[实用新型]功率集成模块及电力电子设备

说明书

本实用新型提供了一种功率集成模块及电力电子设备，所述功率集成模块包括模块主体以及封装在所述模块主体内的整流单元、逆变单元、用于连接所述整流单元和逆变单元的直流母线以及串联连接在直流母线上的缓冲开关组件，且所述缓冲开关组件包括半导体开关器件；所述模块主体表面设有第一交流端子组、第二交流端子组、第一端脚组以及第二端脚组，且所述第一交流端子组与所述整流单元的交流侧电性连接，所述第二交流端子组与所述逆变单元的交流侧电性连接，所述第一端脚组与逆变单元的控制端电性连接，所述第二端脚组与所述半导体开关器件的控制端电性连接。本实用新型实施例可简化产品的设计和制造，降低开发和制造成本。

技术领域

本实用新型实施例涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种功率集成模块及电力电子设备。

背景技术

交-直-交拓扑是变频器/驱动器/UPS(Uninterruptible Power System不间断电源)/电源等常用电力电子设备的主回路功率拓扑，如图1所示，为三相交- 直-交功率拓扑示意图。该拓扑通常包含以下部件：整流单元、逆变单元、直流母线滤波器、制动单元、上电缓冲单元等。

以下以电压型变换器为例对上述三相交-直-交功率拓扑进行说明。在该拓扑中，整流单元通常采用二极管实现，逆变单元则通常采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)实现，直流母线滤波器采用电容或LC滤波器实现。

在某些应用场合中，逆变单元会进入发电状态，其交流侧的能量会回馈至直流母线，因此需要在直流母线上增加制动单元，对回馈的能量进行消耗。通常，制动单元包括制动电阻Rb、制动开关及制动续流二极管，制动开关通常采用IGBT或MOSFET实现。

上电缓冲单元则用于抑制上电瞬间电网对母线电容的充电电流，上电缓冲单元通常包括缓冲电阻Rc和缓冲开关Sw。在刚上电时，缓冲开关Sw处于断开状态，电网通过缓冲电阻Rc给母线电容Cdc充电，当母线电容Cdc完成充电，母线电压基本稳定之后，缓冲开关Sw闭合，整流单元即可直接给母线电容及逆变单元供电，设备进入正常工作状态。其中，缓冲开关Sw通常采用继电器、接触器或晶闸管等实现。

在实际应用中，上述交-直-交拓扑可以使用分立器件搭建，也可以使用功率集成模块(Power Integrated Module，PIM)实现。相较于分立器件，功率集成模块在实际应用中会使得产品设计和制造得到极大简化。

如图2所示，为常用的功率集成模块的示意图，该模块采用CIB(即 Converter+Inverter+Braker，整流+逆变+制动)拓扑，其集成了二极管整流单元、IGBT逆变单元、IGBT制动开关和制动续流二极管。此外，如图3所示，也有集成晶闸管作为上电缓冲开关的功率模块，但其仅包括整流单元和用作上电缓冲开关的晶闸管T1。

在使用如图2所示的采用CIB拓扑的功率模块时，一般会采用继电器或接触器作为上电缓冲开关与功率模块连接。然而，继电器或接触器的体积相对较大，且通常在产品设计中，由于受到耐环境要求的限制，只能采用自然散热，其热量难以传导至设备外。

在使用如图3所示拓扑的功率模块时，由于逆变和制动并没有集成，因此需要使用另外的器件实现逆变和制动功能，通常会使用集成六个IGBT的功率模块作为逆变器，另外再选取分立器件或集成一个IGBT与一个二极管的功率模块作为制动单元，这样就会需要两个以上的功率集成模块。

实用新型内容

本实用新型实施例针对上述功率集成模块需连接继电器或接触器以实现上电缓冲，并导致体积大、散热难，以及使用未集成逆变的功率集成模块需连接额外的功率模块以实现逆变，并导致连接相对复杂的问题，提供一种新的功率集成模块及电力电子设备。