本发明提出了一种用于轨道交通工具的智能化功率模块，该智能化功率模块包括散热器，其具有与所述散热器的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口；壳体组件，所述壳体组件与所述散热器的一侧面组成容纳腔；设置在所述容纳腔内的衬板单元，所述衬板单元具有衬板以及固定设置在所述衬板上的功率半导体芯片，其中，所述衬板接触式设置在所述散热器的表面上，通过将衬板直接设置在散热器的一侧表面上，降低了功率半导体芯片与散热器之间的热阻，提高了该功率模块的散热效率，同时有助于减少功率模块的体积和重量。
1.一种用于轨道交通工具的智能化功率模块，其特征在于，包括：
散热器，其具有与所述散热器的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口，壳体组件，所述壳体组件与所述散热器的一侧面组成容纳腔，
设置在所述容纳腔内的衬板单元，所述衬板单元具有衬板以及固定设置在所述衬板上的功率半导体芯片，其中，所述衬板接触式设置在所述散热器的表面上，
还包括设置在所述容纳腔内并位于所述衬板单元的外侧的低感母排，
所述低感母排构造为框形结构，并通过键合线与所述衬板单元的导电层电连接。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述低感母排包括层叠式分布的交流层、直流正层和直流负层。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，在所述直流正层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流正电连接器，在所述直流负层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流负电连接器，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器形成为插拔式接头。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器均包括至少两个相对式间隔设置的弹片。
5.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，在所述容纳腔内设置隔板将所述容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，在所述第一容纳腔中设置控制电路板，所述衬板单元与所述低感母排设置在所述第二容纳腔内，并且所述控制电路板构造为能与所述衬板单元信号连接。
6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，在所述衬板的导电层上设置插针，所述插针穿过所述隔板与所述控制电路板信号连接。
7.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，在所述交流电连接器上设置电流传感器，所述电流传感器与所述控制电路板信号连接。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的功率模块，其特征在于，在所述散热器的第一端面上设置导向销。
9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，在所述散热器的第二端面上设置至少两个螺纹孔。
10.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，还包括与所述控制电路板信号连接的温度传感器，所述温度传感器能设置在所述衬板单元上。
11.一种用于轨道交通工具的智能化功率模块，其特征在于，包括：散热器，其具有与所述散热器的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口，壳体组件，所述壳体组件与所述散热器的一侧面组成容纳腔，
设置在所述容纳腔内的衬板单元，所述衬板单元具有衬板以及固定设置在所述衬板上的功率半导体芯片，其中，所述衬板接触式设置在所述散热器的表面上，
设置在所述容纳腔内并位于所述衬板单元的外侧的低感母排，所述低感母排包括层叠式分布的交流层、直流正层和直流负层，所述低感母排构造为框形结构，并通过键合线与所述衬板单元的导电层电连接，在所述直流正层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流正电连接器，在所述直流负层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流负电连接器，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器形成为插拔式接头，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器均包括至少两个相对式间隔设置的弹片，在所述容纳腔内设置隔板将所述容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，在所述第一容纳腔中设置控制电路板，所述衬板单元与所述低感母排设置在所述第二容纳腔内，并且所述控制电路板构造为能与所述衬板单元信号连接，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，在所述交流电连接器上设置电流传感器，所述电流传感器与所述控制电路板信号连接，还包括与所述控制电路板信号连接的温度传感器，所述温度传感器能设置在所述衬板单元上。
一种用于轨道交通工具的智能化功率模块
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于轨道交通工具的智能化功率模块。
背景技术
[0002] 功率半导体器件广泛应用于轨道交通领域，但标准封装功率半导体器件仅具备开关管的功能，并且集成度不高。作为变流器核心部件之一的变流模块，则由标准封装功率半导体器件、散热器、低感母排，门极驱动器和结构件等构成，由于受到构造形式、器件布局和器件功能的限制，在功率密度、智能化和便捷应用等方面还存在诸多不完善的地方。
发明内容
[0003] 针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于轨道交通工具的智能化功率模块。该智能化功率模块集成度高，并且散热效果好。
[0004] 根据本发明的一方面，提出了一种用于轨道交通工具的智能化功率模块，包括：
[0005] 散热器，其具有与所述散热器的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口，[0006] 壳体组件，所述壳体组件与所述散热器的一侧面组成容纳腔，
[0007] 设置在所述容纳腔内的衬板单元，所述衬板单元具有衬板以及固定设置在所述衬板上的功率半导体芯片，
[0008] 其中，所述衬板接触式设置在所述散热器的表面上。
[0009] 在一个实施例中，还包括设置在容纳腔内并位于所述衬板单元的外侧的低感母排，低感母排包括层叠式分布的交流层、直流正层和直流负层。
[0010] 在一个实施例中，所述低感母排构造为框形结构，并通过键合线与所述衬板单元的导电层电连接。
[0011] 在一个实施例中，在所述直流正层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流正电连接器，在所述直流负层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流负电连接器，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器形成为插拔式接头。
[0012] 在一个实施例中，直流正电连接器与直流负电连接器均包括至少两个相对式间隔设置的弹片。
[0013] 在一个实施例中，在所述容纳腔内设置隔板将所述容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，在所述第一容纳腔中设置控制电路板，所述衬板单元与所述低感母排设置在所述第二容纳腔内，并且所述控制电路板构造为能与所述衬板单元信号连接。
[0014] 在一个实施例中，在所述衬板的导电层上设置插针，所述插针穿过所述隔板与所述控制电路板信号连接。
[0015] 在一个实施例中，在交流层上设置有位于容纳腔的第二端之外的交流电连接器，在所述交流电连接器上设置电流传感器，所述电流传感器与所述控制电路板信号连接。
[0016] 在一个实施例中，在散热器的第一端面上设置导向销。
[0017] 在一个实施例中，在所述散热器的第二端面上设置至少两个螺纹孔。
[0018] 在一个实施例中，还包括与控制电路板信号连接的温度传感器，温度传感器能设置在衬板单元上。
[0019] 根据本发明的另一方面，还包括一种用于轨道交通工具的智能化功率模块，包括：
[0020] 散热器，其具有与所述散热器的内腔连通的冷却液入口和冷却液出口，[0021] 壳体组件，所述壳体组件与所述散热器的一侧面组成容纳腔，
[0022] 设置在所述容纳腔内的衬板单元，所述衬板单元具有衬板以及固定设置在所述衬板上的功率半导体芯片，
[0023] 其中，所述衬板接触式设置在所述散热器的表面上，
[0024] 设置在所述容纳腔内并位于所述衬板单元的外侧的低感母排，所述低感母排包括层叠式分布的交流层、直流正层和直流负层，所述低感母排构造为框形结构，并通过键合线与所述衬板单元的导电层电连接，
[0025] 在所述直流正层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流正电连接器，在所述直流负层上设置位于所述容纳腔的第一端之外的直流负电连接器，在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器形成为插拔式接头，其中，所述直流正电连接器与所述直流负电连接器均包括至少两个相对式间隔设置的弹片，
[0026] 在所述容纳腔内设置隔板将所述容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，在所述第一容纳腔中设置控制电路板，所述衬板单元与所述低感母排设置在所述第二容纳腔内，并且所述控制电路板构造为能与所述衬板单元信号连接，
[0027] 在所述交流层上设置有位于所述容纳腔的第二端之外的交流电连接器，在所述交流电连接器上设置电流传感器，所述电流传感器与所述控制电路板信号连接，[0028] 还包括与所述控制电路板信号连接的温度传感器，所述温度传感器能设置在所述衬板单元上。
[0029] 与现有技术相比，本发明的优点在于，通过将衬板设置在散热器的一侧表面上，降低了功率半导体芯片与散热器之间的热阻，提高了该智能化功率模块的散热效率。同时，通过将衬板设置在散热器的一侧表面上有助于减少功率模块的体积和重量。
附图说明
[0030] 下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
[0031] 图1显示了根据本发明的智能化功率模块的爆炸图；
[0032] 图2显示了根据本发明的低感母排的主视图；
[0033] 图3显示了根据本发明的智能化功率模块的剖面图；
[0034] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
[0035] 下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0036] 图1显示了根据本发明的智能化功率模块100的爆炸图。如图1所示，智能化功率模块100包括散热器1、壳体组件7和衬板单元2。其中，壳体组件7设置在散热器1的一侧面上并与散热器1形成容纳腔71。衬板单元2设置在容纳腔71内，并且衬板单元2具有衬板21以及固定设置在衬板21上的功率半导体芯片22。并且衬板单元2的衬板21直接设置在散热器1的该侧表面上。
[0037] 该智能化功率模块100的衬板21直接设置在散热器1上，而避免使用标准封装功率半导体器件的基板。通过这种设置有利于降低热阻，同时，这种布置方式使得智能化功率模块100的结构更紧凑，有助于降低智能化功率模块100的体积和重量。需要注意地是，在本申请中，以如图1所示的衬板21设置在散热器1的上表面上为例进行说明，并且为了表述方便，设置有衬板21的表面也就是图1中的散热器1的上表面称为“第一侧面”。
[0038] 优选地，衬板21可以采用焊接的方式直接固定在散热器1的第一侧面上。而功率半导体芯片22也可以通过焊接设置在衬板21上。这种连接结构简单，并更好地将功率半导体芯片22产生的热量传递到散热器1上。散热器1可以构造为方形。但是散热器1并不限于方形，例如，可根据具体的空间需求设计为其它任意形状。
[0039] 优选地，衬板单元2在散热器1上呈矩阵式分布。通过这种方式使得衬板单元2紧密排列，优化智能化功率模块100的结构，有助于减小智能化功率模块100的体积并提高其功率密度。
[0040] 在一个实施例中，在衬板单元2的外周设置低感母排3。并且将低感母排3设置在容纳腔71内，以实现与衬板单元2的电能传输。优选地，低感母排3为框式的叠层结构，并通过键合线25与衬板单元2的导电层电连接。而为了优化衬板单元2与低感母排3的连接关系，简化结构，各衬板单元2需要与低感母排3邻近，并且衬板单元2的至多三个边与低感母排3邻近。也就是，如图1所示的低感母排3构造为框形结构，而一排衬板单元2设置于框形内。
[0041] 具体地，低感母排3包括直流正层(图中未示出)、直流负层(图中未示出)和交流层(图中未示出)，在相邻的层之间以及最外侧的层上设置绝缘层(图中未示出)。直流正层、直流负层和交流层各个层之间的结构关系可以根据实际情况而选择。也就是，本申请并不限定直流正层、直流负层和交流层的上下位置关系。而具有这种结构的低感母排3有助于实现超薄低感互联方式，既能获得良好的低电感和绝缘性能，同时可降低低感母排3的高度，从而减小智能化功率模块100的体积。
[0042] 在直流正层上设置位于容纳腔71的第一端之外的直流正电连接器33，在直流负层上设置位于容纳腔71的第一端之外的直流负电连接器32。直流正电连接器33与直流负电连接器32形成为插拔式接头31，如图3所示。本申请所述的“第一端”与图1中所示的左端一致。优选地，如图1所示，直流正电连接器33包括至少两个相对式间隔设置的弹片39，同时，直流负电连接器32也包括至少两个相对式间隔设置的弹片39，并且，直流正电连接器33的两个弹片39与直流负电连接器32的两个弹片39相对应设置以形成插拔式接头31。需要说明地是，在直流正电连接器33和直流负电连接器32之间具有绝缘层延伸的绝缘件34。通过这种设置插拔式接头31可以顺利实现智能化功率模块100与系统的快速插拔式连接。
[0043] 交流层向第二端延伸以形成交流接口35。本申请所述的“第二端”与图1中所示的右端一致，也就是与“第一端”相对。优选地，交流接口35可以构造为弹片状。可选择地，在交流接口35处设置电流传感器5，此电流传感器5可以与控制电路板6信号连接的。在设置有电流传感器5的情况下，可通过设置与交流接口35连接的转接铜排37，而实现与外电路连接。转接铜排37构造为由电流传感器5的第二端突出的折弯板状。
[0044] 直流正电连接器33与直流正层可为一体化制造，也可以为分体式结构，并通过焊接、铆接或者螺栓等连接方式固定。同理地，直流负电连接器32与直流负层可为一体化制造，也可以为分体式结构，并通过焊接、铆接或者螺栓等连接方式固定。交流接口35与交流层可为一体化制造，也可以为分体式结构，并通过焊接、铆接或者螺栓等连接方式固定。
[0045] 智能化功率模块100还包括有控制电路板6。控制电路板6与衬板单元2信号连接，以实现控制电路板6的驱动、监测、保护和诊断等智能化控制功能。优选地，在控制电路板6的第二端设置电源接口61，用于为控制电路板6供给低电压。在控制电路板6的第二端设置有光纤接口62，以实现控制电路板6与上层控制单元的通信。在控制电路板6的第二端还设置有电流传感器接口63，以实现控制电路板6与电流传感器5的连接。通过上述设置能保证控制电路板6的正常工作，并且有利于信号传输，降低干扰。另外，上述设置方式有助于智能化功率模块100优化布局，通用化程度高。
[0046] 为了保证智能化功率模块100的正常工作，避免不同的部件之间的干扰，在容纳腔71内设置隔板72，以将容纳腔71分为第一容纳腔73和第二容纳腔74。控制电路板6设置在第一容纳腔中。而衬板单元2和低感母排3设置在第二容纳腔74中。通过上述设置有利于各部件之间的信号隔离，降低了互相干扰。同时，通过设置壳体组件7优化了智能化功率模块100的整体结构，使其具有集成度高、体积小、重量轻等优点。而为了生产制造方便，壳体组件7可以构造为分体式结构，例如，壳体组件7可以包括第一壳75和第二壳76。第一壳75为框状结构，并扣合在散热器1上。而隔板72构造为盒状结构。盒状结构的隔板72的开口朝向第二壳76方向，并设置在第一壳75的上开口处以形成第二容纳腔74。而第二壳76构造为板式结构，盖合在隔板72的开口处以形成第一容纳腔73。当然，第二壳76也可以构造为盒式结构，开口向下地设置在隔板72的开口处以形成第一容纳腔73。
[0047] 需要说明的是，在衬板21的导电层上设置插针23。插针23穿过隔板72与控制电路板6连接，以实现控制电路板6与衬板单元2的信号传输。
[0048] 在第二容纳腔74中注入绝缘材料，以将衬板单元2、低感母排3和插针23等封装于其内部。例如，绝缘材料可以为硅胶、硅橡胶或环氧材料等。通过这种设置能保证智能化功率模块100的稳定正常工作，延长使用寿命。
[0049] 在一个实施例中，在散热器1的第一端面上设置导向销11。在安装智能化功率模块100的过程中，导向销11用于为智能化功率模块100导向和定位。在安装过程中，导向销11还起到了缓冲冲击力的作用。另外，在智能化功率模块100安装到位后，该导向销11还起到了固定智能化功率模块100的作用。优选地，可在散热器1的第一端面上设置两个导向销11，并且两个导向销11设置在方形的散热器1的同一侧的两个角处。
[0050] 散热器1的冷却液入口13和冷却液出口14均设置在散热器1的第二端。同时，在散热器1的第二端面上设置至少两个螺纹孔，以方便智能化功率模块100于外界的连接固定。
[0051] 为了进行温度信号的采集，衬板单元2上还可以设置有温度传感器，其具体安装位置根据功率半导体芯片22的实际发热情况而设定，控制电路板6通过插针23对上述的温度信号进行采集，以用于驱动、监测、保护及诊断等智能化控制。
[0052] 根据实际需要，可选择性地在控制电路板6上设置电流传感器，控制电路板6可以通过上述的电流传感器进行电流信号采集，以用于驱动、监测、保护以及诊断等智能化控制。
[0053] 此外，还可选用内部带有电流测量及温度测量的功率半导体芯片22，以实现芯片级的快速、准确的监测，控制电路板6通过插针对上述信号进行采集，用于驱动、监测、保护及诊断等智能化控制。
[0054] 以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
