本發(fā)明涉及逆變功率模塊，具體為基于雙向螺旋流道水冷散熱基板的三相逆變功率模塊。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)牽引變流裝置正在向大功率和高度集成化、輕量化等方向發(fā)展，由此導(dǎo)致系統(tǒng)耗散功率密度急劇增大，功率模塊作為整個(gè)變流裝置的核心部件，所以功率模塊的高集成度、輕量化設(shè)計(jì)是非常有必要的。目前大部分的功率模塊由于受到散熱裝置的結(jié)構(gòu)限制，功率器件布局、冷卻接口、電氣接口、機(jī)械接口均不能隨意變動(dòng)，出現(xiàn)功率模塊整體結(jié)構(gòu)臃腫，外形尺寸大，重量重等缺點(diǎn)。這既不便于功率模塊與外部變流裝置的快速插拔和安裝，且功率模塊體積重量大，從而占用外部裝置整體的空間大。因此，設(shè)計(jì)一種散熱良好，功率器件布局合理，易于快速插拔和安裝，外形小，重量輕的逆變功率模塊是十分有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有逆變功率模塊受散熱流道結(jié)構(gòu)限制導(dǎo)致的布局不合理、散熱性能差、外形尺寸和重量大，不易快速插拔安裝的問(wèn)題，提供一種基于雙向螺旋流道水冷散熱基板的三相逆變功率模塊。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于雙向螺旋流道水冷散熱基板的三相逆變功率模塊，包括水冷散熱基板，所述所述水冷散熱基板包括冷卻主板、釬焊板、蓋板三層疊加而成；所述冷卻主板上開(kāi)有中心對(duì)稱(chēng)且對(duì)稱(chēng)中心平滑貫通的雙向螺旋流道，（兩條流道呈螺旋形分布，且螺旋中心圓滑貫通連接，該流道可為圓形或橢圓形），所述蓋板上垂直于蓋板面設(shè)置有兩個(gè)水接頭，所述水接頭分別與流道的兩端貫通；所述蓋板及冷卻主板的板面上開(kāi)有多個(gè)安裝螺紋孔；所述水冷散熱基板的上表面的前沿豎直固定有絕緣支撐座，所述水接頭設(shè)置于絕緣支撐座兩側(cè)，所述絕緣支撐座上方的水冷散熱基板上有序緊湊布置有三相逆變功率電路，所述三相逆變功率電路包括三路兩端并聯(lián)的由兩個(gè)功率器件串聯(lián)構(gòu)成的半橋電路，三路半橋電路的中間點(diǎn)分別引出作為交流端子u、v、w，三路半橋電路的上下橋臂引出作為直流端子；所述三相逆變功率電路上層設(shè)置有前置端子的t型復(fù)合母排，所述t型復(fù)合母排的前沿設(shè)置有固定折彎，所述固定折彎與絕緣支撐座通過(guò)螺釘連接，所述絕緣支撐座兩側(cè)的安裝螺紋孔內(nèi)豎直固定有高于t型復(fù)合母排的屏蔽支撐板，所述屏蔽支撐板上沿設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板固定折彎，所述驅(qū)動(dòng)板固定折彎上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板，所述驅(qū)動(dòng)板上設(shè)置有低壓信號(hào)連接器和低壓電源連接器；所述驅(qū)動(dòng)板上設(shè)置有四角與驅(qū)動(dòng)板通過(guò)螺栓連接的防護(hù)蓋板；所述水冷散熱基板兩側(cè)通過(guò)安裝螺紋孔分別固定有兩個(gè)安裝塊，同側(cè)的所述安裝塊沿水冷散熱基板長(zhǎng)度方向水平穿有安裝螺桿，所述安裝塊之間還固定有提拉把手。冷卻主板上開(kāi)有流道，冷卻主板、釬焊板、蓋板三層疊加形成水冷散熱基板。雙向螺旋流道最大限度利用散熱裝置板面空間，且沒(méi)有尖角、直角，流道平滑，冷卻液流速由外圈至內(nèi)圈，再由內(nèi)圈至外圈，所遇阻力均勻，變化不大，完美解決了散熱板整體散熱不均勻，散熱板表面溫度跟隨冷卻液的流向變化、流阻大處不易散熱和功率器件布局受流道限制等問(wèn)題。冷卻液在平滑的流道內(nèi)不受尖角直角阻礙，流動(dòng)順暢。雙螺旋結(jié)構(gòu)的流道的出口可根據(jù)需要設(shè)置在板面的任意方向的邊角處，方便布置散熱板上元器件的布置和設(shè)置水接頭的方向。水接頭不受流道方向限制，可與板面垂直設(shè)置，方便安裝拆卸維護(hù)，且不與周?chē)骷l(fā)生干涉，采用手動(dòng)對(duì)接的方式，加工精度要求更低。三路半橋電路分別形成三個(gè)交流輸出橋臂，通過(guò)電纜線與外部裝置進(jìn)行電氣連接，在控制單元控制下，一塊驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)一支igbt進(jìn)行開(kāi)通關(guān)斷，將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姡瑸樨?fù)載提供電源。根據(jù)水冷散熱基板雙向流道的特性，可將功率器件、水接頭、高低壓電氣接口均集成在水冷散熱基板的前沿，且所有接口前置，有效地縮小了功率模塊的高度和深度，既縮短功率模塊與外部接口的安裝時(shí)間，而且各種接口布置有序，從而保證功率模塊接口安裝的準(zhǔn)確性。其中，功率器件可選用能夠?qū)崿F(xiàn)逆變功能的功率半導(dǎo)體器件，例如igbt、sic-igbt、mosfet和sic等半導(dǎo)體器件?；陔p向螺旋流道水冷散熱基板的三相逆變功率模塊，在水冷散熱基板單側(cè)面有序緊湊布置功率器件；在功率器件上層布置前置端子的t型復(fù)合母排，通過(guò)復(fù)合母排實(shí)現(xiàn)電路中所有功率器件的電氣連接，前置端子的t型復(fù)合母排在冷卻接口限制的有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高壓電氣端子的合理布局，既保證了電氣間隙和爬電距離，又實(shí)現(xiàn)交直流端子反向有序布置；屏蔽支撐板整體罩住復(fù)合母排，其兩側(cè)禁錮于水冷散熱基板面，驅(qū)動(dòng)板安裝在屏蔽支撐板上方，屏蔽支撐板可有效屏蔽高壓電對(duì)驅(qū)動(dòng)板電磁干擾，且充當(dāng)了驅(qū)動(dòng)板的支撐裝置，為高度集成功率模塊的小型化做出貢獻(xiàn)；防護(hù)蓋板用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)板免遭受外部應(yīng)力和雜質(zhì)影響；同時(shí)交直流高壓電氣端子、水接頭全部設(shè)置在功率模塊前端，水冷散熱基板前沿設(shè)置絕緣支撐座組合，既實(shí)現(xiàn)了可靠電氣連接，又有利于散熱和層疊結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。功率模塊在變流柜中采用臥式安裝，以水冷散熱基板背面為支撐面和滑道，通過(guò)安裝螺桿與變流柜進(jìn)行機(jī)械連接，并且減小了系統(tǒng)體積和重量。提拉把手方便維修和維護(hù)時(shí)取出整個(gè)逆變功率模塊。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、流道設(shè)計(jì)合理，充分解決了散熱板整體散熱不均勻，散熱板表面溫度跟隨冷卻液的流向變化、流阻大處不易散熱的問(wèn)題；2、水接頭垂直于板面設(shè)置，方便安裝拆卸維護(hù)，且不與周?chē)骷l(fā)生干涉，采用手動(dòng)對(duì)接的方式，加工精度要求更低；3、流道內(nèi)沒(méi)有尖角、直角，冷卻液在平滑的流道內(nèi)不受尖角直角阻礙，流動(dòng)順暢，散熱快速而均勻，功率器件布局不受流道影響。4、無(wú)需在水冷散熱基板外圍設(shè)置金屬框架，減小了占用面積，更加適合元器件輕量化、小型化設(shè)計(jì)；5、減小回路電感，保證了igbt的熱性能，提高功率模塊工作的可靠性；6、單面布局結(jié)構(gòu)緊湊，減小功率模塊體積及重量，滿(mǎn)足輕量化設(shè)計(jì)要求，節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本；7、功率模塊外部接口全部有序布置前置且螺栓緊固，既便于維修維護(hù)，又節(jié)省外部快速連接裝置；8、提高了驅(qū)動(dòng)信號(hào)抗干擾性，功率模塊可靠性更高。

附圖說(shuō)明

圖1為水冷散熱基板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為流道示意圖；

圖3為三相逆變功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-冷卻主板，2-釬焊板，3-蓋板，4-功率器件，5-絕緣支撐座，6-t型復(fù)合母排，7-屏蔽支撐板，8-驅(qū)動(dòng)板，9-安裝塊，10-防護(hù)蓋板，11-低壓信號(hào)連接器，12-低壓電源連接器，13-水接頭。

具體實(shí)施方式

基于雙向螺旋流道水冷散熱基板的三相逆變功率模塊，包括水冷散熱基板，所述所述水冷散熱基板包括冷卻主板1、釬焊板2、蓋板3三層疊加而成；所述冷卻主板1上開(kāi)有中心對(duì)稱(chēng)且對(duì)稱(chēng)中心平滑貫通的雙向螺旋流道，所述蓋板3上垂直于蓋板面設(shè)置有兩個(gè)水接頭13，所述水接13頭分別與流道的兩端貫通；所述蓋板3及冷卻主板1的板面上開(kāi)有多個(gè)安裝螺紋孔；所述水冷散熱基板的上表面的前沿豎直固定有絕緣支撐座5，所述水接頭13設(shè)置于絕緣支撐座5兩側(cè)，所述絕緣支撐座5上方的水冷散熱基板上有序緊湊布置有三相逆變功率電路，所述三相逆變功率電路包括三路兩端并聯(lián)的由兩個(gè)功率器件4串聯(lián)構(gòu)成的半橋電路，三路半橋電路的中間點(diǎn)分別引出作為交流端子u、v、w，三路半橋電路的上下橋臂引出作為直流端子；所述三相逆變功率電路上層設(shè)置有前置端子的t型復(fù)合母排6，所述t型復(fù)合母排6的前沿設(shè)置有固定折彎，所述固定折彎與絕緣支撐座5通過(guò)螺釘連接，所述絕緣支撐座5兩側(cè)的安裝螺紋孔內(nèi)豎直固定有高于t型復(fù)合母排6的屏蔽支撐板7，所述屏蔽支撐板7上沿設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板固定折彎，所述驅(qū)動(dòng)板固定折彎上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板8，所述驅(qū)動(dòng)板8上設(shè)置有低壓信號(hào)連接器11和低壓電源連接器12；所述驅(qū)動(dòng)板8上設(shè)置有四角與驅(qū)動(dòng)板8通過(guò)螺栓連接的防護(hù)蓋板10；所述水冷散熱基板兩側(cè)通過(guò)安裝螺紋孔分別固定有兩個(gè)安裝塊9，同側(cè)的所述安裝塊9沿水冷散熱基板長(zhǎng)度方向水平穿有安裝螺桿，所述安裝塊之間還固定有提拉把手。

具體實(shí)施時(shí)，所述功率器件4為能夠?qū)崿F(xiàn)逆變功能的功率半導(dǎo)體器件igbt、sic-igbt、mosfet和sic。