CN103916010B - 斩波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种斩波电路，包括功率器件、储能器件以及复合母排；所述复合母排包括母排、端子和连接部；所述母排，形状为扁平状，至少两个所述母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，以将相邻的所述母排之间保持绝缘；所述端子，设置在所述母排上，用于连接电路器件；所述连接部，设置在所述母排上，用于连接直流输入端、斩波输出端或所述电路器件；所述复合母排至少包括第一母排、第二母排和第三母排；所述第一母排与所述直流输入端正极连接；所述第二母排与所述直流输入端负极连接；所述第三母排与所述斩波输出端连接。本发明提供的斩波电路能够降低电路的杂散电感，减少尖峰电压的产生。
Description
技术领域
本发明涉及电气技术，尤其涉及一种斩波电路。
背景技术
电力机车的运行系统主要有牵引系统和辅助系统，其中牵引辅助变流器是保证电力机车实现电气牵引、制动以及辅助供应的重要器件，决定了电力机车高速运行的稳定性。
目前，牵引辅助变流器斩波电路中的关键部件，如绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）以及吸收电容等部件的电气连接通常采用电缆或铜排进行连接。在牵引辅助变流器工作状态下，由于IGBT自身存在电感，且在IGBT与直流储能电容之间连接的直流母线上也存在寄生电感，因此，采用电缆或铜排进行电气连接可导致斩波电路中存在较大的杂散电感。IGBT在开关的过程中，斩波电路将产生较高的电压尖峰，导致电路中器件过热，容易损坏IGBT，并使斩波电路的可靠性变差。
发明内容
本发明提供一种斩波电路，用以解决现有技术中斩波电路杂散电感较大的问题，实现降低电路的杂散电感，减少尖峰电压的产生。
本发明实施例提供一种斩波电路，包括功率器件、储能器件以及复合母排；
所述复合母排包括母排、端子和连接部；
所述母排，形状为扁平状，至少两个所述母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，以将相邻的所述母排之间保持绝缘；
所述端子，设置在所述母排上，用于连接电路器件；
所述连接部，设置在所述母排上，用于连接直流输入端、斩波输出端或所述电路器件；
所述复合母排至少包括三个所述母排，即第一母排、第二母排和第三母排；
所述第一母排通过第一连接部与所述直流输入端正极连接；所述第二母排通过第二连接部与所述直流输入端负极连接；所述第三母排通过第三连接部与所述斩波输出端连接。
本发明实施例的技术方案通过将母排的形状设置成扁平状，且至少两个母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，并通过设置在母排上的端子和连接部连接电路输入/输出端和电路器件，并通过储能器件吸收IGBT在关断过程中产生的尖峰电压，解决了斩波电路杂散电感较大的问题，实现降低电路的杂散电感，减少尖峰电压的产生，提高了斩波电路的可靠性，电路布局简单，灵活性得到提高，减小了斩波电路的体积，便于电路器件的维护。
附图说明
图1为本发明实施例提供的斩波电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排一侧的立体图；
图3为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排另一侧的立体图；
图4为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排一侧的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排另一侧的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的斩波电路的结构示意图，图2为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排一侧的立体图，图3为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排另一侧的立体图，图4为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排一侧的结构示意图，图5为图4的俯视图，图6为本发明实施例提供的斩波电路中复合母排另一侧的结构示意图。如图1-6所示，该斩波电路包括功率器件、储能器件以及复合母排。
所述复合母排包括母排、端子和连接部。母排形状为扁平状，至少两个所述母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，以将相邻的所述母排之间保持绝缘。所述端子，设置在所述母排上，用于连接电路器件。所述连接部，设置在所述母排上，用于连接直流输入端、斩波输出端或所述电路器件。所述复合母排至少包括三个所述母排，即第一母排11、第二母排12和第三母排13。所述第一母排11通过第一连接部31与所述直流输入端正极连接；所述第二母排12通过第二连接部32与所述直流输入端负极连接；所述第三母排13通过第三连接部33与所述斩波输出端连接。
其中，复合母排中的第一母排11、第二母排12和第三母排13均设置成扁平状，使得各母排截面的宽度增大，截面的厚度减小，能够减小电流流过时产生的磁通量，降低各母排的寄生电感。各母排宽度和厚度可根据应用电路中通过的电流大小设定，在保证能通过最大电流的前提下，增大截面的宽度，减小截面的厚度，以降低各母排的寄生电感。复合母排中的第一母排11和第三母排13位于同一平面上，分别与第二母排12叠放在一起，使得各母排之间的距离缩短，也能够降低复合母排的寄生电感。第一母排11与第二母排12之间以及第二母排12与第三母排13之间填充高绝缘强度材料，高绝缘强度材料的选用可根据相邻两个母排之间的电位差来设定，以将相邻的两个母排之间保持绝缘。各母排的电位可按照复合母排应用的斩波电路中直流输入端的电压以及功率器件的开关频率设定，例如：第一母排11的电位为+1800V，第二母排12的电位为0V，第三母排13的电位为+600V。
该复合母排的工作原理为：第一母排和第二母排通过相应的连接部接入直流输入端，使得各母排具有与直流输入电压相等的电位，复合母排中的各个端子与对应的母排连接，因此也具有与直流输入端相等的电压，根据电路原理将电路器件连接至母排上的各个端子，以获得电路器件所需的工作电压，第三母排与外部斩波直流输出端连接，用于输出斩波直流信号。
本实施例提供的功率器件可以为IGBT电路，通过IGBT电路中的IGBT器件41的高频率开关动作，将输入直流电转换为斩波直流电。IGBT器件41的两端分别连接第一母排11和第三母排13，具体可以为：IGBT器件41的第一连接端411接第一母排11中的第一端子21，以使IGBT器件41的第一连接端411接入直流电正极，IGBT器件41的第二连接端412接第三母排13中的第二端子22，以输出斩波直流电。IGBT电路中还包括续流二极管42，其负极连接至第三母排13的第三端子23，正极连接至第二母排12的第四端子24，用于保护IGBT器件41。IGBT电路还可以包括配置板、驱动板和信号转换板，其中信号转换板分别连接驱动板和用于控制斩波电路工作的控制器，提供光/电转换以及电/光转换，以将该控制器发出的信号进行电/光转换后传送给驱动板，以及将驱动板发出的IGBT状态反馈信号进行光/电转换后传送给该控制器。驱动板上带有隔离电源电路，通过配置板连接至IGBT的栅极，以控制IGBT实现开关动作，并提供过流和过压保护。
储能器件可以为吸收电容51，其正极连接至第一母排11的第四连接部34，负极连接至第二母排12的第五连接部35，与IGBT电路并联连接，以在IGBT开关的过程中抑制IGBT关断电压尖峰。
本实施例提供的技术方案通过将母排的形状设置成扁平状，且至少两个母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，并通过设置在母排上的端子和连接部连接电路输入/输出端和电路器件，并通过储能器件吸收IGBT在关断过程中产生的尖峰电压，解决了斩波电路杂散电感较大的问题，实现降低电路的杂散电感，减少尖峰电压的产生，提高了斩波电路的可靠性，电路布局简单，灵活性得到提高，减小了斩波电路的体积，便于电路器件的维护。
在上述技术方案的基础上，端子优选可以通过焊接或冷压的方式与一个所述母排连接，并露出于所述复合母排外侧，或者端子通过焊接或冷压的方式与一个所述母排连接，并穿过相邻的所述母排，露出于所述复合母排外侧，且与所述相邻的所述母排绝缘，以连接电路器件。该相邻的母排上设置有过孔，用于端子通过该过孔穿过相邻的母排。过孔内壁涂覆绝缘膜，绝缘材料可采用一种有机聚脂薄膜，端子从过孔穿过，与相邻的母排保持绝缘。端子数量的选择和布局可按照应用电路的原理设定，本实施例对此不作限定。
优选的，本实施例中各母排可为铜排，具有电阻率低、热稳定性高的优点。母排的表面可采用电解镀锡，以提高焊接能力和耐腐蚀程度。母排表面除端子的连接处和所述连接部外，均涂覆绝缘材料。根据复合母排应用的电路所需的爬电距离和环境条件，对于叠放在一起的母排和高强度绝缘材料采用压模方式进行处理，形成一整体，复合母排的端面可采用密封胶将复合母排密封处理，防止母排端面发生起弧现象。为提高端子间的爬电距离，可在端子间开槽以提高爬电能力。
上述技术方案中的复合母排将斩波电路中的高压部分实现了电气连接，将1800V输入直流电转换为600V直流电。其中各母排采用2mm厚的铜排，铜排表面电解镀锡，镀锡层为100%金属锡，其厚度大于或等于15μm，两层相邻的母排之间填充高绝缘强度材料，选用GPO-3层压板作为高绝缘强度材料，厚度小于0.8mm，具有电气性能好、阻燃性以及耐电弧等优点。母排表面除端子连接处和连接部外均涂覆绝缘材料，厚度小于0.4mm。在复合母排相邻的两层母排之间加装1.5mm厚的绝缘板，以满足在2500V/50Hz条件下局部放电的要求，以延长复合母排的使用寿命。采用上述技术方案使得斩波电路中的复合母排产生的寄生电感可以小于50nH，能够承受交流5800V的绝缘耐压，复合母排中的端子可承受30Nm的力矩，选用的绝缘材料及粘合剂可使复合母排工作在-25℃~+75℃的环境中，存储于-40℃~+85℃的环境中。
对于上述实施例中提供的斩波电路，本领域技术人员也可根据应用的场景不同设计相应的斩波电路，其中采用的复合母排也可根据斩波电路中所用到的电路器件设定，包括设定母排的形状、尺寸，叠放形式，设定端子的数量、排布形式以及端子引出方式，本实施例对此均不作限定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种斩波电路，其特征在于，包括功率器件、储能器件以及复合母排；
所述复合母排包括母排、端子和连接部；
所述母排，形状为扁平状，至少两个所述母排叠放在一起，相邻的所述母排之间填充高绝缘强度材料，以将相邻的所述母排之间保持绝缘；
所述端子，设置在所述母排上，用于连接电路器件；
所述连接部，设置在所述母排上，用于连接直流输入端、斩波输出端或所述电路器件；
所述复合母排至少包括三个所述母排，即第一母排、第二母排和第三母排；
所述第一母排和所述第三母排位于同一平面上，并且分别与所述第二母排叠放在一起；
所述第一母排通过第一连接部与所述直流输入端正极连接；所述第二母排通过第二连接部与所述直流输入端负极连接；所述第三母排通过第三连接部与所述斩波输出端连接；
所述功率器件包括配置板和驱动板，所述驱动板上设置有隔离电源电路，所述隔离电源电路通过所述配置板与所述功率器件连接，用于控制所述功率器件的开关动作。
2.根据权利要求1所述的斩波电路，其特征在于，所述端子通过焊接或冷压的方式与所述第一母排连接，并露出于所述复合母排外侧；或
所述端子通过焊接或冷压的方式与所述第一母排连接，并穿过所述第二母排，露出于所述复合母排外侧，且与所述第二母排绝缘。
3.根据权利要求2所述的斩波电路，其特征在于，所述第二母排设置有过孔，所述过孔内壁涂覆绝缘膜，所述端子从所述过孔穿过，与所述第二母排保持绝缘。
4.根据权利要求1所述的斩波电路，其特征在于，所述母排为铜排。
5.根据权利要求4所述的斩波电路，其特征在于，所述母排表面镀锡。
6.根据权利要求1所述的斩波电路，其特征在于，所述母排表面除端子连接处和所述连接部外，均涂覆绝缘材料。
7.根据权利要求1-6任一所述的斩波电路，其特征在于，各所述母排和高强度绝缘材料采用压模方式进行处理，形成一整体。
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