一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构论文和设计-江之奎

全文摘要

本实用新型公开了一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其包括两个IGBT模块，两个IGBT模块均与叠层母排电连接，叠层母排电连接有电流霍尔传感器和两个直流薄膜支撑滤波电容；两个IGBT模块、两个直流薄膜支撑滤波电容、叠层母排安装在散热器上，散热器通过异形风道与风机连接，风机和散热器均安装在机架上。本方案通过两个IGBT模块和两个直流薄膜支撑滤波电容与叠层母排电连接，使两个IGBT模块形成并联，保证直流侧换流回路的均流特性，并保证斩波输出侧的均流特性。冷空气通过风机抽入散热器，带走两块IGBT模块的热量，可以冷却散热器出风口的直流支撑电容器；避免了因IGBT模块温度过高导致的故障。

主设计要求

1.一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，包括两个IGBT模块(7)，两个所述IGBT模块(7)均与叠层母排(8)电连接，所述叠层母排(8)电连接有电流霍尔传感器(4)和两个直流薄膜支撑滤波电容(3)；两个所述IGBT模块(7)、两个直流薄膜支撑滤波电容(3)、电流霍尔传感器(4)和叠层母排(8)均安装在散热器(2)上，所述散热器(2)通过异形风道与风机(6)连接，所述风机(6)和散热器(2)均安装在机架(1)上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，两个所述IGBT模块(7)并排的安装在散热器(2)上靠近风机(6)一侧，两个所述直流薄膜支撑滤波电容(3)并排安装在散热器(2)上的出风口，所述叠层母排(8)安装在两个IGBT模块(7)和两个直流薄膜支撑滤波电容(3)之间。

3.根据权利要求1所述的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，所述散热器(2)上方安装有两个热敏温度传感器(5)，两个所述热敏温度传感器(5)分别位于两个IGBT模块(7)靠近散热器(2)出风口的左右两侧。

4.根据权利要求1所述的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，所述叠层母排(8)包括依次叠加的斩波输出铜母排(9)、负极铜母排(10)和正极铜母排(11)，所述斩波输出铜母排(9)、负极铜母排(10)和正极铜母排(11)之间均设置有绝缘膜层(12)；所述斩波输出铜母排(9)、负极铜母排(10)和正极铜母排(11)上均设置有接线螺母安装孔。

5.根据权利要求4所述的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，所述斩波输出铜母排(9)的上方和正极铜母排(11)的下方也设置有绝缘膜层(12)。

6.根据权利要求4或5所述的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其特征在于，所述绝缘膜层(12)为热固胶材质。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及等离子电源技术领域，具体涉及一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构。

背景技术

危废垃圾燃烧等离子电源长期工作在满频率、满功率状态时，IGBT温度很高，尤其在高温季节，IGBT温升会达到90℃以上，长时间工作会增加IGBT模块的故障率，降低斩波功率模块的寿命。合理高效的利用IGBT，降低其发热量成为了重中之重。

随着危废垃圾燃烧等离子发生器的改型，对其运用的等离子电源的输出容量不断提升。目前，一般采用功率半导体器件并联的形式构成单台高功率密度的整机；功率半导体器件IGBT模块直接并联，由于电路工作与高频10KHZ左右，每个工作的IGBT模块的分布电感存在较大差异性，无法实现每个模块的均流控制，加之散热器冷却空气不均，从而导致并联功率半导体器件温度不一致，进而影响其均流效果，严重时导致温度高的IGBT模块首先损坏；如采用多功率单元斩波整流模块并联(N+1)的方式设计电路拓扑结构，可轻松解决电源容量不断提升对功率半导体器件并联分布电感的要求和因散热条件不同导致的均流性变差问题。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种散热效果好、实现多功率单元斩波整流模块的汇流和均流的等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构。

为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：

提供一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构，其包括两个IGBT模块，两个IGBT模块均与叠层母排电连接，叠层母排电连接有电流霍尔传感器和两个直流薄膜支撑滤波电容；两个IGBT模块、两个直流薄膜支撑滤波电容、电流霍尔传感器和叠层母排均安装在散热器上，散热器通过异形风道与风机连接，风机和散热器均安装在机架上。

进一步地，两个IGBT模块并排的安装在散热器上靠近风机一侧，两个直流薄膜支撑滤波电容并排安装在散热器上的出风口，叠层母排安装在两个IGBT模块和两个直流薄膜支撑滤波电容之间。

进一步地，散热器上方安装有两个热敏温度传感器，两个热敏温度传感器分别位于两个IGBT模块散热器上出风口的左右两侧。

进一步地，叠层母排包括依次叠加的斩波输出铜母排、负极铜母排和正极铜母排，斩波输出铜母排、负极铜母排和正极铜母排之间均设置有绝缘膜层；斩波输出铜母排、负极铜母排和正极铜母排上均设置有接线螺母安装孔。

进一步地，斩波输出铜母排的上方和正极铜母排的下方也设置有绝缘膜层。

进一步地，绝缘膜层为热固胶材质。

本实用新型的有益效果为：本方案通过两个IGBT模块和两个直流薄膜支撑滤波电容与叠层母排电连接，使两个IGBT模块形成并联，保证直流侧换流回路的均流特性，并保证斩波输出侧的均流特性。冷空气通过风机抽入散热器，并通过异形风道加压，带走两块IGBT模块的热量，并且可以冷却散热器出风口的直流支撑电容器；避免了因IGBT模块温度过高IGBT模块损坏的故障。

热敏温度传感器用于检测安装IGBT模块的散热器的温度，并将检测的温度信号反馈给等离子电源的主控制器中进行实时温度采集，主控制器实时监测散热器的温度；叠层母排的输出铜母排、负极铜母排和正极铜母排之间通过绝缘膜叠加，可通过热加工将绝缘膜熔化，使叠加的叠层母排熔合为坚固的整体，各个母排之间相互绝缘，绝缘耐压大于AC3500V。所有铜母排之间不存在过孔，不需压凸、铜柱铆接或焊接，并采用全对称方式，从而在产品变更时不需要重新开压接模具，其加工成本低，制造周期非常短，适应当前柔性要求较高的单件或定型批量生产。

附图说明

图1为等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构的结构图。

图2为叠层母排的拆解图。

图3为等离子电源用IGBT斩波降压模块的等效电路图。

其中，1、机架，2、散热器，3、直流薄膜支撑滤波电容，4、电流霍尔传感器，5、热敏温度传感器，6、风机，7、IGBT模块，8、叠层母排，9、斩波输出铜母排，10、负极铜母排，11、正极铜母排，12、绝缘膜层。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构包括两个IGBT模块7，两个IGBT模块7均与叠层母排8电连接，叠层母排8电连接有电流霍尔传感器4和两个直流薄膜支撑滤波电容3；两个IGBT模块7、两个直流薄膜支撑滤波电容3、电流霍尔传感器4和叠层母排8均安装在散热器2上，散热器2 通过异形风道与风机6连接，风机6和散热器2均安装在机架1上。

本方案通过两个IGBT模块7和两个直流薄膜支撑滤波电容3与叠层母排8 电连接，使两个IGBT模块7形成并联，保证直流侧换流回路的均流特性，并保证斩波输出侧的均流特性。IGBT模块7采用300R 17KE3型IGBT功率器，电流霍尔传感器4采用100A的电流霍尔传感器4，直流薄膜支撑滤波电容3采用 470uF900VDC型直流薄膜支撑滤波电容3，散热器2采用XHX1002型散热器2，风机6采用KAKU-1725HA型风机6。

如图3所示，等离子电源用IGBT斩波降压模块的等效电路图，其中IGBT1 模块和IGBT2分别为并联的两个IGBT模块7，L1-L6为杂散电感，L1为IGBT1 模块的半桥臂上管K1到直流输入正极侧(+30)汇流点位置的等效电感，L4为 IGBT1模块内二极管D1阳极到直流输入负极侧(-31)汇流点位置的等效电感； L2和L3为IGBT2模块半桥臂对应的等效电感，其中，L2为IGBT2模块K2的等效电感，L3为IGBT2模块中D2的等效电感；L5为IGBT1模块的半桥臂到斩波输出侧(+202)汇流点位置的等效电感，L6为IGBT2模块的半桥臂到斩波输出侧(+202)汇流点位置的等效电感。

根据两个并联的IGBT模块7的均流特性，在IGBT模块7的直流输入端，由于IGBT模块7以高频开关的方式工作，直流输入端的杂散电感起到绝对的阻抗分配作用，保证杂散电感L1与L2、L3与L4的电感值相等，即可保证直流侧换流回路的均流特性。

两个IGBT模块7并排的安装在散热器2上靠近风机6一侧，两个直流薄膜支撑滤波电容3并排的安装在散热器2的出风口处，叠层母排8安装在两个IGBT 模块7和两个直流薄膜支撑滤波电容3之间。

冷空气通过风机6抽入散热器2，并通过异形风道加压，带走两块IGBT模块7的热量，并且可以冷却散热器2出风口的直流支撑电容器；避免了因IGBT 模块7温度过高导致的故障。

散热器2上方安装有两个热敏温度传感器5，两个热敏温度传感器5分别位于两个IGBT模块7靠近散热器2出风口的左右两侧。热敏温度传感器5用于检测散热器2的温度，并将检测的温度信号反馈给等离子电源的主控制器中进行实时温度采集，主控制器实时监测散热器的温度；热敏温度传感器5采用 TELESKY型热敏温度传感器，测温范围在10-100摄氏度。

如图2所示，叠层母排8包括依次叠加的斩波输出铜母排9、负极铜母排10和正极铜母排11，斩波输出铜母排9、负极铜母排10和正极铜母排11之间均设置有绝缘膜层12，斩波输出铜母排9、负极铜母排10和正极铜母排11上均设置有接线端；斩波输出铜母排9的上方和正极铜母排11的下方也设置有绝缘膜层12，绝缘膜层12为热固胶材质。

叠层母排8的输出铜母排、负极铜母排10和正极铜母排11之间通过绝缘膜叠加，可通过热加工将绝缘膜熔化，使叠加的叠层母排8熔合为坚固的整体，各个母排之间相互绝缘，绝缘耐压大于AC3500V；所有铜母排之间不存在过孔，不需压凸、铜柱铆接或焊接，并采用全对称方式，从而在产品变更时不需要重新开压接模具，其加工成本低，制造周期非常短，适应当前柔性要求较高的单件或定型批量生产。

设计图

一种等离子电源用IGBT斩波整流单元模块结构论文和设计

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主设计要求

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