CN104300819A - 三电平三相桥电路及其模块化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三电平三相桥电路及其模块化结构，三电平三相桥电路中的任意一相均包括并联的两组电路单元以及2只串联的直流电容，每组电路单元包括依次连接的第一IGBT至第四IGBT以及2个钳位二极管，每个IGBT还设有与其反并联的续流二极管；任意一相的两组电路单元中相对应的IGBT的集电极以及发射极分别短接，2只串联的直流电容并联于直流的正、负极输入端之间，2只直流电容的中点和串联的2个钳位二极管的中点连接作为直流电压中点。采用本发明提出的三电平三相桥电路，可以有效增大输出电流。另外，还设计了模块化结构，这种模块化的结构有效的减小了主电路的杂散电感，降低了IGBT的关断过电压。

Description

三电平三相桥电路及其模块化结构
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体地说，是涉及一种三电平三相桥电路及其模块化结构。
背景技术
随着现代变流技术的发展，新技术在工业设备中得到广泛的应用。三电平变流器是一种可用于高压大功率的PWM变流器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点。但是目前的全控功率开关器件电流不够大，不能满足一些场合的应用。同时，在实际工程应用中，由于主电路杂散电感的存在，三电平变流器IGBT正常关断过程中存在显著地过电压问题，如何设计结构减小电路杂散电感是一个比较复杂的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种三电平三相桥电路及其模块化结构。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
根据本发明的一方面，提供了一种三电平三相桥电路，设于直流电与三相交流电之间，
所述三电平三相桥电路中的任意一相均包括并联的两组电路单元以及2只串联的直流电容，每组电路单元包括依次连接的第一IGBT至第四IGBT以及2个钳位二极管，每个IGBT还设有与其反并联的续流二极管；其中，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极与第三IGBT的集电极连接，第三IGBT的发射极与第四的集电极连接；所述2个钳位二极管串联后并联在第二IGBT的集电极和第三IGBT的发射极之间；其中，第一钳位二极管的阴极与所述第二IGBT的集电极相连，第二钳位二极管的阳极与所述第三IGBT的发射极相连；
任意一相中的两组电路单元中的相对应的IGBT的集电极以及发射极分别短接，其中，所述两组电路单元中的第一IGBT的集电极短接并与直流的正极输入端相连；所述两组电路单元中的第四IGBT的发射极短接并与直流的负极输入端相连；所述两组电路单元中的第二IGBT的发射极短接并作为该相交流输出端；
任意一相中的2只串联的直流电容并联于直流的正、负极输入端之间，2只直流电容的中点和串联的2个钳位二极管的中点连接作为直流电压中点。
所述任意一相中的每组电路单元中的第二IGBT的集电极与发射极之间、第三IGBT的集电极与发射极之间均设有吸收回路，所述吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。
根据本发明的另一方面，还提供了一种实现上述的三电平三相桥电路的模块化结构，
所述每组电路单元中的所述第一IGBT及与其反并联的续流二极管、所述第二IGBT及与其反并联的续流二极管以及第一钳位二极管封装为M1模块；
所述每组电路单元中的所述第三IGBT及与其反并联的续流二极管、所述第四IGBT及与其反并联的续流二极管以及第二钳位二极管封装为M2模块；
所述任意一相的两组电路单元采用以下顺序水平间隔安装在散热器上：第一组电路单元中的M1模块、第一组电路单元中的M2模块、第二组电路单元中的M1模块、第二组电路单元中的M2模块。
在M1模块所述第二IGBT的集电极、发射极之间连接吸收回路，吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。
在M2模块所述第三IGBT的集电极、发射极之间连接吸收回路，吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。
与现有技术相比，采用本发明的一种三电平三相桥电路，可以有效增大输出电流。
另外，还设计了模块化结构，这种模块化的结构有效的减小了主电路的杂散电感，降低了IGBT的关断过电压。
附图说明
图1是本发明的主电路示意图；
图2是图1中的上半桥臂模块的电路示意图；
图3是图1中的下半桥臂模块的电路示意图；
图4是本发明的模块化结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明为一种三电平三相桥电路，每一相为并联的两组电路单元，每一组电路单元包括第一IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管及第二钳位二极管，每个IGBT包含与之反并联的续流二极管Da11、Da21、Da31、Da41。以A相为例，第一组电路单元中的四个IGBT呈一字形排列，即Ta11的发射极与Ta21的集电极连接，Ta21的发射极与Ta31的集电极连接，Ta31的发射极与Ta41的集电极连接。Ta21、Ta31的集电极和发射极之间并联有吸收回路。吸收回路由吸收电阻Ra1/Ra2和吸收电容Ca1/Ca2串联组成。第一钳位二极管Da1和第二钳位二极管Da2串联之后并联在Ta21的集电极和Ta31的发射极之间。每一相的两组电路单元中的IGBT对应并联起来，即第一组电路单元中的Ta11/Ta21/Ta31/Ta41和第二组电路单元中的Ta12/Ta22/Ta32/Ta42的集电极和发射极分别短接起来，其中，Ta11和Ta12的集电极短接起来之后为直流正极输入端，Ta41和Ta42的发射极短接起来之后为直流负极输入端，Ta21和Ta22的发射极短接起来之后为交流输出端。每一相都带有2只串联的直流电容Cda1、Cda2，2只直流电容串联之后再并联在直流输入端的正负极之间；将2只电容的中点和串联的钳位二极管Da1、Da2的中点连接起来，为直流电压中点。这样每相由两组电路单元并联组成，可以有效地增大电路的电流流通能力，比未并联时增大了一倍。
如图2和图3所示，每一组电路单元中第一IGBT、第二IGBT和第一钳位二极管封装为M1模块，每一组电路单元中第三IGBT、第四IGBT和第二钳位二极管封装为M2模块。那么，每一组电路单元可视为一个M1模块和一个M2模块串联。
将三电平三相桥电路每一相设计为一个模块化的结构，包含两个M1和两个M2，按照M1、M2、M1、M2顺序安装在散热器上，并将各模块按照以上所述的电路连接方式进行连接。在M1模块所述第二IGBT的集电极、发射极之间连接吸收回路。在M2模块所述第三IGBT的集电极、发射极之间连接吸收回路。吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。连接后的模块化结构如图4所示。这种模块化的结构有效的减小了主电路的杂散电感，降低了IGBT的关断过电压。
如果采用其他安装顺序，比如M1模块、M1模块、M2模块、M2模块，主电路的杂散电感会比较高，导致IGBT的关断过电压过高，有损坏IGBT的危险。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种三电平三相桥电路，设于直流电与三相交流电之间，其特征在于，
所述三电平三相桥电路中的任意一相均包括并联的两组电路单元以及2只串联的直流电容，每组电路单元包括依次连接的第一IGBT至第四IGBT以及2个钳位二极管，每个IGBT还设有与其反并联的续流二极管；其中，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，第二IGBT的发射极与第三IGBT的集电极连接，第三IGBT的发射极与第四的集电极连接；所述2个钳位二极管串联后并联在第二IGBT的集电极和第三IGBT的发射极之间；其中，第一钳位二极管的阴极与所述第二IGBT的集电极相连，第二钳位二极管的阳极与所述第三IGBT的发射极相连；
任意一相中的两组电路单元中的相对应的IGBT的集电极以及发射极分别短接，其中，所述两组电路单元中的第一IGBT的集电极短接并与直流的正极输入端相连；所述两组电路单元中的第四IGBT的发射极短接并与直流的负极输入端相连；所述两组电路单元中的第二IGBT的发射极短接并作为该相交流输出端；
任意一相中的2只串联的直流电容并联于直流的正、负极输入端之间，2只直流电容的中点和串联的2个钳位二极管的中点连接作为直流电压中点。
2.根据权利要求1所述的三电平三相桥电路，其特征在于，
所述任意一相中的每组电路单元中的第二IGBT的集电极与发射极之间、第三IGBT的集电极与发射极之间均设由吸收回路，所述吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。
3.一种实现根据权利要求1所述的三电平三相桥电路的模块化结构，其特征在于，
所述每组电路单元中的所述第一IGBT及与其反并联的续流二极管、所述第二IGBT及与其反并联的续流二极管以及第一钳位二极管封装为M1模块；
所述每组电路单元中的所述第三IGBT及与其反并联的续流二极管、所述第四IGBT及与其反并联的续流二极管以及第二钳位二极管封装为M2模块。
4.根据权利要求3所述的模块化结构，其特征在于，
所述任意一相的两组电路单元采用以下顺序水平间隔安装在散热器上：第一组电路单元中的M1模块、第一组电路单元中的M2模块、第二组电路单元中的M1模块、第二组电路单元中的M2模块。
5.根据权利要求3所述的模块化结构，其特征在于，
所述M1模块中的第二IGBT的集电极、发射极之间以及所述M2模块中的第三IGBT的集电极、发射极之间均设由吸收回路，所述吸收回路包括串联的吸收电阻以及吸收电容。
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