*CN102856314A*
(10)申请公布号 CN 102856314 A(43)申请公布日 2013.01.02
(12)发明专利申请
(21)申请号 201210310511.4(22)申请日 2012.08.29
(71)申请人永济新时速电机电器有限责任公司
地址044500 山西省运城市永济市电机大街
18号(72)发明人常军 陶崇勃 刘广强
(74)专利代理机构太原科卫专利事务所(普通
合伙) 14100
代理人朱源(51)Int.Cl.
H01L 25/11(2006.01)H01L 23/02(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页权利要求书1页 说明书3页 附图3页
(54)发明名称
6500V二极管高压模块(57)摘要
本发明具体为一种6500V二极管高压模块，解决了现有的二极管模块在同样大小的尺寸情况下无法达到更高的额定电压和绝缘电压的问题。6500V二极管高压模块，包括底板，底板上设有外壳框，外壳框上方设有外壳盖，外壳框内设有左右两组单管结构，每组单管结构由下至上叠放设置的陶瓷片、电极、管芯、另一电极、绝缘垫块和导柱组成，两组单管结构的四个电极在外壳盖上间隔布置，正负之间设有凹槽，底板在左右两组单管结构安装位置下方开有环槽，外壳框在左右两组单管结构安装位置四周设有导流槽，采用两次环氧灌封和硅凝胶灌封。本发明使外形尺寸符合原安装尺寸要求的同时达到高绝缘的要求，结构合理、安全可靠、成本低廉。CN 102856314 ACN 102856314 A
权 利 要 求 书
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1.一种6500V二极管高压模块，其特征在于：包括底板（1），底板（1）上设有外壳框（2），外壳框（2）上方设有外壳盖（5），外壳框（2）内设有左右两组单管结构，左侧的单管结构由下至上叠放设置的陶瓷片（12）、电极Ⅳ（11）、管芯（10）、电极Ⅲ（6）、绝缘垫块（9）和导柱（7）组成，右侧的单管结构由另一组由下至上叠放设置的陶瓷片（12）、电极Ⅰ（3）、管芯（10）、电极Ⅱ（4）、绝缘垫块（9）和导柱（7）组成，导柱（7）上都套有碟形弹簧（8），电极Ⅳ（11）、电极Ⅲ（6）、电极Ⅱ（4）和电极Ⅰ（3）伸出外壳盖（5）顶端形成左上、左下、右上、右下布置的四个电极，外壳盖（5）上在电极Ⅳ（11）和电极Ⅲ（6）之间、电极Ⅱ（4）和电极Ⅰ（3）之间设有凹槽，底板（1）在左右两组单管结构安装位置下方开有环槽（16），外壳框（2）在左右两组单管结构安装位置四周设有导流槽（17），底板（1）和外壳框（2）之间涂覆硅橡胶作为粘结剂进行组装，在两组单管结构安装之前在底板（1）上先设首次环氧灌封（15），在两组单管结构安装后在外壳框（2）内设硅凝胶灌封（14）及二次环氧灌封（13），电极Ⅳ（11）、电极Ⅲ（6）、电极Ⅱ（4）和电极Ⅰ（3）采用薄铜排电极。
2.根据权利要求1所述的6500V二极管高压模块，其特征在于：陶瓷片（12）选用氮化铝陶瓷片。
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说 明 书6500V二极管高压模块
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技术领域
本发明涉及兆瓦级工程作业挖泥船驱动变流器的配件，具体为一种6500V二极管
高压模块。
[0001]
背景技术
随着工程作业船舶工业的快速发展，以及国家对设备国产化的要求，为6500V二
极管高压模块的推广应用提供了一个良好的市场机遇。市场上的模块采用陶瓷片增加底板与内部电路的绝缘、灌封硅凝胶作为内部绝缘。模块电压一般在2800V以下，工频绝缘电压不超过4000V，整体为三电极。5000V晶闸管模块，使用的是标准的463Y3模块结构件，采用了底板挖槽，增加陶瓷片厚度，环氧灌封，硅凝胶灌封。虽然电压增加了，但是外形长度、宽度尺寸和安装尺寸不变，只有模块的圆柱电极高度比普通电压模块有所增加，达到55mm，整体仍然为三电极，外形尺寸为124mm×63mm。模块一般采用陶瓷片绝缘和硅凝胶灌封即可达到最终的绝缘目的，但是对于高电压的绝缘，增加陶瓷片厚度将会导致模块的外形尺寸的增加。模块要求在厚度不增加的情况下，能够达到高绝缘的要求，同时让外形尺寸符合原安装尺寸要求，目前还没有实现。
[0002]
发明内容
[0003] 本发明为了解决现有的二极管模块在同样大小的尺寸情况下无法达到更高的额定电压和绝缘电压的问题，提供了一种6500V二极管高压模块。[0004] 本发明是采用如下技术方案实现的：6500V二极管高压模块，包括底板，底板上设有外壳框，外壳框上方设有外壳盖，外壳框内设有左右两组单管结构，左侧的单管结构由下至上叠放设置的陶瓷片、电极Ⅳ、管芯、电极Ⅲ、绝缘垫块和导柱组成，右侧的单管结构由另一组由下至上叠放设置的陶瓷片、电极Ⅰ、管芯、电极Ⅱ、绝缘垫块和导柱组成，导柱上都套有碟形弹簧，电极Ⅳ、电极Ⅲ、电极Ⅱ和电极Ⅰ伸出外壳盖顶端形成左上、左下、右上、右下布置的四个电极，外壳盖上在电极Ⅳ和电极Ⅲ之间、电极Ⅱ和电极Ⅰ之间设有凹槽，底板在左右两组单管结构安装位置下方开有环槽，外壳框在左右两组单管结构安装位置四周设有导流槽，底板和外壳框之间涂覆硅橡胶作为粘结剂进行组装，在两组单管结构安装之前在环槽处设首次环氧灌封，在两组单管结构安装后在导流槽处设硅凝胶灌封及二次环氧灌封，电极Ⅳ、电极Ⅲ、电极Ⅱ和电极Ⅰ采用薄铜排电极。[0005] 在底板上设环槽增加绝缘距离；在外壳框设置导流槽，改变灌封的效果；外壳框、底板以及外壳盖形成两个单独的区域安装两组单管结构，灌封后相互隔离；所有电极采用薄铜排电极，在降低模块的高度同时，减小了两只管芯并联时的压降误差；电极片的形状根据外壳框内的空间和伸出外壳盖的位置设计，这是本领域技术人员熟知的，这种结构减小了模块的外形尺寸；绝缘垫块、导柱和弹簧垫圈增加了绝缘效果；凹槽增加了正负电极间的爬电距离；涂覆硅橡胶作为粘结剂，可以防止环氧灌封时环氧渗出；首次环氧灌封增加底板与内部电路的绝缘效果，硅凝胶灌封在保护内部元器件的同时增加内部电路的绝缘效
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说 明 书
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果和散热性能，二次环氧灌封固化，使模块具有一定的防震性。[0006] 本发明的有益效果如下：
1）设备投入少。本发明中生产组装所需设备与普通模块生产设备基本相同，反向额定电压的测试设备可直接使用现有设备进行，不需对原有厂房电力设备进行改造，即可满足测试需求。试验系统升级改造不需投入新设备，即可完成耐压等级试验要求，利用现有的万伏绝缘测试设备即可进行10200V的工频耐压测试。[0007] 2）试验系统占用厂房面积小，减少试验基建费用。本发明技术方案中，不需要调压设备，不需配电设备，并且对电力系统要求小，可不用建设专门试验机组设备间，大大减少试验基建费用。[0008] 3）经济效益可观。本发明可替代国外的高压IGBT模块，进口的高压IGBT模块非常昂贵，价格达到1.2万元，本发明的价格只有7000元，每只模块可节省5000元。每条工程作业船舶使用4~8个变流柜，每个变流柜使用32只这样的模块，共使用128~256只模块，每条工程作业船舶可节省64~128万元。以每年生产5条工程作业船计算，就可节约500万元左右的成本。
[0009] 本发明的额定电压6500V，绝缘电压10.2kV，高度48mm，模块外形宽度不大于72mm，底板宽度为140mm，长度不超过190mm，整体为两正两负四电极，并且电极位置确定，使外形尺寸符合进口IGBT原安装尺寸要求的同时达到高绝缘的要求，结构合理、安全可靠、成本低廉。附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视结构示意图；图3为图1中底板的结构示意图；图4为图1中外壳框的结构示意图；图5为图4中B-B的剖视结构示意图。[0011] 图中：1-底板，2-外壳框，3-电极Ⅰ，4-电极Ⅱ，5-外壳盖，6-电极Ⅲ，7-导柱，8-碟形弹簧，9-绝缘垫块，10-管芯，11-电极Ⅳ，12-陶瓷片，13-二次环氧灌封，14-硅凝胶灌封，15-首次环氧灌封，16-环槽，17-导流槽。
[0010]
具体实施方式
[0012] 结合附图对本发明的实施方式作进一步的描述。[0013] 6500V二极管高压模块，包括底板1，底板1上设有外壳框2，外壳框2上方设有外壳盖5，外壳框2内设有左右两组单管结构，左侧的单管结构由下至上叠放设置的陶瓷片12、电极Ⅳ11、管芯10、电极Ⅲ6、绝缘垫块9和导柱7组成，右侧的单管结构由另一组由下至上叠放设置的陶瓷片12、电极Ⅰ3、管芯10、电极Ⅱ4、绝缘垫块9和导柱7组成，导柱7都上套有碟形弹簧8，电极Ⅳ11、电极Ⅲ6、电极Ⅱ4和电极Ⅰ3伸出外壳盖5顶端形成左上、左下、右上、右下位置的四个电极，外壳盖5上在电极Ⅳ11和电极Ⅲ6之间、电极Ⅱ4和电极Ⅰ3之间设有凹槽，底板1在左右两组单管结构安装位置下方开有环槽16，外壳框2在左右两组单管结构安装位置四周设有导流槽17，底板1和外壳框2之间涂覆硅橡胶作为粘结
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剂进行组装，在两组单管结构安装之前在环槽16处设首次环氧灌封15，在两组单管结构安装后在导流槽17处设硅凝胶灌封14及二次环氧灌封13，电极Ⅳ11、电极Ⅲ6、电极Ⅱ4和电极Ⅰ3采用薄铜排电极。[0014] 具体实施过程中，陶瓷片12选用氮化铝陶瓷片。氮化铝陶瓷片导热性能高，热膨胀系数与硅相近，防止模块处于高温时因为应力而破坏管芯10。
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说 明 书 附 图
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