CN108880286A - 基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高压直流阀堆散热技术领域，尤其涉及一种基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法，包括：将芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块，两个芯片共用同一个散热片，再将多个小型整流器模块串联形成大的整流器结构。本发明针对整流臂的结构为上下臂反向的特点，结合芯片单向散热的特征，在不影响元件正常工作的前提下，改变常规的连接方式，两个芯片共用同一个散热片，与原来连接方式相比，散热片的数量节省一半，精简元器件结构。

Description

基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法

技术领域

本发明属于高压直流阀堆散热技术领域，尤其涉及一种基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法。

背景技术

随着高压直流输电电网的发展，高压直流阀堆得到广泛的应用。下面以AC/DC整流器为例进行说明(DC/AC、DC/DC、AC/AC等整流逆变器也是如此)。三相全桥整流电路中，每个整流臂上的高压直流阀堆均由若干片晶闸管或IGBT同向串联而成。以碟簧压接式IGBT为例，正常连接时，所有芯片模块同向串联，其电气连接符合规范。但通过实验可以发现，在正常工作条件下，模块通过电流时，发热的主要部位是模块里的芯片，芯片的温度最高。芯片有上下两种散热途径，向上依次通过上接触片、上导电片、碟簧、上盖板与上散热片散热，向下经过下接触片、下盖板与散热片散热。如图1、图2所示。图1从上到下依次为：上盖板(铝材料)、蝶簧(铜材料)、上导电片(银材料)、上接触片(钼材料)、芯片(硅材料)、外护套(工程塑料材料)、下接触片(钼材料)。为方便观察，已经将芯片内部结构从外护套内提出。从图2中可见，芯片所在区域为高温区，两端为低温区。从芯片到下接触板的距离非常近，几乎所有热量都从这一侧传导出去。通过观察可发现，向上散热的途径较长，散热效率较低，热量主要通过以向下传导的方式散发，可以大致认为单向散热。

目前在高压直流阀堆中，每一个阀片就需要加装一个散热片，所以每个装置的散热均需要大量的散热片来满足散热需求，且总体机构比较复杂，但实际上碟簧压接式IGBT的散热基本上以单向散热为主，上盖板的热量实际上主要来源于散热片，散热片利用效率较低。每一个阀片就需要加装一个散热片，使用量也较大。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法，包括：将芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块，两个芯片共用同一个散热片，再将多个小型整流器模块串联形成大的整流器结构。

所述方法具体包括：

步骤1、针对设计需要确定芯片为偶数个，如芯片为奇数，则增加一个，形成冗余设计；

步骤2、以三相全桥整流电路为例，将三相12个芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块；

步骤3、将小型整流器模块作为基本单元，逐级串联形成大的整流器结构；

步骤4、核算所有电压电流裕度达到系统设计要求。

本发明的有益效果：

针对整流臂的结构为上下臂反向的特点，结合芯片单向散热的特征，在不影响元件正常工作的前提下，改变常规的连接方式，两个芯片共用同一个散热片，与原来连接方式相比，散热片的数量节省一半，精简元器件结构。

附图说明

图1为压接式IGBT芯片模块内部结构。

图2压接式IGBT芯片模块额定工况下温度分布。

具体实施方式

针对整流臂的结构为上下臂反向的特点，结合芯片单向散热的特征，在不影响元件正常工作的前提下，本发明提出一种一种基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法，包括：将芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块，两个芯片共用同一个散热片，再将多个小型整流器模块串联形成大的整流器结构。

所述方法具体包括：

步骤1、针对设计需要确定芯片为偶数个，如芯片为奇数，则增加一个，形成冗余设计；

步骤2、以三相全桥整流电路为例，将三相12个芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块；

步骤3、将小型整流器模块作为基本单元，逐级串联形成大的整流器结构；

步骤4、核算所有电压电流裕度达到系统设计要求。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于芯片与系统统一优化的高压直流阀堆结构设计方法，其特征在于，包括：将芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块，两个芯片共用同一个散热片，再将多个小型整流器模块串联形成大的整流器结构。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤1、针对设计需要确定芯片为偶数个，如芯片为奇数，则增加一个，形成冗余设计；

步骤2、以三相全桥整流电路为例，将三相12个芯片模块两两反接形成一个小型整流器模块；

步骤3、将小型整流器模块作为基本单元，逐级串联形成大的整流器结构；

步骤4、核算所有电压电流裕度达到系统设计要求。