一种功率组件和光伏逆变器的制作方法

本发明涉及光伏逆变器，具体涉及一种功率组件和光伏逆变器。

背景技术：

1、光伏逆变器能够将来自光伏组件的直流电转换为交流电，并将交流电输送至电网或负载。光伏组件包括多个光伏组串，每个光伏组串包括多个串联的光伏板，光伏板用于将光能转换为电能，每个光伏板产生的电能为直流电。在光伏逆变器的功率电路板中，一般包括升压部分和逆变部分，升压部分大多采用飞跨电容型的boost升压电路，接入外部直流输入后升压并通过母线电容输出至逆变部分；逆变部分采用npc或anpc三电平拓扑电路，通过开关管的启闭，将直流输入转换为交流输出。

2、由于功率电路板上半导体器件数量众多，导致功率电路板发热量巨大，需要通过外置散热器进行主动散热。散热器的一侧导热面会贴靠在电路板上半导体器件的散热面，然后用风扇带动散热器鳍片位置的空气流动，将散热器的热量带走。但是，电路板上的半导体器件存在散热不均的问题。具体来说，一般在功率电路板的上侧位置会设置为逆变部分，包括多组沿左右方向布置的逆变单元，功率电路板的下侧位置为升压部分，包括多组沿左右方向和上下方向布置的升压单元，并且散热器通常被升压部分和逆变部分共用，即同一散热齿所界定出的风流方向通常沿板体的上下方向流动，位于上方的逆变部分和位于下方的升压部分会共用同一个散热齿所界定的风道。在逆变部分中，位于左右方向的中间位置的半导体器件，会受到其左右两侧的其他半导体器件的发热影响，以及其下方的升压部分的半导体器件的发热影响，同时散热器的风流方向是从升压部分流向逆变部分，风流带动的热量流动会在逆变部分的位置产生热量的积累，多种因素影响，导致逆变部分中位于中间位置的半导体器件的散热效率较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种功率组件和光伏逆变器，该功率组件能够改善电路板上逆变部分位于中间位置的半导体器件的散热效率。

2、为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、技术方案一：一种功率组件，包括电路基板和设于电路基板上的第一变流模块、第二变流模块，所述第一变流模块、第二变流模块均通过设于电路基板的第一面的多个半导体开关器件形成对应的多个第一变流单元、第二变流单元，其中所述第一变流模块位于所述第二变流模块的上方位置，第一变流模块中的各第一变流单元沿左右方向依次布置；定义所述电路基板左右方向的中间位置为内侧，两侧位置为外侧；所述第二变流单元包括多个由半导体开关器件形成的变流管件，各第二变流单元的各变流管件均由电路基板的外侧朝向内侧依次布置，且由外侧至内侧，位于更靠近内侧位置的变流管件，相比位于更靠近外侧的相邻的另一变流管件，远离第一变流模块；属于同一外侧位置的各第二变流单元，以各自的变流管件互相对应的方式沿上下方向依次排列布设，且至少存在一组位于内侧的分属不同第二变流单元的多个变流管件的排列方向由上至下由外至内倾斜。

4、基于技术方案一的技术方案二：属于同一外侧位置的多个第二变流单元，除最外侧的变流管件外，其他的变流管件的排列方向均由上至下由外至内倾斜。

5、基于技术方案一的技术方案三：属于同一外侧位置的多个第二变流单元，在上下位置上对应的变流管件的排列方向，均由上至下由外至内倾斜。

6、基于技术方案二或三的技术方案四：所述变流管件的类型包括高损耗管件和低损耗管件，在同一第二变流单元中，高损耗管件相对低损耗管件位于电路基板的外侧位置。

7、基于技术方案四的技术方案五：所述第一变流模块包括三个沿左右方向间隔预设距离依次布置的第一变流单元，各第二变流单元中高损耗管件与低损耗管件之间的界限对应于位于中间位置的第一变流单元与位于两侧位置的两个第二变流单元之间的界限。

8、基于技术方案四或五的技术方案六：所述高损耗管件为受控启闭的开关管件，低损耗管件为用于控制电流方向的二极管件，每一第二变流单元包括两组开关管件和两组二极管件，每一组或每两组开关管件、二极管件均适于作为所述的变流管件布置于所述电路基板。

9、基于技术方案六的技术方案七：每一所述第二变流单元还包括飞跨电容，其设于所述电路基板的第二面，并与对应的变流管件电性连接；属于同一外侧位置的各第二变流单元中，各飞跨电容位置对应地由上至下由外至内倾斜布设，以形成沿左右方向布置的两个飞跨单元；所述飞跨单元的位置与其所属的属于同一外侧位置的各第二变流单元中高损耗管件与低损耗管件之间的界限对应。

10、基于技术方案七的技术方案八：还包括设于电路基板第二面的电容模块，其用于作为母线电容连接第一变流单元和第二变流单元；所述电容模块包括第一电容单元和第二电容单元；第一电容单元位于第一变流单元和第二变流单元之间；第二电容单元位于电路基板左右方向的中间位置，其伸入至两个所述飞跨单元之间且位置与第二变流模块中未设置变流管件的区域对应。

11、基于技术方案八的技术方案九：所述第二变流模块还包括与飞跨单元贴近设置的飞跨电路板，所述飞跨电路板上设有若干贯通孔以供风流通过并为伸入至两个所述飞跨电容之间的第二电容单元散热；所述飞跨单元中的飞跨电容的电容器件在对应于贯通孔的位置相互间隔以避让所述贯通孔；所述飞跨电路板上还设有若干连接飞跨电容与电容模块的飞跨二极管，至少部分的飞跨二极管横跨所述贯通孔设置且其在垂直于贯通孔轴向的投影面的投影形状与贯通孔的投影形状交错。

12、此外，本发明还提供技术方案十：一种光伏逆变器，其包括如技术方案一至九任一项所述的功率组件和用于为功率组件散热的散热器；所述功率组件中的第一变流模块、第二变流模块分别用于实现逆变功能和升压功能；所述散热器的散热面贴靠于所述功率组件上的半导体开关器件，且散热器的风流方向由第二变流模块的位置指向第一变流模块的位置。

13、由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

14、技术方案一提供一种功率组件，该功率组件包括电路基板和两个变流模块，其中第一变流模块中的各第一变流单元沿左右方向依次布置在电路基板上，第二变流模块位于第一变流模块下方；在常规的电路器件布局中，由于第一变流模块中各个第一变流单元的布置方式，位于中间位置的第一变流单元会受到其左右两侧的其他第一变流单元的影响，以及位于其下方的第二变流单元的影响，同时还会因为散热器的风流方向是从第二变流模块指向第一变流模块出现热量的积累，因此这个位置的第一变流单元会存在散热效率差的问题；

15、本技术方案中，对第二变流模块的布局进行了改进，将第二变流模块中的各个第二变流单元的变流管件，按照由外至内的顺序，令各个变流管件呈逐渐远离第一变流模块的方式呈阶梯状分布，由此使得靠近中间位置的第二变流单元的变流管件与第一变流模块的距离更远，使得第二变流单元的变流管件产生的热量在对应的散热齿上可以具备足够的距离向其他未设置半导体器件的区域传导，而不是仅能向位于风流末端的第一变流单元传导，从而减少这部分的变流管件的发热对第一变流单元散热的影响；但是，简单地将这部分变流管件移动至更远离第一变流模块的位置，要么就需要增加电路基板在上下方向的尺寸，要么就需要减小上下方向上相邻的第二变流单元中位置对应的变流管件在上下方向的间距；在电路基板的尺寸被限定的情况下，本技术方案创造性地通过将位于内侧的分属不同第二变流单元的多个变流管件的排列方向由上至下由外至内倾斜，使得位置下移的这部分变流管件之间在上下方向上产生朝向左侧或右侧的错位，这种错位布设的布局，可以保证相邻的变流管件之间具有足够的安规距离，同时又可以缩减这部分变流管件在上下方向的间距，使得在不改变电路基板的尺寸的前提下，可以将变流管件设置为呈阶梯状分布；并且，由于这部分变流管件沿倾斜方向排列布设，散热器的风流在从第二变流模块的位置流动至第一变流模块的位置的过程中，经过的单位面积的变流管件更少，因此积累到第一变流模块位置的热量就更少，也就更有利于中间位置的第一变流单元的散热。

16、技术方案二、三中，可以设置部分或全部的变流管件都沿倾斜方向排列布设，基于相同的自然原理，积累到第一变流模块的热量会更少，有利于整个第一变流模块的散热，同时可以缩短同一第二变流单元中各个变流管件的距离，也就可以缩短电路基板中的电连接线路的长度，降低电路基板电连接线路布局的复杂程度。

17、技术方案四中，将第二变流单元中的变流管件按照损耗高低，分为高损耗管件和低损耗管件，在一个开关周期内，高损耗管件相比低损耗管件的发热量更大，将发热量较低的低损耗管件设置在电路基板的内侧位置，发热量较高的高损耗管件设置在电路基板的外侧位置，进一步降低变流管件的发热对位于中间位置的第一变流单元散热的影响。

18、技术方案五中，设置三个第一变流单元，中间位置的第一变流单元与两侧位置的第一变流单元间隔预设距离，形成一个区隔的空隙，该位于中间位置的第一变流单元与该空隙邻接的部分为该第一变流单元散热性能最恶劣的部分，令高损耗管件与低损耗管件之间的界限对应于这个空隙，降低高损耗管件对中间位置的第一变流单元散热的影响。

19、技术方案六中，高损耗管件为受控启闭的开关管件，低损耗管件为用于控制电流方向的二极管件，每一组或每两组开关管件、二极管件都可以作为变流管件在电路基板上进行布置，也就是说可以采用两组开关管件作为一个变流管件，以及两组二极管件作为两个变流管件的组合方式进行布置，这种优选的布置方案可以在电路基板的尺寸受限的情况下，使位于外侧的变流管件与第一变流模块具有适当的距离，而位于内侧的多个变流管件与第一变流模块的距离尽量增大。

20、技术方案七中，设置飞跨电容，实现平衡电压、能量存储的功能，飞跨电容也沿着倾斜方向布设形成飞跨单元，并且位置与第二变流单元中高损耗管件和低损耗管件之间的接线对应，也就是说飞跨单元的位置与开关管件和二极管件的距离都接近，从而减小整体电路的环路面积，减小电路基板上不同电气器件之间的电磁干扰。

21、技术方案八中，设置电容模块作为母线电容，其中电容模块的第一电容单元布置在第一变流模块和第二变流模块之间，第二电容单元可以利用两个飞跨单元之间的空间，以及左右两侧的第二变流单元之间的空间进行布置，减小电容模块在上下方向上的占据面积，使得第二变流模块在电路基板上有更大的空间进行布置；并且可以减小第二变流单元、飞跨单元与电容模块之间的距离，从而减小整体电路的高频环路面积，减小电路基板上不同电气器件之间的电磁干扰。

22、技术方案九中，设置飞跨电路板，通过飞跨电路板电连接飞跨电容以对其进行控制，飞跨电路板上设置贯通孔，在光伏逆变器中可以设置扰流风机，让扰流风机的风穿过贯通孔进而为两个飞跨单元之间的第二电容单元散热，可以在飞跨单元倾斜设置造成迎风角度较小、迎风面积不足的情况提高两个飞跨单元间的第二电容单元的散热效率；同时飞跨电路板上的飞跨二极管可以对应贯通孔进行设置，利用贯通孔位置的风流对飞跨二极管进行高效的散热。

23、技术方案十提供一种光伏逆变器，该光伏逆变器包括上述的功率组件和用于为功率组件散热的散热器；通过采用布局改进的功率组件，该光伏逆变器具有更为可靠的热稳定性。