CN104167934B - 适用于半桥模块的三相逆变复合母排 - Google Patents

适用于半桥模块的三相逆变复合母排 Download PDF

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Abstract

本发明为一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排，包括三个形状为扁平状且叠放在一起的母排，三个母排从后至前依次为正母排、负母排和M母排，且相邻母排之间设有高绝缘强度材料；在母排上设有用于连接直流输入端或电路器件的放电电阻连接部、输入端连接部、IGBT连接部、吸收电容连接部和支撑电容端子。本发明能够有效减小回路电感，降低过压时产生的尖峰电压，提高IGBT工作的可靠性；使主电路连接方便，布局简单，质量更可靠，并且方便主电路的维修和维护；减小了系统的体积及重量，满足机车重载高密度的发展。本发明寄生电感可以做到小于50nH，可以承受交流3500V的绝缘耐压。

Description

适用于半桥模块的三相逆变复合母排
技术领域
本发明涉及电力电子技术及应用装置技术领域，具体是一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排。
背景技术
在电力电子技术及应用装置向高频化发展的今天，系统中特别是连接线的寄生参数产生巨大的电应力，已成为威胁电力电子装置可靠性的重要因素。大功率变频电源的功率器件在开关过程中，由于从直流储能电容至IGBT器件之间的直流母线上的寄生电感和IGBT模块自身电感的影响，会产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压，会使器件过热，甚至有时使IGBT失控并超过器件的额定安全工作区而损坏。
目前，IGBT、主电路、吸收电路部件之间是采用电缆或铜排连接的，该连接方式存在如下缺点：1）电路杂散电感大，功率器件容易损坏，电路可靠性差、效率低：IGBT、主电路、吸收电路部件之间采用电缆连接时，电路的杂散电感较大，在主电路开关过程中，将在IGBT器件上产生较高的电压尖峰，对功率器件有一定对冲击，影响功率器件的寿命，从而降低了功率变换电路的可靠性。2）结构臃肿，占据空间大：使用大量的电缆连接，结构臃肿，占用较大的空间，产品质量下降。
发明内容
本发明为一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排，主要解决了以下几个方面的问题：1）解决了主电路电缆、铜排连接多，布局复杂，质量不可靠的问题；2）解决了主电路电缆、铜排杂散电感大，功率器件容易损坏，电路可靠性差的问题；3）减小了系统体积，重量和噪音，并且方便主电路的维修和维护。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排，包括三个形状为扁平状且叠放在一起的母排，三个母排从后至前依次为正母排、负母排和M母排，相邻的母排之间设有高绝缘强度材料；正母排、负母排和M母排的右侧侧边上各设有一个放电电阻连接部，三个放电电阻连接部上下错开布置；正母排和负母排的左侧侧边上各设有一个输入端连接部，两个输入端连接部上下错开布置；正母排和负母排的底边上各设有三个IGBT连接部，并且正母排上的三个IGBT连接部和负母排上的三个IGBT连接部交叉布置；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上开设有三个贯穿母排整体的窗口，每个窗口的两侧分别设有一个吸收电容连接部，每个窗口上的两个吸收电容连接部一个与正母排连接、一个与负母排连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子，从左至右第一、三、六、八个支撑电容端子与M母排连接，第二、四个支撑电容端子与正母排连接，第五、七个支撑电容端子与负母排连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线下方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子，从左至右第二、四、五、七个支撑电容端子与M母排连接，第六、八个支撑电容端子与正母排连接，第一、三个支撑电容端子与负母排连接。放电电阻连接部、输入端连接部、IGBT连接部和吸收电容连接部用于连接直流输入端或电路器件，支撑电容端子用于连接电路器件。
本发明设计将三相逆变主电路，电容吸收电路的电气连接通过复合母排实现，其电路原理图如图2所示。根据电路原理图可知，V1、V2、V3三个半桥模块组成一个三相逆变桥、实现直流到交流的转变的功能，“DC+”、“DC-”为直流输入端；“R”、“S”、“T”为三相电路的交流输出；C1-C3为吸收电容，吸收IGBT关断电压尖峰；C4-C11为支撑电容，滤除纹波，使直流母线电压稳定；R1、R2为放电电阻，当模块主电路切除电源后，C1-C11以及主电路中残余电荷通过放电电阻释放。
本发明三相逆变复合母排融合了电路原理图中剖面线标识的电路功能，将高压部分通过复合母排实现了电气连接。
根据电磁场理论，把导电体做成扁平截面，在同样截面下做的越薄越宽，它的寄生电感越小，相邻导电体内流过相反的电流，其磁场抵消，也可使寄生电感减小，而且相邻导体间距离越小，寄生电感越小。根据以上理论，将母排设计成扁平状，根据电流走向叠放在一起，每层之间用高绝缘强度材料隔离，这样不仅满足了低感的要求，提高IGBT工作的可靠性，还可简化装置结构，缩小体积。
进一步地，放电电阻连接部和输入端连接部与相应的母排为同平面设置；IGBT连接部和吸收电容连接部与相应的母排垂直设置。
支撑电容端子通过焊接或冷压的方式与相应母排连接，并且露出于三个母排整体外侧；其中，与M母排连接的支撑电容端子通过焊接或冷压的方式直接与M母排连接；与负母排连接的支撑电容端子穿过M母排上的过孔后露出于M母排外侧，并且M母排的过孔内壁设有有机聚酯薄膜；与正母排连接的支撑电容端子穿过负母排及M母排上的过孔后露出于M母排外侧，并且负母排及M母排的过孔内壁设有有机聚酯薄膜。
IGBT连接部与对应母排之间采用镀锡的铜排直接连接。
正母排、负母排和M母排都为表面电解镀锡的铜排，铜排厚度为1.5mm、锡层厚度为5-15μm，高绝缘强度材料的厚度小于0.8mm。
正母排、负母排、M母排以及其之间的高绝缘强度材料是采用压膜方式处理形成一体的。
正母排、负母排和M母排的表面除了支撑电容端子连接处及放电电阻连接部、输入端连接部、吸收电容连接部外均涂覆有绝缘材料，该绝缘材料的厚度小于0.4mm。
与M母排连接的放电电阻连接部高于与负母排连接的放电电阻连接部，与负母排连接的放电电阻连接部高于与正母排连接的放电电阻连接部；与负母排连接的输入端连接部高于与正母排连接的输入端连接部。
本发明复合母排的有益效果如下：
1）取代电缆、铜排、热敷母排进行主电路电气连接，能够有效减小回路电感，降低过压时产生的尖峰电压，提高IGBT工作的可靠性；
2）使主电路连接方便，布局简单，质量更可靠，并且方便主电路的维修和维护；
3）减小了系统的体积及重量，满足机车重载高密度的发展。
附图说明
图1为本发明复合母排的结构示意图。
图2为电路原理图。
图中：1-正母排、2-负母排、3-M母排、4-放电电阻连接部、5-输入端连接部、6-IGBT连接部、7-窗口、8-吸收电容连接部、9-支撑电容端子。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步地描述：
如图1所示，一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排，包括三个形状为扁平状且叠放在一起的母排，三个母排从后至前依次为正母排1、负母排2和M母排3，相邻的母排之间设有高绝缘强度材料，如高压绝缘的聚酯薄膜；正母排1、负母排2和M母排3的右侧侧边上各设有一个放电电阻连接部4，三个放电电阻连接部4上下错开布置；正母排1和负母排2的左侧侧边上各设有一个输入端连接部5，两个输入端连接部5上下错开布置；正母排1和负母排2的底边上各设有三个IGBT连接部6，并且正母排1上的三个IGBT连接部6和负母排2上的三个IGBT连接部6交叉布置；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上开设有三个贯穿母排整体的窗口7，每个窗口7的两侧分别设有一个吸收电容连接部8，每个窗口7上的两个吸收电容连接部8一个与正母排1连接、一个与负母排2连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子9，从左至右第一、三、六、八个支撑电容端子9与M母排3连接，第二、四个支撑电容端子9与正母排1连接，第五、七个支撑电容端子9与负母排2连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线下方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子9，从左至右第二、四、五、七个支撑电容端子9与M母排3连接，第六、八个支撑电容端子9与正母排1连接，第一、三个支撑电容端子9与负母排2连接。
本发明根据电路原理，将母排设计为正母排1、负母排2和M母排3，正母排1为正极电位+U0，负母排2为负极电位0V，M母排3为中点电位+U0/2。
具体实施时，放电电阻连接部4和输入端连接部5与相应的母排为同平面设置；IGBT连接部6和吸收电容连接部8与相应的母排垂直设置。
支撑电容端子9通过焊接或冷压的方式与相应母排连接，并且露出于三个母排整体外侧；其中，与M母排3连接的支撑电容端子9通过焊接或冷压的方式直接与M母排3连接；与负母排2连接的支撑电容端子9穿过M母排3上的过孔后露出于M母排3外侧，并且M母排3的过孔内壁设有有机聚酯薄膜；与正母排1连接的支撑电容端子9穿过负母排2及M母排3上的过孔后露出于M母排3外侧，并且负母排2及M母排3的过孔内壁设有有机聚酯薄膜。
IGBT连接部6与对应母排之间采用镀锡的铜排直接连接。其优点是：可以减轻母排的重量、镀锡处理接触电阻小、工艺相对简单并且设计成本低。
正母排1、负母排2和M母排3都为表面电解镀锡的铜排，铜排厚度为1.5mm、锡层厚度为5-15μm，高绝缘强度材料的厚度小于0.8mm。
为防止三层母排之间发生起弧现象，根据系统要求的爬电距离和环境条件进行选择，正母排1、负母排2、M母排3以及其之间的高绝缘强度材料是采用压膜方式处理形成一体的。
正母排1、负母排2和M母排3的表面除了支撑电容端子9连接处及放电电阻连接部4、输入端连接部5、吸收电容连接部8外均涂覆有绝缘材料，该绝缘材料的厚度小于0.4mm。
与M母排3连接的放电电阻连接部4高于与负母排2连接的放电电阻连接部4，与负母排2连接的放电电阻连接部4高于与正母排1连接的放电电阻连接部4；与负母排2连接的输入端连接部5高于与正母排1连接的输入端连接部5。
通过以上设计，本发明复合母排目前寄生电感可以做到小于50nH，可以承受交流3500V的绝缘耐压。

Claims (8)

1.一种适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：包括三个形状为扁平状且叠放在一起的母排，三个母排从后至前依次为正母排（1）、负母排（2）和M母排（3），相邻的母排之间设有高绝缘强度材料；正母排（1）、负母排（2）和M母排（3）的右侧侧边上各设有一个放电电阻连接部（4），三个放电电阻连接部（4）上下错开布置；正母排（1）和负母排（2）的左侧侧边上各设有一个输入端连接部（5），两个输入端连接部（5）上下错开布置；正母排（1）和负母排（2）的底边上各设有三个IGBT连接部（6），并且正母排（1）上的三个IGBT连接部（6）和负母排（2）上的三个IGBT连接部（6）交叉布置；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上开设有三个贯穿母排整体的窗口（7），每个窗口（7）的两侧分别设有一个吸收电容连接部（8），每个窗口（7）上的两个吸收电容连接部（8）一个与正母排（1）连接、一个与负母排（2）连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线上方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子（9），从左至右第一、三、六、八个支撑电容端子（9）与M母排（3）连接，第二、四个支撑电容端子（9）与正母排（1）连接，第五、七个支撑电容端子（9）与负母排（2）连接；三个母排作为一个整体，在其整体的水平中线下方的位置设有四组支撑电容端子组，每组支撑电容端子组包括两个支撑电容端子（9），从左至右第二、四、五、七个支撑电容端子（9）与M母排（3）连接，第六、八个支撑电容端子（9）与正母排（1）连接，第一、三个支撑电容端子（9）与负母排（2）连接。
2.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：放电电阻连接部（4）和输入端连接部（5）与相应的母排为同平面设置；IGBT连接部（6）和吸收电容连接部（8）与相应的母排垂直设置。
3.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：支撑电容端子（9）通过焊接或冷压的方式与相应母排连接，并且露出于三个母排整体外侧；其中，与M母排（3）连接的支撑电容端子（9）通过焊接或冷压的方式直接与M母排（3）连接；与负母排（2）连接的支撑电容端子（9）穿过M母排（3）上的过孔后露出于M母排（3）外侧，并且M母排（3）的过孔内壁设有有机聚酯薄膜；与正母排（1）连接的支撑电容端子（9）穿过负母排（2）及M母排（3）上的过孔后露出于M母排（3）外侧，并且负母排（2）及M母排（3）的过孔内壁设有有机聚酯薄膜。
4.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：IGBT连接部（6）与对应母排之间采用镀锡的铜排直接连接。
5.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：正母排（1）、负母排（2）和M母排（3）都为表面电解镀锡的铜排，铜排厚度为1.5mm、锡层厚度为5-15μm，高绝缘强度材料的厚度小于0.8mm。
6.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：正母排（1）、负母排（2）、M母排（3）以及其之间的高绝缘强度材料是采用压膜方式处理形成一体的。
7.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：正母排（1）、负母排（2）和M母排（3）的表面除了支撑电容端子（9）连接处及放电电阻连接部（4）、输入端连接部（5）、吸收电容连接部（8）外均涂覆有绝缘材料，该绝缘材料的厚度小于0.4mm。
8.根据权利要求1所述的适用于半桥模块的三相逆变复合母排，其特征在于：与M母排（3）连接的放电电阻连接部（4）高于与负母排（2）连接的放电电阻连接部（4），与负母排（2）连接的放电电阻连接部（4）高于与正母排（1）连接的放电电阻连接部（4）；与负母排（2）连接的输入端连接部（5）高于与正母排（1）连接的输入端连接部（5）。
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