CN102882385B - 用于三电平功率变换器的叠层母排结构以及功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于三电平功率变换器的叠层母排结构以及功率变换器。该叠层母排结构包括:第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述三电平功率变换器中器件与中点电位的电气连接;第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述三电平功率变换器中各器件与所述三电平功率变换器的正直流输入、负直流输入、交流输入输出的电气连接以及各器件之间的电气连接。本申请可有效降低寄生电感。

Description

用于三电平功率变换器的叠层母排结构以及功率变换器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种叠层母排,尤其涉及一种两层排布的叠层母排结构以及基于该叠层母排的三电平功率变换器。
背景技术
[0002]目前,变频器在工业领域得到了广泛的应用,并且正在朝着高电压、大电流、高功率密度、高可靠性以及低成本的方向发展。在高压变频领域,变频器的功率变换部分由于受到半导体器件性能的制约,而普遍采用二极管钳位三电平拓扑结构来进行功率变换。
[0003] 图1为示出了典型的二极管钳位三电平拓扑结构中的一相电路的电路图。虽然图1仅示出了典型的二极管钳位三电平拓扑结构中的一相电路,但对于三相二极管钳位三电平拓扑结构而言,其余两相电路具有与图1所示的电路相同的特征。在图1中,S1, S2, S3,S4为可控型半导体开关器件,分别与S P S2、S3、&相并联的FWD P FffD2, FffD3, FWD4S续流二极管,D1'D2为中点钳位二极管,C i为上桥臂母线电容,C2为下桥臂母线电容,P为正直流母线,N为负直流母线,NP为中点母线,AC为交流输入输出母线。
[0004] 如图1所示,这种二极管钳位三电平拓扑结构的特点在于使每支半导体器件的工作电压减半,但是和两电平拓扑结构相比,变频器的功率单元所包含的半导体器件数量增多,同时结构也变得更加复杂。增多的半器件数量和链接复杂度使得功率单元的线路寄生电感不能再被忽略。特别是,在目前半导体器件开关速度日益加快并且额定电流日益增大,寄生电感会在半导体器件正常关断或者短路故障关断时感应出较大的电压,这会增加半导体器件瞬间的电气应力,从而降低了可靠性,甚至会导致半导体器件的损坏。因此,变频器功率单元结构的合理布局以减小寄生电感显得格外重要。
[0005] 图2A-图2C为示出了现有技术的二极管钳位三电平拓扑结构用于减小寄生电感的感应电压对半导体器件影响所采用方法的示例的电路图。
[0006] 如图2A-2C所示,现有技术中减小二极管钳位三电平拓扑结构中的寄生电感的感应电压对半导体器件影响所采用的方法为在半导体开关器件两侧并联Snubber电路(钳位电路),典型的拓扑有R、RC、RCD等。在可控型半导体器件S1关断时,寄生电感上的能量会被钳位电路中的储能元件吸收,从而抑制住了此时S1两侧的电压。虽然使用钳位电路的这种方法可简单有效地减小这种影响,但是在半导体器件S1下次导通时,钳位电路之前所吸收的能量会通过半导体器件S1释放,这会给半导体器件带来了额外的开通损耗,使半导体器件的动态性能恶化。另外,由于上述方法额外增加了高压器件,因而会带来变流器的失效率增加,功率密度降低以及成本提高等缺点。
[0007]目前,另一种降低这种寄生电感的方式是功率变换部分中的连接和引线以叠层母排的方式来实施。叠层母排具有寄生电感小,同时能有效抑制EMI (电磁干扰)等优点,较好的解决了上述问题,因此在大功率变频领域得到了广泛的应用。
[0008] 为减小寄生电感,在设计叠层母排时可使流过各层导体的电流呈镜像对称,这种对称度越高,导体内部电流回路的面积就会越小,在磁通密度一定的情况下磁通量就越小,因此寄生电感也越小。虽然叠层母排中由于叠层的原因而使得各层导体之间的电流回路所产生的寄生电感值非常小,其可以被近似忽略,但是现有技术中的叠层母排依然存在其它问题。例如,特别是在二极管钳位三电平电路结构中,由于元件的个数增多,并且元件本身的面积增大,往往需要多层叠层母排才能实现这样复杂的电气连接,同时制作这种多层叠层母排的加工成本会很高。此外,随着母排层数的增加,寄生电感本可以近似忽略的部分也随着叠层母排之间的绝缘层厚度的增加而增大,叠层母排中层与层之间的绝缘处理也较为复杂。
[0009]例如,美国专利 N0.US6456516B1,名称为 “Provis1n ofa low-1nductiverailfor three-point phase module”,提出了一种叠层母排结构。该专利所提出的叠层母排结构为三层母排叠层设计,并且可以推广到由N个半导体开关器件串联的二极管钳位三电平拓扑。该专利虽然可以一定程度上减小寄生电感,但是由于该专利中所采用的叠层母排结构仍是多层母排结构,因此,每两层母排之间都需要相应厚度的绝缘层进行绝缘处理,这不但使得叠层母排的整体厚度较大,并且由于寄生电感主要取决于绝缘层的厚度,从而造成寄生电感的减少很有限。此外,在该专利中,各子母排形状各不相同,而为了使每层母排与半导体开关器件对应的管脚进行连接,需要在各层母排加工出不同深度的折弯以及台阶,这会使得母排制造的工艺变得复杂,而且各母排间需要进行粘合才能防止因母排外形折弯所带来的叠层间缝隙,因此这种母排的电气效果不明显且不利于成本优化。
[0010]同样,另一个美国专利 N0.US7881086B2,名称为 “Power convers1ndevice andfabricating method for the same”提出了一种叠层母排结构。该美国专利US7881086B2所提出的叠层母排结构也包括多层母排结构(4层),因此,也存在母排的层数过多导致低杂散电感的实现效果变差,且同样所有子母排形状各不相同,需要加工出三种形状和尺寸不同的孔,并且叠层过多也导致孔的数量增多(更多的过孔),因此该专利所提出的叠层母排结构也很复杂,且不利于成本优化。
发明内容
[0011] 鉴于上述问题,本申请的一个目的是提供一种用于三电平功率变换器的叠层母排结构,其可有效减小功率变换器中的寄生电感,并且结构简单且易于装配。
[0012] 为实现上述目的,本发明所提出的用于三电平功率变换器的叠层母排结构,包括:第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述三电平功率变换器中各器件与中点电位的电气连接;第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述三电平功率变换器中各器件与所述三电平功率变换器的正直流输入、负直流输入、交流输入输出的电气连接以及各半导体开关器件之间的电气连接。
[0013] 本发明的另一目的是提供一种具有低寄生电感的三电平功率变换器,其包括:半导体器件组,包括:连接在正直流输入和交流输入输出之间的上桥臂器件组,连接在负直流输入和所述交流输入输出之间的下桥臂器件组,其中,所述上桥臂器件组还包括有一端与在所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组之间的中点电位相连接的第一钳位二极管,所述下桥臂器件组包括有一端与所述中点电位相连接的第二钳位二极管;散热板,所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组安装在其上;叠层母排,置于所述半导体器件组上方,包括:第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述第一钳位二极管、所述第二钳位二极管与所述中点电位的电气连接;第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述上桥臂器件组与所述正直流输入、所述交流输入输出的电气连接,所述下桥臂器件组与所述负直流输入、所述交流输入输出的电气连接,以及所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组中各元件之间的电气连接。
[0014] 本申请通过两层母排的设计能够在上述开关过程中,S卩,换流时刻为流经电路的电流提供镜像回路,即,使在上述换流时刻流经上下两层母排的电流方向近似相反,从而可以有效减小功率变换器中的寄生电感,降低开关器件关断时的电压应力,并且两层母排结构简单易实现且易装配。
[0015] 尽管在不背离本发明的新颖性概念的精神和范围可实现其中的变型和修正,但从结合如下附图的如下优选实施例的描述中,本发明的这些和其它方案将变得显而易见。
附图说明
[0016] 附图示出了本发明的一个或多个实施例,与书面描述一起,用来说明本发明的原理。如有可能的话,在附图中通篇使用相同的附图标记来指代实施例的相同或类似的元件,并且其中:
[0017] 图1为示出了典型的二极管钳位三电平拓扑结构中一相电路的电路图;
[0018] 图2A-图2C为示出了现有技术的二极管钳位三电平拓扑结构用于减小寄生电感的感应电压对半导体器件影响所采用方法的示例的电路图。
[0019] 图3A-图3D为分别示出了正常工作时在具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器(也被称为,二极管钳位三电平功率变换器)的一相电路中存在的四种换流回路的电路图;
[0020] 图4A为根据本申请第一实施例的具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的电气线路示意图;
[0021] 图4B为根据本申请第一实施例的具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的器件分布示意图;
[0022] 图5A为根据本申请第一实施例的在具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器中每相功率单元的结构示意图;
[0023] 图5B为本申请第一实施例的叠层母排的结构示意图;
[0024] 图5C为示出了根据本申请第一实施例的子母排A6的结构的示意图;
[0025] 图6A为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路I的分布的示意图;
[0026] 图6B为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路2的分布的示意图;
[0027] 图6C为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路3的分布的示意图;
[0028] 图6D为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路4的分布的示意图;
[0029]图7A为示出了根据本申请第一实施例的具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率的一相功率单元的整体装配的示意图;
[0030] 图7B为示出了图7A所示的功率单元的电气装配的分解示意图;
[0031] 图8A为根据本申请第二实施例的具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的电气线路示意图;
[0032] 图8B为根据本申请第二实施例的具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的器件分布示意图;
[0033] 图9A为根据本申请第二实施例的具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的结构示意图;
[0034] 图9B为根据本申请第二实施例的叠层母排的结构示意图;
[0035] 图9C为示出了根据本申请第二实施例的子母排B6的结构的示意图;
[0036] 图1OA为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路I的分布的示意图;
[0037] 图1OB为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路2的分布的示意图;
[0038] 图1OC为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路3的分布的示意图;
[0039] 图1OD为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路4的分布的示意图;
[0040] 图1lA为示出了根据本申请第二实施例的具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率变换器的整体装配的示意图;
[0041] 图1lB为示出了图1lA所示的功率变换器的电气装配的分解示意图。
具体实施方式
[0042] 下面将详细描述本申请的具体实施例。应当注意,这里描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本申请。
[0043] 现将参考附图(其中示出了本发明的示例实施例)在下文中更全面地描述本发明。然而,可以由多种不同形式来实施本发明,并且本发明不应被解释为限于本文所提出的实施例。更确切地说,提供这些实施例,从而本披露内容将为深入的和完整的,并且将向本领域普通技术人员全面地传达本发明的范围。类似的附图标记通篇指代类似的元件。
[0044] 本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例,而非倾向于作为本发明的限制。如在本文所使用的,除非文中清楚地另有表示,单数形式“一个”、“一”以及“该”也倾向于包含复数形式。还应理解到,当在本文使用术语“包括”和/或“包括有”、“包含”和/或“包含有”、或“具备”和/或“具有”时,这些术语指定了所陈述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,而并未排除一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。
[0045] 除了另有界定之外,本文所使用的所有术语(包含技术和科技术语)具有如同本发明所属的本领域普通技术人员通常理解的相同意义。还应理解到,除了本文所明确限定的之外,术语(如在通用字典中所限定的术语)应被解释为具有与在相关技术和本披露内容中的意思相一致的意思,而不被解释为理想化的或过于形式化的意义。
[0046] 如本文所使用的,术语“多个”表示大于一的数量。
[0047] 图3A-图3D为分别示出了正常工作时在具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率变换器的一相电路中存在的四种换流回路的电路图。
[0048] 换流回路I如图3A所示。参考图3A,换流回路I经由上桥臂母线电容C1、可控型半导体器件S1、钳位二极管D1以及这些器件之间的连接导体至AC输出端,如3A中的箭头所示。由于S1从导通到关断时流经S ^勺电流减小而流经钳位二极管D i的电流增大,因此在寄生电感上感应出的电压会施加在S1I (方向如图3A所示),从而增大开关器件S1的电气应力。
[0049] 换流回路2如图3B所示。参考图3B,换流回路2从AC端经由上桥臂母线电容Cp续流二极管FWDpFWD2、可控型半导体器件S3、钳位二极管D2以及这些器件之间的连接导体,如图3B中的箭头所示。由于S3从导通到关断时流经S 3、D2的电流减小而流经FWD pFWDja电流增大,因此在寄生电感上感应出的电压会施加在&上(方向如图3B所示),从而增大开关器件S3的电气应力。
[0050] 换流回路3如图3C所示。参考图3C,换流回路3从AC端经由下桥臂母线电容C2、可控型半导体器件S4、钳位二极管仏以这些器件及之间的连接导体,如图3C中的箭头所示。由于S4从导通到关断时流经S 4的电流减小而流经D 2的电流增大,因此在寄生电感上感应出的电压会施加在SJ (方向如图3C所示),从而增大开关器件S 4的电气应力。
[0051] 当&从导通到关断时,换流回路4如图3D所示。参考图3D,换流回路4经由下桥臂母线电容C2、可控型半导体器件S2、续流二极管fwd3、fwd4、钳位二极管D1W及这些器件之间的连接导体至AC输出端,如图3D中的箭头所示。由于S2从导通到关断时流经S 2,
电流减小而流经FWD3、FWD4的电流增大,因此在寄生电感上感应出的电压会施加在Sj (方向如图3D所示),从而增大了开关器件S2的电气应力。
[0052] 由此可以看出,在三电平的功率变换器中,开关器件状态切换时由在寄生电感上感应出的电压会增大开关器件的电气应力,从而影响开关器件的性能并可能造成开关器件的损坏,并且会提高在制造功率变换器时对开关器件的性能需求,从而增加制造成本。可通过降低功率变换器的寄生电感来消除上述这种不利影响。
[0053] 因此,本申请提出了一种用于三电平功率变换器的叠层母排结构,包括两层母排,其中一层母排包括中点子母排,用于实现三电平功率变换器中的器件与中点电位的电气连接。而另一层母排可包括多个子母排,分别用于实现所述三电平功率变换器中各器件与三电平功率变换器的正直流输入、负直流输入、交流输入输出的电气连接以及各器件之间的电气连接。
[0054] 作为一个实施例本申请的叠层母排中的两层母排的主体部分分别位于不同的平面。这里所述每层母排的主体部分主要涉及的是每层母排的母排导体部分,下文中将会具体描述这点。
[0055] 本申请通过两层母排的设计能够在上述换流时刻为流经电路的电流提供镜像回路,即,使在上述换流时刻流经上下两层母排的电流方向镜像对称,从而可以有效减小功率变换器中的寄生电感,降低开关器件关断时的电压应力,并且两层母排结构简单易实现且易装配。
[0056] 与图2A-2C所示的方法相比,本申请没有增加元件个数,从而制造工艺更简单,并且不会对开关器件的动态特性产生影响,且由于没有添加额外的元件,而不会降低变流器的失效率、功率密度以及增加成本优化。
[0057] 与美国专利US6456516B1所提出的叠层母排结构相比,在相同的电压等级、相同的绝缘材料及绝缘处理方式下,本申请的两层母排之间的工作电压为母线电压的一半,只需要一层绝缘层,且绝缘层厚度是三层结构的一半,因此寄生电感比三层的叠层母排结构小。此外,本申请的母排加工工艺简单,形状相似且不需要对母排进行特殊的折弯、粘合等处理,从而母排加工成本低。
[0058] 与另一个美国专利N0.US7881086B2所提出的叠层母排结构相比,在相同的电压等级、相同的绝缘材料及绝缘处理方式下,本申请的母排层数明显减少,绝缘层数也减少,寄生电感也会明显相应的减小。此外,本申请的叠层母排上连接孔的形状和数量也大大减少,从而母排加工成本低。
[0059] 下面将结合不同的具体实施例描述根据本申请用于三电平功率变换器的叠层母排的具体结构。
[0060]【第一实施例】
[0061] 如图4A所示,具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器一相电路的上桥臂包括可控型半导体器件(开关器件)Sn、S13以及与其并联的续流二极管FWD n、FWD13,下桥臂包括可控型半导体器件S14、S16以及与其并联的续流二极管FWD14、FWD16,钳位二极管D12的一端连接上桥臂的半导体器件Sn、S13,其另一端连接中点电位。钳位二极管D15—端连接下桥臂的半导体器件S14、S16,其另一端连接中点电位。在正直流输入和中点电位之间,串接有上桥臂母线电容Clltl,在负直流输入和中点电位之间,串接有下桥臂母线电容C12(l。在图4A中,“P”表示正直流输入,“N”表示负直流输入,“NP”表示中点电位,“AC”表示交流输入输出。
[0062] 根据功率变换器中各器件的电气连接关系,在本实施例中,分别将功率变换器中的器件构成不同的开关器件模块,从而可根据这些开关器件模块设置相应的叠层母排结构。例如,如图4A所示,将开关器件S11以及与其并联的FWD η构成开关器件模块11 ;将二极管D12构成开关器件模块12 ;将开关器件S 13及与其并联的FWD 13构成开关器件模块13 ;将开关器件S14及与其并联的FWD 14构成开关器件模块14,将二极管D 15构成开关器件模块15 ;将开关器件S16及与其并联的FWD 16构成开关器件模块16。
[0063] 上述多个开关器件模块形成功率变换器中的功率单元器件组(或可称为半导体器件组)111。如图4Β所示,功率单元器件组111可包括6个处在同一水平面上的开关器件模块11、12、13、14、15、16,所有开关器件模块固定在同一散热基板10上。
[0064] 参考图4Β,为了使布置成两层的叠层母排中流过的电流在换流时刻呈镜像对称,并根据二极管钳位三电平拓扑电路中各器件的电气连接方式,将开关器件模块11、12、13设置在一侧而将开关器件模块14、15、16设置在相对的另一侧。此外,优选地,开关器件模块11与14平行,开关器件12与15平行,开关器件13与16平行。
[0065] 参考图5Α以及7Α,根据本实施例的具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率变换器中,以所述功率变换器中的一相功率单元100为例说明功率变换器中的功率单元的结构,其中功率单元100主要包括散热基板10、包括开关器件模块11、12、13、14、15、16的功率单元器件组111以及子母排Α1、Α2、Α3、Α4、Α5、Α6,其中,每块子母排按照功能分为母排导体部分和母排连接部分。在本实施例中,子母排分别与功率单元中的器件对应连接。具体的,开关器件模块11的管脚C11与子母排Al的连接孔C1/进行电气连接,并且子母排Al的母排连接部分17作为正直流输入端,其经由上桥臂电容(:11(|与正直流输入公共母线连接。开关器件模块11的管脚En、开关器件模块12的管脚K12、以及开关器件模块13的管脚C13分别与子母排Α2的连接孔Εη’、Κ12’以及C13’进行电气连接。开关器件模块13的管脚E13以及开关器件模块16的管脚C16分别与子母排Α5的E 13’、C16’进行电气连接,并且由子母排Α5的母排连接部分110作为AC交流输入输出端。开关器件模块16的管脚E16、开关器件模块15的管脚A15'以及开关器件模块14的管脚C14分别与子母排A3的连接孔E 16’、Α15’、以及C14’进行电气连接。开关器件模块14的管脚E14与子母排Α4的连接孔E 14’进行电气连接,并且子母排Α4的母排连接部分18作为负直流输入端,其经由下桥臂电容(:12(|连接负直流公共母线。开关器件模块12的管脚A12以及开关器件模块15的管脚K 15与位于第一层的中点子母排Α6的连接孔A12’和K15’进行电气连接,并且中点子母排Α6的母排连接部分19作为功率变换器的一相电路的中点电位连接端,其连接上桥臂电容(:11(|以及下桥臂电容。120。
[0066] 在图5Β中,由子母排Α1、Α2、Α3、Α4、Α5、Α6所组成的叠层母排AO的母排连接部分17 (即子母排Al的母排连接部分)与功率变换器的正直流输入公共母线相连,母排连接部分18 (即子母排Α4的母排连接部分)与功率变换器的负直流输入公共母线相连,母排连接部分19 (即子母排Α6的母排连接部分)与功率变换器的中点电位公共母线相连,母排连接部分110 (即子母排Α5的母排连接部分)与交流输入输出公共母线相连。
[0067] 在图5Β所示,在本实施例中,叠层母排AO放置在功率单元器件组111的上方。叠层母排AO包括两层母排。叠层母排AO的第一层母排为中点子母排Α6,其为具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的一相电路的中点电位母线,并具有母排连接部分19。叠层母排AO的第二层母排包括多个子母排Α1-Α5,用于实现开关器件模块与正直流母线、负直流母线、交流输入输出母线以及开关器件模块之间的电气连接,且具有母排连接部分17、18以及110。
[0068] 因此,在本实施例中,叠层母排AO包括Α1-Α6六块子母排。本申请以子母排Α6为例来说明根据本实施例的每块子母排的结构。
[0069] 如图5C所示,子母排Α6包括母排导体部分Α60以及母排连接部分Α61。母排导体部分Α60为子母排Α6用于为开关器件模块中的电流提供流通路径,母排连接部分Α61用于通过有效的连接方式将母排导体Α60与外部器件,例如半导体器件模块、电容、电机、电缆等相连接。母排连接部分Α61依据连接的对象不同,可包括连接端子Α610、连接孔Α611以及过孔Α612等至少其中之一,例如母排连接部分Α61可以被实施为图5Α中的母排连接部分19,而母排连接部分19仅包括连接端子和连接孔。同样,在其它子母排中,母排连接部分可以被实施为图5Α中的母排连接部分17和18,而母排连接部分17和18同样也仅包括连接端子和连接孔。
[0070] 在本申请中,根据实际情况,母排连接部分可以由多种实现方式,比如向空间的弯折、铆钉、突起或凹陷、螺柱、卡扣,不同形状的连接孔和过孔等。根据本申请的一个实例,通过孔连接开关器件模块时,可根据开关器件模块中各器件的位置,在叠层母排中的每个子母排的相应位置进行打孔。孔的直径可分为两种,具有较小直径的小孔表示为连接孔,每个子母排通过其上的连接孔与对应开关器件模块的管脚进行电气连接。具有较大直径的大孔表示为过孔,每个子母排的过孔并不电气连接开关器模块的管脚。附图中仅示出了一个孔作为圆孔的示例,然而,本领域普通技术人员应该理解到,孔的形状并不限于此,而可以为椭圆孔、方孔等各种形状的孔,只要能够实现上述连接孔或过孔功能并可区分开这两种功能孔即可。
[0071] 叠层母排AO还应包括绝缘材料部分。绝缘材料应位于工作电压不同且贴在一起的两块子母排之间。以叠层母排AO为例,在上下两层母排之间应存在绝缘层,该绝缘层可以附着在子母排A6的表面,也可以附着在子母排Al、A2、A3、A4、以及A5的表面,或者同时附着在子母排A1、A2、A3、A4、A5、以及A6的表面。该绝缘层还可以不附着于任何子母排的表面单独存在于两层子母排之间,并且通过压合、粘贴等方式保证与上下两层母排之间做到有效的紧贴。如图5A和5B所示,中点子母排A6单独处于叠层母排的顶层,且与第二层的其它子母排之间的工作电压均为功率变换器的整个直流工作电压的一半。然而,在第二层母排中,多个子母排之间,即子母排Al与子母排A2之间、子母排A2与子母排A5之间、子母排A3与子母排A5之间、子母排A3与子母排A4之间、子母排A2与子母排A3之间的工作电压也均为整个直流工作电压电压的一半,子母排Al与子母排A4之间的工作电压为变换器的整个直流工作电压。
[0072] 在本实施例中,叠层母排以两层母排的方式布置,这种布置方式可使得流过上下两层母排中的电流大致呈镜像对称,由此可有效地减小功率变换器中的寄生电感,从而降低开关器件的电压应力。进一步地,位于一层的中点子母排可全面覆盖位于另一层的所有子母排,这会进一步减小功率变换器中的寄生电感。
[0073] 下面将参考图6A-6D详细描述根据本实施例的叠层母排的布置方式对三电平功率变换器中的寄生电感的影响。
[0074] 图6A为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路I的分布的示意图。图6B为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路2的分布的示意图。图6C为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路3的分布的示意图。图6D为示出了根据本申请第一实施例的叠层母排中换流回路4的分布的示意图。
[0075] 参考图3A和图6A,在开关器件模块11中的开关器件S11关断时的换流回路I经过第一层的子母排Al、开关器件模块11、子母排A2、开关器件模块12以及第二层的中点子母排A6。具体而言,换流回路I的电流路经为Clltl 一 Cn—En—K12—A12-C11Q,即,从上桥臂母线电容Clltl阳极端开始,经子母排Al和开关器件模块11的端子C ^至开关器件模块11,再由开关器件模块11的另一端子E11引出,经子母排A2和开关器件模块12的端子K12至开关器件模块12,再由开关器件模块12的另一端子A12引出,经中点子母排A6至上桥臂母线电容(:11(|的阴极端结束。与其它子母排不在一个平面,且优选完全覆盖在其它母排之上,因此电流在中点子母排A6里的路径与该换流回路I位于另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路I的重合度越高,该换流回路I所产生的寄生电感越小。
[0076] 参考图3B和图6B,在开关器件模块13中的开关器件S13关断时的换流路径2经过子母排Al、开关器件模块11、子母排A2、开关器件模块13、子母排A5、开关器件模块16、子母排A3、开关器件模块15和中点子母排A6。具体而言,换流回路2的电流路径为Clltl-C11E1!-C13E13-C16-E16-A15-K15-C110,即,从上桥臂母线电容Clltl的阳极开始,经子母排Al和开关器件模块11的端子C11至开关器件模块11,再由开关器件模块11的另一端子E11引出,经子母排A2和开关器件模块13的端子C13至开关器件模块13,再由开关器件模块13的另一端子E13引出,经子母排A5和开关器件模块16的端子C16至开关器件模块16,再由开关器件模块16的另一端子E16引出,经子母排A3和开关器件模块15的端子A15至开关器件模块15,再由开关器件15的另一端子K15引出,经子母排A6至上桥臂母线电容Clltl的阴极结束。由于中点子母排A6与换流回路2所经过的A1、A2、A5以及A3子母排不在一个平面,且优选完全覆盖在这些子母排之上,因此电流在中点子母排A6里的路径与该换流回路2在位于另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路2的重合度越高,该换流回路2所产生的寄生电感越小。参考图3C和图6C,在开关器件模块14中的开关器件S14关断时的换流路径3经过子母排A4、开关器件模块14、子母排A3、开关器件模块15和中点子母排A6。具体而言,换流回路3的电流路径为C12tl-E14-C14-A15-K15-C120,即,从下桥臂母线电容C12tl的阳极开始,经中点子母排A6和开关器件模块15的端子K 15至开关器件模块15,再由开关器件模块15的另一端子A15引出,经子母排A3和开关器件模块14的端子C14至开关器件模块14,再由开关器件模块14的另一端子K14引出,经子母排A4至下桥臂母线电容C12tl的阴极结束。由于中点子母排A6与换流回路3所经过的A3和A4子母排不在同一平面,且优选完全覆盖在这些母排之上,因此电流在中点子母排A6里的路径与该换流回路3在位于另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路3的重合度越高,该换流回路3所产生的寄生电感越小。参考图3D和图6D,在开关器件模块12中的开关器件S12关断时的换流路径4经过子母排A4、开关器件模块14、子母排A3、开关器件模块16、子母排A5、开关器件模块13、子母排A2、开关器件模块12和中点子母排A6。具体而言,换流回路4的电流路径为C12tl-A12-K12-C13-E13-C16-E16-C14-C12(I,即,从下桥臂母线电容C12tl的阳极开始,经中点子母排A6和开关器件模块12的端子A12至开关器件模块12,再由开关器件模块12的另一端子K12引出,经子母排A2和开关器件模块13的端子C13至开关器件模块13,再由开关器件模块13的另一端子E13引出,经子母排A5和开关器件模块16的端子C16至开关器件模块16,再由开关器件模块16的另一端子E16引出,经子母排A3和开关器件模块14的端子C 14至开关器件模块14,再由开关器件14的另一端子E14引出,经子母排A4至下桥臂母线电容C12tl的阴极结束。由于中点子母排A6与换流回路4所经过的A2、A5、A3以及A4子母排不在同一平面上,且优选完全覆盖在这些子母排之上,因此电流在中点子母排B6里的路径与该换流回路4在另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路4的重合度越高,该换流回路4所产生的寄生电感越小。如上所述,本申请的第一实施例从原理上为换流时的电流提供了镜像回路,减小了电流回路的面积,有效地减小了寄生电感,而与多层的叠层母排结构相比,寄生电感可减小更多。同时,该叠层母排结构仅包括两层母排,每层母排中的各子母排与开关器件模块连接位置不需要特殊的加工处理,因此根据本实施例的叠层母排结构简单,易于加工。
[0077] 作为第一实施例的变型,可以将开关器件模块11和14、12和15以及13和16的位置进行互换,相应地将用于这些开关器件模块电气连接的子母排Al与子母排A4、以及子母排A2与子母排A3的位置进行互换,也可实现减小寄生电感的效果。根据上述描述的叠层母排的设置方式,本领域普通技术人员可以理解到,本申请可以其它不同的开关器件模块11-16的布置方式以及相应的用于电气连接的子母排的布置方式进行实施,只要该布置方式能够使得叠层母排中的电流呈大致镜像即可。
[0078] 下面将参考图7A和图7B详细描述根据本实施例的具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率变换器中一相功率单元的电气装配。
[0079] 如图7A所示,功率单元100还应包括电容器组150以及直流叠层母排160。电容器组150包括上桥臂电容Clltl和下桥臂电容C 12(|。由于功率变换器涉及的电压很高,本申请所采用的电容体积会很大,因此优选设置另外的直流叠层母排160,用于连接上桥臂电容Clltl、下桥臂电容C12tl和叠层母排AO的各端子。当然,本申请不限于此,通过其它的方法或者不单独设置直流跌层母排也可实现本申请的功率变换器。
[0080] 功率单元的具体结构如图7B所示。参考图7B,A7为连接上桥臂电容(:11(|的母排,AS为连接下桥臂电容(:12(|的母排,A9为连接叠层母排AO中的中点子母排A6的中点公共母排。叠层母排AO的母排连接部分17与母排A7的母排连接部分A70连接作为正直流输入。叠层母排AO的母排连接部分18与母排AS的母排连接部分A81连接作为负直流输入。叠层母排AO的母排连接部分19与中点公共母排A9的母排连接部分A92连接作为中性点。叠层母排AO中的交流输入输出母排连接部分110与三相输入或者输出设备(例如,滤波器,电机)连接。同时,上桥臂电容母排A7的母排连接部分A73与功率变换器中其他相功率单元的上桥臂电容母排连接在一起,下桥臂电容母排AS的母排连接部分A83与功率变换器中其他相功率单元的下桥臂电容母排连接在一起,以及中点公共母排A9的母排连接部分仙3与功率变换器中其他相功率单元的中点母排连接在一起。
[0081][第二实施例]
[0082] 如图8A所示,本实施例中,S211、S221, S222, S232为可控型半导体开关器件,FffD211,FWD221、FWD222、FWD232为续流二极管,FffD 212、FWD231是钳位二极管,C 21(|为上桥臂母线电容,C 220为下桥臂母线电容。
[0083] 第二实施例与第一实施例不同之处在于开关器件模块仅为三个且每个开关器件模块所包含的器件更多。在本实施例中,半导体开关器件S211、FWD211、FWD212构成开关器件模块21,半导体开关器件S221、FffD221 > S222 > FWD222构成开关器件模块22,半导体开关器件S 232、FWD231、FWD232构成开关器件模块23。上述多个开关器件模块形成功率变换器中的功率单元器件组211。
[0084] 如图SB所示,功率单元器件组211包括开关器件模块21,22,23,这些开关器件模块处于同一水平面上,以有利于母排的设置。功率单元器件组211的所有开关器件模块都固定在同一散热基板20上。
[0085] 在本实施例中,由于半导体开关器件S211、FffD211、FWD212包含在一个开关器件模块21中,因而半导体开关器件S211、FWD211与钳位二极管FWD 212公用一个连接点管脚E 211/C212。同样,半导体开关器件S221、FWD221与半导体开关器件S 222、FWD222公用一个连接点管脚E 221/C222,半导体开关器件S232、FWD232与钳位二极管FWD 231公用一个连接点管脚E 231/C232。
[0086] 因此,如图SB所示,每个开关器件模块外部仅引出三个管脚。例如,开关器件模块21所引出的管脚为E211/C212、E212, C211,其它的开关器件模块也类似。
[0087] 参考图9A以及11A,以功率变换器的一相功率单元200为示例来说明本实施例的功率变换器的结构,其中功率单元200主要包括散热基板20、包括开关器件模块21、22、23的功率单元器件组211以及子母排B1、B2、B3、B4、B5、B6,其中,每块子母排按照功能分为母排导体部分和母排连接部分。在本实施例中,子母排分别与功率单元中的器件对应连接。具体地,在本实施例的叠层母排BO中,开关器件模块21的管脚C211与子母排BI的连接孔C211 ’进行电气连接,并且子母排BI的母排连接部分27作为正直流输入端,其经由上桥臂电容(:21(|与正直流输入公共母线连接。开关器件模块21的公共管脚E211/C212、开关器件模块22的管脚C221分别与子母排B2的连接孔E 211 ’ /C212’和C221 ’进行电气连接。开关器件模块22的管脚E222、开关器件模块23的管脚E231/C232分别与子母排B3的连接孔E 222 ’ E231 ’ /C232 ’进行电气连接。开关器件模块23的管脚E232与子母排B4的连接孔E 232 ’进行电气连接,并且子母排B4的母排连接部分28作为负直流输入端,其经由下桥臂电容C22tl与负直流输入公共母线连接。开关器件模块22的管脚E221/C222与子母排B5的连接孔E 221 ’ /C222 ’进行电气连接,并且子母排B5的母排连接部分210作为交流输入输出端。开关器件模块21的管脚E212、开关器件模块23的管脚C231分别与中点子母排B6的连接孔E 212’和C231 ’进行电气连接,并且中点子母排B6的母排连接部分29作为中点连接端,其连接上桥臂电容C21tl以及下桥臂电容C22tl。
[0088] 在图9B中,由子母排B1、B2、B3、B4、B5、B6所组成的叠层母排BO的母排连接部分27 (即子母排BI的母排连接部分)与功率变换器的正直流输入公共母线相连,母排连接部分28 (即子母排B4的母排连接部分)与功率变换器的负直流输入公共母线相连,母排连接部分29 (即子母排B6的母排连接部分)与功率变换器的中点电位公共母线相连,母排连接部分210 (即子母排B5的母排连接部分)与交流输入输出公共母线相连。
[0089] 如图9B所示,该实施例中,叠层母排BO放置在功率单元器件组211的上方。叠层母排BO包括两层母排。叠层母排BO的第一层母排为中点子母排B6,其为具有二极管钳位三电平拓扑的功率变换器的一相电路的中点电位母线,并具有母排连接部分29。叠层母排BO的第二层母排包括多个子母排B1-B5,用于实现开关器件模块与正直流输入母线、负直流输入母线、交流输入输出母线以及开关器件模块之间的电气连接,且具有母排连接部分27、28以及210。
[0090] 因此,在本实施例中,叠层母排BO包括B1-B6六块子母排。参考图9C,本实施例以子母排B6为例来说明每块子母排的结构如图9C所示,子母排B6包括母排导体部分B60以及母排连接部分B61。母排导体部分B60用于为开关器件模块中的电流提供流通路径。母排连接部分B61用于通过有效的连接方式将母排导体B60与外部器件,例如半导体器件模块、电容、电机、电缆等相连接。母排连接部分B61依据连接的对象不同,可包括连接端子B610、连接孔B611以及过孔B612等至少其中之一,例如母排连接部分B61可以被实施为图9A中的母排连接部分29,而母排连接部分19仅包括连接端子和连接孔。同样,在其它子母排中,母排连接部分可以被实施为图9A中的母排连接部分27和28,而母排连接部分27和18同样也仅包括连接端子和连接孔。
[0091] 在本申请中,根据实际情况,母排连接部分可以由多种实现方式,比如向空间的弯折、铆钉、突起或凹陷、螺柱、卡扣,不同形状的连接孔和过孔等。根据本申请的一个实例,通过孔连接开关器件模块时,可根据开关器件模块中各器件的位置,在叠层母排中的每个子母排的相应位置进行打孔。孔的直径可分为两种,具有较小直径的小孔表示为连接孔,每个子母排通过其上的连接孔与对应开关器件模块的管脚进行电气连接。具有较大直径的大孔表示为过孔,每个子母排的过孔并不电气连接开关器模块的管脚。附图中仅示出了一个孔作为圆孔的示例,然而,本领域普通技术人员应该理解到,孔的形状并不限于此,而可以为椭圆孔、方孔等各种形状的孔,只要能够实现上述连接孔或过孔功能并可区分开这两种功能孔即可。
[0092] 叠层母排BO还应包括绝缘材料部分。绝缘材料应位于工作电压不同且贴在一起的两块子母排之间。以叠层母排BO为例,在上下两层母排之间应存在绝缘层,该绝缘层可以附着在子母排B6的表面,或者子母排BI,B2,B3,B4,B5的表面,或者同时附着在子母排BI,B2,B3,B4,B5,B6的表面。该绝缘层还可以不附着于任何子母排的表面单独存在于两层子母排之间,并且通过压合、粘贴等方式保证与上下两层母排之间做到有效的紧贴。如图9A和图9B所示例出的,中点子母排B6单独处于叠层母排的顶层,且与第二层的其他子母排之间的工作电压均为功率变换器的整个直流工作电压的一半。然而,在第二层母排中,多个子母排之间,即子母排BI与子母排B2之间、子母排B2与子母排B3之间、子母排B3与子母排B5之间、子母排B2与子母排B5之间、子母排B3与子母排B5之间的绝缘电压也均为整个直流工作电压电压的一半。
[0093] 在本实施例中,叠层母排以两层母排的方式布置,这种布置方式可使得流过上下两层母排中的电流大致呈镜像对称,由此可有效地减小功率变换器中的寄生电感,从而降低开关器件的电压应力。进一步地,位于一层的中点子母排可全面覆盖位于另一层的所有子母排,这会进一步减小功率变换器中的寄生电感。
[0094] 下面将参考图10A-10D详细描述根据本实施例的叠层母排的布置方式对三电平功率变换器的寄生电感的影响。
[0095] 图1OA为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路I的分布的示意图。图1OB为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路2的分布的示意图。图1OC为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路3的分布的示意图。图1OD为示出了根据本申请第二实施例的叠层母排中换流回路4的分布的示意图。
[0096] 参考图3A和图10A,在开关器件模块21中的开关器件S211关断时的换流回路I经过子母排B1、开关器件模块21内部以及中点子母排B6。具体而言,换流回路I的电流路径为C2ic1-C211-E212-C21tl,即,从上桥臂母线电容C21tl的阳极开始,经子母排BI至开关器件模块21的端子C211,再由开关器件模块21的端子E212引出,经子母排B6至上桥臂母线电容C 21(|的阴极,即下桥臂母线电容C22tl的阳极结束。由于中点子母排B6与其它子母排不在一个平面,且优选完全覆盖在其它母排之上,因此电流在中点子母排A6里的路径与该换流回路I位于另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路I的重合度越高,该换流回路I所产生的寄生电感越小。
[0097] 参考图3B和图10B,在开关器件模块22中的开关器件S222关断时的换流回路2经过子母排B1、开关器件模块21、子母排B2、开关器件模块22子母排B3、开关器件模块23以及中点子母排B6。具体而言,换流回路2的电流路径为C21Q-C211-E211/212-C221-E222-E222-E231/C232-C231-C21tl,即,从上桥臂母线电容C21tl的阳极开始,经子母排BI至开关器件模块21的端子C211,再由开关器件模块21的端子E211/C212引出,经子母排B2至开关器件模块22的端子C221,再由开关器件模块22的端子E222引出,经子母排B3至开关器件模块23的端子E 231/C232,再由开关器件模块23的端子C231引出,经子母排B6至上桥臂母线电容(:21。的阴极。由于中点子母排B6与换流路径2所经过的子母排B1、B2、B3不在同一平面上,且优选完全覆盖在这些子母排之上,因此电流在中点子母排B6里的路径与该换流回路2在另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路2的重合度越高,该换流回路2所产生的寄生电感越小。
[0098] 参考图3C和图10C,在开关器件模块23中的开关器件S232关断时的换流回路3经过子母排B4、开关器件模块23以及中点子母排B6。具体而言,换流回路3的电流路径为C220— C231 — E232-C22tl,即,从下桥臂母线电容C22tl的阳极开始,经中点子母排B6至开关器件模块23的端子C231,再由开关器件模块23的端子E232引出,经子母排B4至下桥臂母线电容C22tl的阴极结束。由于中点子母排B6与换流回路3所经过的子母排B4不在同一平面上,且优选完全覆盖在子母排B4之上,因此电流在中点子母排A6里的路径与该换流回路3在位于另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路3的重合度越高,该换流回路2所产生的寄生电感越小。参考图3D和图10D,在开关器件模块22中的开关器件S221关断时的换流路径4经过子母排B4、开关器件模块23、子母排B3、开关器件模块22、子母排B2、开关器件模块21以及中点子母排B6。具体而言,换流回路4的电流路径为 C22Q-E212-E211/C212-C221-E222—E231/C232-E232-C22(i,即,从下桥臂母线电容 C22c!的阳极开始,经中点子母排B6至开关器件模块21的端子E212,再由开关器件模块21的端子E211/C212引出,经子母排B2至开关器件模块22的端子C221,再由开关器件模块22的发射极端子E222引出,经子母排B3至开关器件模块23的端子E 231/C232,再由开关器件模块23的端子E232引出,经子母排B4至下桥臂母线电容C22tl的阴极结束。由于中点子母排B6与换流回路4所经过的子母排B2、B3、B4不在同一平面上,且优选完全覆盖在这些子母排之上,因此电流在中点子母排B6里的路径与该换流回路4在另一层母排中的路径上下重合,且电流流向相反,由此所产生的寄生电感很小。换流回路4的重合度越高,该换流回路4所产生的寄生电感越小。
[0099] 如上所述,本申请的第二实施例从原理上为换流时的电流提供了镜像回路,减小了电流回路的面积,有效地减小了寄生电感,而与多层的叠层母排结构相比,寄生电感可减小更多。同时该叠层母排结构仅包括两层母排,每层母排中的各子母排与开关器件模块连接位置不需要特殊的加工处理,因此根据本实施例的叠层母排结构简单,易于加工。
[0100] 下面将参考图1IA和图1lB详细描述根据本实施例的具有二极管钳位三电平拓扑结构的功率变换器的电气装配。
[0101]与第一实施例不同,在本实施例中,以功率变换器的三相电路为例描述了其整体的电气装配。
[0102] 如图1lA所示,功率变换器的三相功率单元的整体装配包括可被实施为本实施例的各相功率单元P210、P220以及P230、散热基板P240、电容器组P250以及直流叠层母排P260组成。这里,类似于第一实施例,本实施例中的功率变换器优选设置另外的直流叠层母排P260,用于连接上桥臂电容C21tl、下桥臂电容C22tl和叠层母排BO的各母排连接部分。当然,本申请不限于此,通过其它的方法或者不单独设置直流跌层母排也可实现本申请的功率变换器。
[0103] 本实施例的功率变换器的具体结构如图1lB所示。参考图11B,上桥臂母线电容C21tl和下桥臂母线电容C 22(|位置相对设置。功率单元P210、P220、P230以本申请第二实施例所述的功率单元200形式实施。B24为上桥臂电容母排,B25为下桥臂电容母排,以及B26为中点母排。功率单元P210的母排连接部分B210、功率单元P220的母排连接部分B220以及功率单元P230的母排连接部分B230分别与上桥臂电容母排B24的三个母排连接部分B240连接作为正直流输入,并且该上桥臂电容母排B24通过其上的连接孔连接上桥臂电容C210O功率单元P210的母排连接部分B211、功率单元P220的母排连接部分B221以及功率单元P230的母排连接部分B231分别与下桥臂电容母排B25的母排连接部分B250连接作为负直流输入,并且该下桥臂电容母排B25通过其上的连接孔连接下桥臂电容C22(l。功率单元P210的母排连接部分B212、功率单元P220的母排连接部分B222以及功率单元P230的母排连接部分B232分别与中点母排B26的母排连接部分B260连接作为中点。功率单元P210的母排连接部分B213、功率单元P220的母排连接部分B223以及功率单元P230的母排连接部分B233分别与三相输入或者输出设备(例如,电机)连接作为交流输入输出端子。
[0104] 上文中以第一实施例和第二实施例描述了本申请的叠层母排结构以及所适用的功率变换器。对于本领域普通技术人员,本申请的上述示例实施例的描述仅是为了示出和说明本申请的目的而呈现的,而非倾向于详尽的或将本申请限制为所披露的精确形式。按照上述教导,多个改型和变化是可能的。因此,作为变频器中的功率转换部分,功率变换器可以利用具有上述实施例所描述的叠层母排结构,也可利用上述实施例变型的叠层母排结构。
[0105] 此外,由于变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元等组成,因此本领域普通技术人员也可理解到,本申请可延伸到使用具有上述叠层母排结构的功率转换部分的变频器。
[0106] 选择并描述这些实施例是为了说明本发明的原理和其实践性应用,从而激发本领域普通技术人员利用本发明和各种实施例,并利用适于期望的特殊使用的各种变型。对本发明所属的本领域普通技术人员而言,替代实施例将变得显而易见,而并未背离其精神和范围。因此,通过所附权利要求而不是上述说明书和其中所描述的示例实施例来限定本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于三电平功率变换器的叠层母排结构,包括: 第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述三电平功率变换器中的器件与中点电位的电气连接; 第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述三电平功率变换器中各器件与所述三电平功率变换器的正直流输入、负直流输入、交流输入输出的电气连接以及各器件之间的电气连接; 其中,所述三电平功率变换器包括: 第一开关器件模块,包括位于上桥臂的第一开关器件及与其并联的第一续流二极管;第二开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的上桥臂的第二开关器件及与其并联的第二续流二极管; 第三开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的下桥臂的第三开关器件及与其并联的第三续流二极管; 第四开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的下桥臂的第四开关器件及与其并联的第四续流二极管; 第五开关器件模块,包括第一钳位二极管,其一端连接在所述第一开关器件模块和所述第二开关器件模块之间,其另一端连接所述三电平功率变换器的中点电位;以及 第六开关器件模块,包括第二钳位二极管,其一端连接在所述第三开关器件模块和所述第四开关器件模块之间,其另一端连接所述三电平功率变换器的中点电位; 所述第二层母排包括: 第一子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述正直流输入的电气连接; 第二子母排,用于实现所述第一开关器件模块、所述第二开关器件模块以及所述第五开关器件模块之间的电气连接; 第三子母排,用于实现所述第三开关器件模块、所述第四开关器件模块以及所述第六开关器件模块之间的电气连接; 第四子母排,用于实现所述第四开关器件模块与所述负直流输入的电气连接;以及第五子母排,用于实现所述第二开关器件模块、第三开关器件模块以及所述交流输入输出的电气连接; 其中所述中点子母排分别连接所述第一钳位二极管的另一端和所述第二钳位二极管的另一端。
2.根据权利要求1所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排全面覆盖所述第二层母排中的所有子母排。
3.根据权利要求1所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排位于所述第二层母排上方。
4.根据权利要求1所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排和所述第二层母排中的每块子母排包括作为主体部分的母排导体部分以及母排连接部分;其中,每块子母排分别通过其上的母排连接部分与所述三电平功率变换器的三相电路的对应半导体器件模块、总直流输入母线、中点母线、以及交流输入输出母线进行电气连接。
5.一种用于三电平功率变换器的叠层母排结构,包括: 第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述三电平功率变换器中的器件与中点电位的电气连接; 第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述三电平功率变换器中各器件与所述三电平功率变换器的正直流输入、负直流输入、交流输入输出的电气连接以及各器件之间的电气连接; 其中,所述三电平功率变换器包括: 第一开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的上桥臂的第一开关器件及第一钳位二极管; 第二开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的上桥臂的第二开关器件和位于所述三电平功率变换器的下桥臂的第三开关器件; 第三开关器件模块,包括位于所述三电平功率变换器的下桥臂的第四开关器件和第二钳位二极管; 其中所述第一钳位二极管的一端连接在所述第一开关器件和所述第二开关器件之间,其另一端连接所述三电平功率变换器的中点电位; 所述第二层母排包括: 第一子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述正直流输入的电气连接; 第二子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述第二开关器件模块之间的电气连接; 第三子母排,用于实现所述第二开关器件模块与所述第三开关器件模块之间的电气连接; 第四子母排,用于实现所述第三开关器件模块与所述负直流输入的电气连接;以及 第五子母排,用于实现所述第二开关器件模块与所述交流输入输出的电气连接; 其中所述中点子母排分别连接所述第一钳位二极管的另一端和所述第二钳位二极管的另一端。
6.根据权利要求5所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排全面覆盖所述第二层母排中的所有子母排。
7.根据权利要求5所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排位于所述第二层母排上方。
8.根据权利要求5所述的叠层母排结构,其中,所述第一层母排和所述第二层母排中的每块子母排包括作为主体部分的母排导体部分以及母排连接部分;其中,每块子母排分别通过其上的母排连接部分与所述三电平功率变换器的三相电路的对应半导体器件模块、总直流输入母线、中点母线、以及交流输入输出母线进行电气连接。
9.一种具有低寄生电感的三电平功率变换器,包括: 半导体器件组,包括:连接在正直流输入和交流输入输出之间的上桥臂器件组,连接在负直流输入和所述交流输入输出之间的下桥臂器件组,其中,所述上桥臂器件组还包括有一端与在所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组之间的中点电位相连接的第一钳位二极管,所述下桥臂器件组还包括有一端与所述中点电位相连接的第二钳位二极管; 散热板,所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组安装在其上; 叠层母排,置于所述半导体器件组上方,包括: 第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述第一钳位二极管、所述第二钳位二极管与所述中点电位的电气连接; 第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述上桥臂器件组与所述正直流输入、所述交流输入输出的电气连接,所述下桥臂器件组与所述负直流输入、所述交流输入输出的电气连接,以及所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组中各元件之间的电气连接; 其中,所述上桥臂器件组还包括:第一开关器件模块,包括第一开关器件及与其并联的第一续流二极管;第二开关器件模块,包括第二开关器件及与其并联的第二续流二极管;所述下桥臂器件组还包括:第三开关器件模块,包括第三开关器件及与其并联的第三续流二极管;第四开关器件模块,包括第四开关器件及与其并联的第四续流二极管; 所述第二层母排包括: 第一子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述正直流输入的电气连接; 第二子母排,用于实现所述第一开关器件模块、所述第二开关器件模块以及所述第一钳位二极管之间的电气连接; 第三子母排,用于实现所述第三开关器件模块、所述第四开关器件模块以及所述第二钳位二极管之间的电气连接; 第四子母排,用于实现所述第四开关器件模块与所述负直流输入的电气连接;以及第五子母排,用于实现所述第二开关器件模块、所述第三开关器件模块以及所述交流输入输出的电气连接。
10.根据权利要求9所述的功率变换器,其中,所述第一层母排全面覆盖所述第二层母排中的所有子母排。
11.根据权利要求9所述的功率变换器,其中,所述第一层母排位于所述第二层母排上方。
12.根据权利要求9所述的功率变换器,其中,所述第一层母排和所述第二层母排中的每块子母排包括作为主体部分的母排导体部分、母排连接部分、以及绝缘材料部分;其中,每块子母排分别通过其上的母排连接部分与所述三电平功率变换器的三相电路的对应半导体器件模块、总直流输入母线、中点母线、以及交流输入输出母线进行电气连接。
13.一种具有低寄生电感的三电平功率变换器,包括: 半导体器件组,包括:连接在正直流输入和交流输入输出之间的上桥臂器件组,连接在负直流输入和所述交流输入输出之间的下桥臂器件组,其中,所述上桥臂器件组还包括有一端与在所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组之间的中点电位相连接的第一钳位二极管,所述下桥臂器件组还包括有一端与所述中点电位相连接的第二钳位二极管; 散热板,所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组安装在其上; 叠层母排,置于所述半导体器件组上方,包括: 第一层母排,包括中点子母排,用于实现所述第一钳位二极管、所述第二钳位二极管与所述中点电位的电气连接; 第二层母排,包括多个子母排,分别用于实现所述上桥臂器件组与所述正直流输入、所述交流输入输出的电气连接,所述下桥臂器件组与所述负直流输入、所述交流输入输出的电气连接,以及所述上桥臂器件组和所述下桥臂器件组中各元件之间的电气连接; 其中,所述上桥臂器件组还包括第一开关器件以及第二开关器件; 所述下桥臂器件组还包括第三开关器件以及第四开关器件; 其中所述第一开关器件与所述第一钳位二极管构成第一开关器件模块,所述第二开关器件与所述第三开关器件构成第二开关器件模块,以及所述第四开关器件与所述第二钳位二极管构成第三开关器件模块; 所述第二层母排还包括: 第一子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述正直流输入的电气连接; 第二子母排,用于实现所述第一开关器件模块与所述第二开关器件模块之间的电气连接; 第三子母排,用于实现所述第二开关器件模块与所述第三开关器件模块之间的电气连接; 第四子母排,用于实现所述第三开关器件模块与所述负直流输入的电气连接;以及 第五子母排,用于实现所述第二开关器件模块与所述交流输入输出的电气连接。
14.根据权利要求13所述的功率变换器,其中,所述第一层母排全面覆盖所述第二层母排中的所有子母排。
15.根据权利要求13所述的功率变换器,其中,所述第一层母排位于所述第二层母排上方。
16.根据权利要求13所述的功率变换器,其中,所述第一层母排和所述第二层母排中的每块子母排包括作为主体部分的母排导体部分、母排连接部分、以及绝缘材料部分;其中,每块子母排分别通过其上的母排连接部分与所述三电平功率变换器的三相电路的对应半导体器件模块、总直流输入母线、中点母线、以及交流输入输出母线进行电气连接。
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