CN107294357B - 三电平转换器布置和用于其的相连布置 - Google Patents

三电平转换器布置和用于其的相连布置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于三电平转换器布置的相连布置，其包括：第一至第三连接轨，第一至第三连接轨每个都是成形的金属体的形式；第一至第三相连轨，第一至第三相连轨每个都是成形的金属体的形式。在这种情况下，各个连接轨具有线状段和连接段，该连接段本身具有连接装置。各个相连轨具有线状段和相连段，该相连段本身具有相关联的相连装置。相应的连接装置与相连装置一起形成相应地关联的连接段到相应地关联的相连段的导电连接，该导电连接优选地是力配合的。因此，连接轨以正确的极性连接到相连轨。

Description

三电平转换器布置和用于其的相连布置
技术领域
本发明描述了一种用于三电平转换器布置的相连布置，以及还描述了该转换器布置本身。
背景技术
EP 2 814 308 A1公开了一种包括功率半导体部件的三电平转换器装置，其中为了进行电接触，三电平转换器装置具有第一直流电压正电位连接元件、第一直流电压负电位连接元件以及第一和第二中性电压电位连接元件，其中第一和第二中性电压电位连接元件导电地连接到彼此，其中第一直流电压正电位连接元件和第一中性电压电位连接元件形成第一连接元件对，且第二中性电压电位连接元件和第一直流电压负电位连接元件形成第二连接元件对，其中第一连接元件对和第二连接元件对在空间中在第二方向上被连续地布置，其中第一直流电压正电位连接元件和第一中性电压电位连接元件在空间中在第三方向上被一个在另一个的上方地布置，并且第二中性电压电位连接元件和第一直流电压负电位连接元件在空间中在第三方向上被一个在另一个的上方地布置。
通过这些所述条件的获知，本发明基于形成相连布置的特别紧凑的构造的目的，其具有尽可能低的寄生电感，特别是在中性电位换向的情况下。
发明内容
该目的通过本发明的相连布置以及转换器布置来实现。优选实施例在相应的具体说明中描述。
本发明涉及一种用于三电平转换器布置的相连布置，其包括第一至第三连接轨、第一至第三相连轨，第一至第三连接轨每个都是成形的金属体的形式，第一至第三相连轨每个都是成形的金属体的形式。在这种情况下，各个连接轨具有线状段和连接段，该连接段本身具有连接装置。各个相连轨具有线状段和相连段，该相连段本身具有相关联的相连装置。相应的连接装置与相连装置一起形成相应地关联的连接段到相应地关联的相连段的导电连接，该导电连接优选地是力配合的。因此，连接轨以正确的极性连接到相连轨。连接轨和相连轨的相应的线状段以堆叠的方式一个位于另一个之上，其中在第一连接轨的连接段(即第一连接段)的法线方向上突出的第一相连轨的相连段(即第一相连段)覆盖第一连接段；其中在第二连接轨的连接段(即第二连接段)的法线方向上突出的第二相连轨的相连段(即第二相连段)覆盖第一连接段和第二连接段，并且其中在第三连接轨的连接段(即第三连接段)的法线方向上突出的第三相连轨的相连段(即第三相连段)覆盖第二连接段和第三连接段。
在这种情况下，优选的是，各个连接装置为螺纹销形式，并且各个相连装置为与该螺纹销配合的螺母形式。
特别优选的是，连接轨每个都是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。原则上独立于此，但是优选的是，接触轨同样每个都是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。
在优选的配置中，连接段与相应的连接轨的线状段对准地布置。在这种情况下，特别有利的是，第二连接段相对于第一连接段在朝相关联的线状段的方向上凹进，并且其中第三连接段相对于第二连接段在朝相关联的线状段的方向上凹进。
同样地，并且特别是组合地，有利的是，相连段布置成使得其以成直角地从相应的相连轨的线状段突出。
进一步优选的是，第二相连段具有第二凹部，第二凹部用于将第一相连装置与第一连接装置对准地布置，并且其中第三相连段具有第二凹部，第二凹部用于将第二相连装置与第二连接装置对准地布置。
特别优选的是，各个连接轨和相关联的相连轨通过绝缘装置彼此电绝缘，绝缘装置优选地是绝缘膜或绝缘护套。作为替代，可以选择各对连接轨和相连轨之间的距离，使得该距离足以确保电绝缘。
当每个相连轨本身具有带有连接装置的连接段时，形成级联连接可能是有利的。
原则上，优选的是，第一连接轨携带负电位或正电位，因此第一相连轨也携带负电位或正电位；第三连接轨携带正或负电位，因此第三相连轨也携带正或负电位，即与第一连接轨和第一相连轨相反的电位；并且第二连接轨携带中性电位，因此第二相连轨也携带中性电位。
根据本发明的转换器布置形成有三电平功率半导体系统，该三电平功率半导体系统包括三个(即第一至第三)连接轨并且包括三个(即第一至第三)相连轨，其中连接轨导电地连接到相关联的相连轨。
在这种情况下，优选的是，三电平功率半导体系统具有三电平功率半导体模块。此外，三电平功率半导体系统可具有电容器装置和/或驱动器装置。
不言而喻的是，除非本身被排除，否则以单数形式提到的特征可在根据本发明的相连布置或转换器装置中以复数形式存在。例如，所述连接装置或相连装置是至少一个连接装置或相连装置。
不言而喻的是，本发明的不同配置可以单独地或者以不相互排斥的任意组合实现，以便实现改进。具体地，在不脱离本发明范围的情况下，上文和下文中提及和解释的特征不仅可用于所指示的组合中，而且可用于其它组合或它们本身。
附图说明
从下面对在图1至9中示意性示出的本发明的示例性实施例或其相应部分的描述，本发明的进一步解释、有利的细节和特征是显而易见的。
图1彼此分开地示出根据本发明的连接布置的第一、第二和第三连接轨与相关联的相连轨的平面图。
图2示出根据本发明的连接布置的第一、第二和第三连接轨与相关联的相连轨的侧向分解视图。
图3同样示出该连接布置。
图4从下方示出第一至第三相连轨的细节。
图5以平面图示出第一至第三相连轨的另一配置。
图6至图9示出根据本发明的转换器布置以及转换器布置中的第一至第三相连轨的布置。
具体实施方式
图1彼此分开地示出根据本发明的连接布置的第一、第二和第三连接轨10、30、50与相关联的相连轨20、40、60的平面图。在此和所有以下的附图中，第一连接轨10和第一相连轨20被示出为没有阴影线，而第二连接轨30和第二相连轨40被示出为具有窄阴影线，并且第三连接轨50和第三相连轨60被示出为具有宽阴影线。在一些图中，阴影线仅是部分的，以便不对清晰度产生不利影响。
第一连接轨10是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式，并且在此携带正电位。所述第一连接轨具有线状段12和与所述线状段直接对准地结合的连接段14。连接段14是具有接触区域的段，该接触区域用于导电地连接到相关联的第一相连轨20。此外，第一连接段14具有连接装置16，在此，参看图2，其配置为螺纹销。
第一连接轨10有一个相关联的第一连接轨20，仅示出了第一连接轨20的连接段24，所述第一连接轨同样为扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。所述成形的金属体具有到第一连接轨10的第一连接段12的接触区域，该接触区域与第一连接段14的接触区域形成导电连接。连接段24具有第一凹部240，第一连接轨10的连接装置16延伸通过该第一凹部240。
第二连接轨30同样是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式，并且在此携带中性电位。所述第二连接轨具有线状段32和连接段34，该连接段34与所述线状段直接对准地结合并且相对于布置在其下方的第一连接段14在朝线状段32的方向上凹进(同样参看图2和图3)。连接段34是具有接触区域的段，该接触区域用于导电地连接到相关联的第二相连轨40。此外，第二连接段34具有第二连接装置36，其同样配置成螺纹销。
第二连接轨30有一个相关联的第二相连轨40，也仅示出了第二相连轨40的相连段44，所述第二相连轨同样为扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。所述成形的金属体具有到第二连接轨30的第二连接段34的接触区域，该接触区域与第二连接段34的接触区域形成导电连接。第二相连段44具有第一凹部440，第二连接轨30的第二连接装置36延伸通过该第一凹部440。
此外，第二相连段44覆盖第一相连段24并且在该覆盖的区域中具有第二凹部442，第一连接段14的第一连接装置16延伸到第二凹部442中，并且在那里连接到第一相连装置26，第一相连装置26在此是螺母的形式。因此，有效地建立了第一连接段14和第一相连段24之间的力配合的连接，并且因此有效地建立了这两个段的电连接。
第三连接轨50同样是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式并且在此携带负电位。所述第三连接轨具有线状段52和连接段54，所述连接段54与所述线状段直接对准地结合并且相对于布置在其下方的第二连接段34在朝线状段52的方向上凹进(同样参看图2和图3)。第三连接段54是具有接触区域的段，该接触区域用于导电地连接到相关联的第三相连轨60。此外，第三连接段54具有第三连接装置56，其同样配置成螺纹销。
第三连接轨50有一个相关联的第三相连轨60，仅示出了第三相连轨60的相连段64，所述第三相连轨同样为扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。所述成形的金属体具有到第三连接轨50的第三连接段54的接触区域，该接触区域与第三连接段54的接触区域形成导电连接。第三相连段64具有第一凹部640，第三连接轨50的第三连接装置56延伸通过该第一凹部640。
此外，第三相连段64覆盖第二相连段44但不覆盖第一相连段24，并且在该覆盖的区域中具有第二凹部642，第二连接段34的第二连接装置36延伸到第二凹部642中并且在那里连接到第二相连装置46，第二相连装置46在此同样为螺母的形式。因此有效地建立了第二连接段34和第二相连段44之间的力配合的连接，并且因此有效地建立了这两个段的电连接。
参看图3，关于在第三连接段和第三相连段之间形成电连接。
图2示出根据本发明的连接布置的第一、第二和第三连接轨10、30、50与相关联的相连轨20、40、60的侧向分解视图。所述附图2再次示出第一连接轨10及其线状段12和其连接段14，该连接段14具有为螺纹销的形式的连接装置16，所述连接装置16在第一连接轨10(更精确地在第一连接段14)的法线方向上突出。第一连接段14有一个相关联的第一相连段24，其是第一相连轨20的第一相连段24。所述第一相连段24具有第一凹部240，该第一凹部240用于供第一连接段14的第一连接装置16通过。在顶侧和与顶侧相对的底侧上都布置相应的绝缘装置100、102，绝缘装置100、102在每种情况下优选地为绝缘膜的形式，顶侧面向第二连接轨30和第二相连轨40。顶侧的绝缘膜100用于提供对第二连接轨30和第二相连轨40的电绝缘，而底侧的绝缘膜102用于提供对其他电位的电绝缘。
所述附图2进一步示出第二连接轨30及其线状段32和其连接段34，该连接段34具有第二连接装置36，该第二连接装置36再次为螺纹销的形式，其在第二连接轨30(更确切地在第二连接段34)的法线方向上突出。第二连接段34相对于第一连接段14在朝相关联的第二线状段32的方向上凹进，凹进的距离稍微大于第一相连段24的宽度，因此该第二连接段位于第一连接段14的旁边，仅偏移开绝缘装置100的高度，参见图3。
第二连接段34有一个相关联的第二相连段44，其是第二连接轨40的第二相连段44。所述第二相连段44具有第一凹部440，该第一凹部440用于供第二连接段34的连接装置36通过。第二相连段44在第二连接轨30(更精确地在其连接段34)的法线方向N上覆盖所述连接段以及第一连接段14。在那里，第二相连段44具有第二凹部442，第一连接装置16延伸通过该第二凹部442。该第二凹部442的尺寸以如此的方式设计使得留有用于第一相连装置26的足够空间。
在面向第三连接轨50和第三相连轨60的顶侧上布置绝缘装置300，该绝缘装置300优选地为绝缘膜的形式。该绝缘膜300用于提供对第三连接轨50和第三相连轨60的电绝缘。
所述附图2进一步示出第三连接轨50及其线状段52和其连接段54，该连接段54具有第三连接装置56，该第三连接装置56再次为螺纹销的形式，其在第三连接轨50(更确切地在第三连接段54)的法线方向N上突出。第三连接段54相对于第二连接段34在朝相关联的第三线状段52的方向上凹进到这样的程度，使得该第三连接段54位于第二相连段44的旁边，仅偏移开绝缘装置300的高度，参看图3。
第三连接段54有一个相关联的第三相连段64，其是第三相连轨60的第三相连段64。所述第三相连段具有第一凹部640，该第一凹部640用于供第三连接段54的第三连接装置56通过。第三相连段64在第三连接轨50(更精确地在其连接段54)的法线方向N上覆盖所述连接段以及还有第二连接段34，但是比所述第二相连段覆盖第一连接段14的覆盖程度更少。在第三相连段64覆盖第二相连段44的该区域中，第三相连段64具有第二凹部642，该第二凹部642用于供第二连接装置34延伸通过。该第二凹部642的尺寸以如此的方式设计使得留有用于第二相连装置46的足够空间。
优选为绝缘膜的形式的绝缘装置500布置在第三连接轨50和第三相连接轨60的顶侧上。顶侧的绝缘膜500用于提供对其他电位的电绝缘。
图3同样示出根据图2的连接布置，但是其没有绝缘装置，并且附加地具有第一至第三相连装置26、46、66，以彼此相距一定距离地示出第一至第三相连装置26、46、66。通过这些相连装置，更精确地通过所述相连装置在相关联的连接装置16、36、56上的相应布置，也就是说具体地通过螺母到相关联的螺纹销的螺纹连接，有效地建立了连接段和相应地相关联的相连段之间的力配合的连接，以及因此有效地建立了这两个段的电连接。
如在此部分地示出的那样，优选的是，连接轨10、30、50和相连轨20、40、60的相应的线状段以堆叠的方式一个位于另一个之上。在这种情况下，在第一连接轨10的法线方向N上突出的第一相连段24覆盖第一连接段14。在第二连接轨30的法线方向N上突出的第二相连段44覆盖第一连接段14和第二连接段34。类似地，在第三连接轨50的法线方向N上突出的第三相连段64覆盖第二连接段34和第三连接段54。
图4从下方示出第一至第三相连轨20、40、60的细节，也就是说沿z方向看的细节，参看图2或图3。所述图4示出各个第一、第二和第三相连段24、44、64的各自的接触区域，以及还有第一相连轨20的第一线状段22，第一线状段22以直角从相关联的连接段24突出，并且在这种情况下，整个相连轨20是平面的，即是不弯曲的，并且是扁平的。
图5以平面图示出第一至第三相连轨20、40、60的另一配置。所述附图5将第一相连轨20示出为扁平的未弯曲的成形的金属体，其中相连段24从线状段22垂直地延伸远离。第二和第三相连轨40、60以堆叠的方式以从先前附图1-4中另外已知的方式布置。所述第二和第三相连轨本身具有相连段44、64，相连段44、64同样以堆叠的方式布置。
在所述附图5中，第二相连段44完全覆盖第一相连段。第三相连段64部分地覆盖第二相连段，其中完全覆盖第一相连段24的第二相连段44的区域不被第三相连段64覆盖。这确保：首先，即使在所有相连轨20、40、60堆叠布置的情况下，存在对所有相连装置26、46、66的接近方式，并且同时，通过对作为相连轨的一部分的各个相连段的所述覆盖，来实现包括三个相连轨的布置的低电感配置。
所示的连接轨每个都能有多个相连段，参看图6至图9。
此外，每个相连轨(其本身与其线状段对准)具有带有相连装置27、47、67的相连段25、45、65，由此可以级联多个第一到第三相连轨，如通过相连轨的第二布置所示意的那样。
图6至图9示出根据本发明的转换器布置以及在所述转换器布置中的第一至第三相连轨20、40、60的布置。在此，各个连接轨10、30、50和相连轨20、40、60为扁平的成形的金属体的形式，优选地由铜或主要为含铜的合金构成。连接轨10、30、50至少在其连接段14、34、54中具有3cm至15cm的典型宽度和0.4cm至2cm之间的厚度。相连轨20、40、60优选地具有与连接轨相同的厚度。它们各自的线状段22、42、62的宽度同样优选地在3cm至15cm的范围内。这些是基本上不限制本发明范围的典型的和优选的配置。
第一至第三连接轨10、30、50形成堆叠，其中绝缘装置100、300布置在它们之间，其中连接段14、34、54相对于线状段12、32、52弯曲过90°地布置。因此，形成了这些连接段的堆叠，如从图3基本上已知的那样。
图6示出了转换器布置，其包括三个三电平功率半导体系统70，没有相连轨，但是仅具有第一至第三连接轨10、30、50，根据电路经由电容器装置和多个三电平功率半导体模块将它们连接到彼此。每个三电平功率半导体系统70具有用于驱动功率半导体模块的驱动器装置(没有明确示出)。连接轨10、30、50与相应的电容器装置一起形成相应的三电平功率半导体系统70的中间电路。
图7示出根据图6的转换器布置，其中提供第一相连轨20。此外，在该第一相连轨20的底侧上布置有绝缘装置102，该绝缘装置102为绝缘膜的形式，用于提供对三电平功率半导体系统70的电绝缘。
图8示出根据图7的转换器布置，其中提供第二相连轨40。此外，在第一相连轨20的顶侧上布置有绝缘装置100，该绝缘装置100为绝缘膜的形式，用于提供对第二相连轨20的电绝缘。
图9示出根据图8的转换器布置，其中提供第三相连轨60。此外，在第二相连轨40的顶侧上布置有绝缘装置300，该绝缘装置300为绝缘膜的形式，用于提供对第三相连轨60的电绝缘。用于提供对其它电位的电绝缘的绝缘装置500同样布置在所述第三相连轨上。
上述示出和描述的配置具有这样的效果：在第一连接段14的法线方向N(在此对应于Z方向)上突出的第一相连段24覆盖第一连接段14。类似地，在第二连接段34的法线方向N上突出的第二相连段44覆盖第一连接段14和第二连接段34。此外，第在第三连接段54的法线方向N上突出的第三相连段64覆盖第二连接段34和第三连接段54。

Claims (14)

1.一种用于三电平转换器布置的相连布置，其特征在于，包括：
第一、第二和第三连接轨(10、30、50)，第一、第二和第三连接轨(10、30、50)每个都是成形的金属体形式；
第一、第二和第三相连轨(20、40、60)，第一、第二和第三相连轨(20、40、60)每个都是成形的金属体形式；
其中，各个连接轨(10、30、50)具有线状段(12、32、52)和连接段(14、34、54)，该连接段(14、34、54)本身具有连接装置(16、36、56)；
其中，各个相连轨(20、40、60)具有线状段(22、42、62)和相连段(24、44、64)，该相连段(24、44、64)本身具有相关联的相连装置(26、46、66)；
其中，相应的连接装置(16、36、56)与相连装置(26、46、66)一起形成相应地关联的连接段(14、34、54)到相应地关联的相连段(24、44、64)的导电连接；
其中，连接轨(10、30、50)和相连轨(20、40、60)的相应的线状段以堆叠的方式一个位于另一个之上；
其中在第一连接轨的连接段(14)的法线方向(N)上突出的第一相连轨的相连段(24)覆盖第一连接轨的连接段(14)；
其中在第二连接轨的连接段(34)的法线方向(N)上突出的第二相连轨的相连段(44)覆盖第一连接轨的连接段(14)和第二连接轨的连接段(34)；并且
其中在第三连接轨的连接段(54)的法线方向(N)上突出的第三相连轨的相连段(64)覆盖第二连接轨的连接段(34)和第三连接轨的连接段(54)。
2.根据权利要求1所述的相连布置，其特征在于：
各个连接装置(16、36、56)为螺纹销的形式，并且各个相连装置(26、46、66)为与该螺纹销配合的螺母的形式。
3.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
连接轨(10、30、50)每个都是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。
4.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
相连轨(20、40、60)每个都是扁平的未弯曲的成形的金属体的形式。
5.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
连接段(14、34、54)与相应的连接轨(10、30、50)的线状段(12、32、52)对准地布置。
6.根据权利要求5所述的相连布置，其特征在于：
第二连接轨的连接段(34)相对于第一连接轨的连接段(14)在朝相关联的第二连接轨的线状段(32)的方向上凹进，并且其中第三连接轨的连接段(54)相对于第二连接轨的连接段(34)在朝相关联的第三连接轨的线状段(52)的方向上凹进。
7.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
相连段布置成使得其成直角地从相应的相连轨的线状段突出。
8.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
第二相连轨的相连段(44)具有第二凹部(442)，所述第二凹部(442)用于将第一相连轨的相连装置(26)与第一连接轨的连接装置(16)对准地布置，并且其中第三相连轨的相连段(64)具有第二凹部(642)，所述第二凹部(642)用于将第二相连轨的相连装置(46)与第二连接轨的连接装置(36)对准地布置。
9.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
各个连接轨(10、30、50)和相关联的相连轨(20、40、60)通过绝缘装置(100、300)彼此电绝缘，所述绝缘装置(100、300)优选地为绝缘膜或绝缘护套。
10.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
每个相连轨(20、40、60)本身具有带有连接装置(27、47、67)的连接段(25、45、65)。
11.根据权利要求1或2所述的相连布置，其特征在于：
第一连接轨(10)携带负电位或正电位，因此第一相连轨(20)也携带负电位或正电位；第三连接轨(50)携带正电位或负电位，因此第三相连轨(60)也携带正电位或负电位；并且，第二连接轨(30)携带中性电位，因此第二相连轨(40)也携带中性电位。
12.一种转换器布置，其包括三电平功率半导体系统(70)，该三电平功率半导体系统(70)包括三个连接轨(10、30、50)，并且包括三个相连轨(20、40、60)，其特征在于，通过根据权利要求1-11中任一项所述的相连布置，三个连接轨导电地连接到相关联的三个相连轨。
13.根据权利要求12所述的转换器布置，其特征在于：
三电平功率半导体系统(70)具有三电平功率半导体模块。
14.根据权利要求13所述的转换器布置，其特征在于：
三电平功率半导体系统(70)附加地具有电容器装置和/或驱动器装置。
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