(gè)散熱器齒條組成，呈長(zhǎng)方體形狀，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊沿前后方向，短邊沿左右方向，每個(gè)所述散熱器齒條均沿長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊方向布置且均垂直固定連接所述散熱器基板的下表面，所述風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口正對(duì)著所述散熱器齒條。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，與傳統(tǒng)逆變器功率單元相比，具有如下有益效果 I、本發(fā)明通過(guò)在空間合理布置薄膜電容、疊層母排、功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路、電流傳感器、
散熱器及風(fēng)機(jī)，使整個(gè)逆變器功率單元的安裝面積與散熱器的基板的面積相近，體積更小，結(jié)構(gòu)更為緊湊，將各部分集成一體，是高度集成化的功率器件，降低功率單元的成本，節(jié)約功率單元的空間，從而能滿(mǎn)足小型化的需求。2、本發(fā)明中風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口作用于散熱器的齒條大部分區(qū)域，散熱更為均勻，能提高功率模塊的使用率和可靠性。3、本發(fā)明只使用單獨(dú)一個(gè)功率模塊以及單個(gè)電流傳感器，能減小散熱器的面積，安裝面積較傳統(tǒng)功率單元更小，節(jié)約成本，更加方便風(fēng)機(jī)的維護(hù)。4、本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路使得整個(gè)功率單元更為安全可靠，能增加其使用周期，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。5、本發(fā)明采用薄膜電容和功率模塊為核心的組合方式，薄膜電容具有無(wú)極性、介質(zhì)損失少、絕緣阻抗高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，用薄膜電容來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電解電容使得功率單元具有更好的效果，解決了大功率逆變器中功率單元普遍存在的效率不高、使用壽命短、集成度不聞等問(wèn)題。
為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述。圖I為背景技術(shù)中傳統(tǒng)的逆變器功率單元組裝結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明逆變器功率單元組裝結(jié)構(gòu)立體示意 圖3為圖2的分解 圖4是圖2中驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路的組成 I.風(fēng)機(jī)；2.散熱器；2-1散熱器基板；2-2散熱器齒條；3.薄膜電容；4.疊層母排；5.電流傳感器；6.驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路；7.功率模塊；8. AC銅排；9.散熱器左固定板；10.散熱器右固定板；11.電容固定板；12.底板。
具體實(shí)施例方式如圖2-3所示，本發(fā)明所述的逆變器功率單元包括風(fēng)機(jī)I、散熱器2、多個(gè)薄膜電容
3、疊層母排4、電流傳感器5、驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路6、功率模塊7、AC銅排8、底板12等。
底板12位于功率單元底部，在底板12的上方左側(cè)安裝薄膜電容3，薄膜電容3的底部由電容固定板11固定在底板12上，薄膜電容3的頂部通過(guò)疊層母排4連接功率模塊7的輸入端。底板12的上方右側(cè)安裝散熱器2，在散熱器2的左側(cè)設(shè)置散熱器左固定板9，右側(cè)設(shè)置散熱器右固定板10，散熱器左固定板9和散熱器右固定板10均通過(guò)螺絲將散熱器2固定在底板12上。散熱器2呈長(zhǎng)方體形狀，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊是沿著前后方向，短邊是左右方向。散熱器2由散熱器基板2-1和多個(gè)散熱器齒條2-2組成。每個(gè)散熱器齒條2-2均沿著長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊方向布置，并且均垂直固定在基板2-1的下表面上。散熱器2的出風(fēng)通道與散熱器齒條
2-2的布置方向一致，即散熱器2的出風(fēng)通道在散熱器2的前后長(zhǎng)邊方向上。散熱器齒條
2-2由招質(zhì)或招合金或銅質(zhì)或銅合金材料構(gòu)成。在散熱器2的上表面上固定一個(gè)功率模塊7，功率模塊7額定功率是傳統(tǒng)的4個(gè)功 率模塊的額定功率之和，這樣不僅避免大功率模塊并聯(lián)時(shí)動(dòng)靜態(tài)不均流問(wèn)題，也避免多模塊并聯(lián)時(shí)的溫度不一致的問(wèn)題。在功率模塊7的上方緊貼驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路6，在功率模塊7的上方固定連接一個(gè)電流傳感器5，電流傳感器5緊靠功率模塊7的輸出端。功率模塊7的輸出端固定AC銅排8，AC銅排8同時(shí)穿過(guò)電流傳感器5的中心。使用單個(gè)電流傳感器5來(lái)檢測(cè)功率模塊7的輸出端電流的大小，這樣避免了多個(gè)傳感器并聯(lián)時(shí)的采樣誤差，提高了采樣的精度。在散熱器2的后側(cè)安裝一個(gè)風(fēng)機(jī)1，風(fēng)機(jī)I通過(guò)螺絲固定在散熱器基板2-1上[U1]，風(fēng)機(jī)I的出風(fēng)口正對(duì)散熱器齒條2-2吹風(fēng)，這樣有利于散熱均勻。風(fēng)機(jī)I的數(shù)量?jī)H為I個(gè),且風(fēng)量不需要太大。如圖4所示，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路6主要包括信號(hào)處理電路、光電隔離電路、功率放大電路、死區(qū)保護(hù)電路、功率開(kāi)關(guān)電路、驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)電路。光電隔離電路的輸入端連接到信號(hào)處理電路的相應(yīng)輸出端上，光電隔離電路的輸出端連接到功率放大電路的輸入端，功率放大電路的輸出端連接到死區(qū)保護(hù)電路的輸入端，死區(qū)保護(hù)電路的輸出端連接到功率開(kāi)關(guān)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)電路則對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的電源進(jìn)行保護(hù)。其中，驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)電路主要由電阻、穩(wěn)壓管、三極管和光耦組成。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源正常時(shí)，保護(hù)電路輸出信號(hào)為高電平，上拉電阻能夠排除外界對(duì)輸出信號(hào)的干擾，一旦驅(qū)動(dòng)電源低于15V,光率禹導(dǎo)通，保護(hù)電路輸出信號(hào)為低電平，信號(hào)處理電路立即關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出故障信號(hào)。問(wèn)題較短基板的一側(cè)究竟是哪一側(cè)？要結(jié)合附圖來(lái)寫(xiě)，是位于哪個(gè)部件的一側(cè)？
現(xiàn)結(jié)合附圖3-1來(lái)說(shuō)明，在圖中標(biāo)明了前后左右的方位。
權(quán)利要求
1.一種逆變器功率單元，包括風(fēng)機(jī)(I)、散熱器(2)、疊層母排(4)、電流傳感器(5)、功率模塊(7 )、底板(12 )，底板(12 )位于底部，其特征是底板(12 )的上方左側(cè)設(shè)有薄膜電容(3)，薄膜電容(3)的頂部通過(guò)疊層母排(4)連接一個(gè)功率模塊(7)的輸入端；底板(12)的上方右側(cè)設(shè)有散熱器(2)，散熱器(2)的上表面上固定設(shè)置所述功率模塊(7)，所述功率模塊(7)的上方緊貼有驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路(6)，在所述功率模塊(7)的上方且緊靠其輸出端固定連接一個(gè)電流傳感器(5)，所述功率模塊(7)的輸出端固接一個(gè)穿過(guò)電流傳感器(5)中心的AC銅排(8);散熱器(2)的后側(cè)設(shè)置一個(gè)固定連接散熱器(2)的風(fēng)機(jī)(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種逆變器功率單元，其特征是所述驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路(6)包括信號(hào)處理電路、光電隔離電路、功率放大電路、死區(qū)保護(hù)電路、功率開(kāi)關(guān)電路、驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)電路，光電隔離電路的輸入端連接信號(hào)處理電路輸出端，光電隔離電路的輸出端連接功率放大電路的輸入端，功率放大電路的輸出端連接死區(qū)保護(hù)電路的輸入端，死區(qū)保護(hù)電路的輸出端連接功率開(kāi)關(guān)電路的輸入端；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源正常時(shí)，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路輸出高電平信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源低于15V時(shí)，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路輸出低電平信號(hào)，信號(hào)處理電路關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種逆變器功率單元，其特征是散熱器(2)由散熱器基板(2-1)和多個(gè)散熱器齒條(2-2)組成，呈長(zhǎng)方體形狀，長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊沿前后方向，短邊沿左右方向，每個(gè)所述散熱器齒條(2-2)均沿長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊方向布置且均垂直固定連接所述散熱器基板(2-1)的下表面，所述風(fēng)機(jī)(I)的出風(fēng)口正對(duì)著所述散熱器齒條(2-2)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于大功率光伏并網(wǎng)電站的逆變器的功率單元，底板的上方左側(cè)設(shè)有薄膜電容，薄膜電容的頂部通過(guò)疊層母排連接一個(gè)功率模塊的輸入端；底板的上方右側(cè)設(shè)有散熱器，散熱器的上表面上固定設(shè)置所述功率模塊，功率模塊的上方緊貼有驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路，在功率模塊的上方且緊靠其輸出端固定連接一個(gè)電流傳感器，功率模塊的輸出端固接一個(gè)穿過(guò)電流傳感器中心的AC銅排；散熱器的后側(cè)設(shè)置一個(gè)固定連接散熱器基板的風(fēng)機(jī)；通過(guò)在空間合理布置，使整個(gè)功率單元的安裝面積與散熱器基板的面積相近，結(jié)構(gòu)更為緊湊，是高度集成化的功率器件，能降低成本、節(jié)約空間、滿(mǎn)足小型化的需求。
文檔編號(hào)H05K7/20GK102882408SQ201210423909
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者周偉, 劉衛(wèi)法, 朱冬宏, 田群, 錢(qián)紀(jì)明, 張凱 申請(qǐng)人:金海新源電氣江蘇有限公司