CN109119183B - 级联的电气装置总线结构系统和方法 - Google Patents

级联的电气装置总线结构系统和方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于改进的电气系统，所述电气系统包括级联多个电气装置的总线结构。所述总线结构包括：第一外部导电层，其为正层；第二外部导电层，其为负层；第一中间导电层，其邻近所述第一外部导电层；第二中间导电层，其邻近所述第二外部导电层；和第三中间导电层，其邻近所述第二中间导电层，其中所述第三中间导电层为装置间层，从而促进串联电连接所述电气装置中的至少两个。所述第一中间导电层为负层且所述第二中间导电层为正层，以减小在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电感和/或增加在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电容。

Description

级联的电气装置总线结构系统和方法
技术领域
本申请涉及一种电气系统，尤其涉及一种包括级联的申气装置总线结构的电气系 统和方法。
背景技术
此部分旨在向读者介绍可能与本申请技术的各方面相关的技术的各方面，这些方面在下文中被描述和/或主张。相信此论述有助于向读者提供背景信息以促进对本申请的各方面的更好理解。因此，应了解，应鉴于此来阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的认可。
通常，电气系统可包括多个电气装置，其以电气方式互连以便于将电力从电源(例如，发电机)供应到电力负载。在一些情况下，电气装置可包括：无源电气装置，例如电容器或电感器；和/或有源电气装置，其可以操作方式受控制，例如机电切换装置或半导体切换装置。举例来说，功率变频器可包括电容器和半导体切换装置，其可受控制以将从电源接收的交流(AC)电转换成供应到电力负载的直流(DC)电。
在一些情况下，具有较低额定功率的多个电气装置可串联地电连接，进而级联电气装置以促进实施较高额定功率应用。举例来说，功率变频器可实施成具有通过多个电线(例如，电连接器)在正DC总线与负DC总线之间串联连接的多个级联的电容器，所述多个级联的电容器具有预期足以在高压应用中操作的总电容。另外或另一选择为，功率变频器可实施成具有通过多个电线在正DC总线与负DC总线之间串联连接的多个级联的半导体切换装置，所述多个级联的半导体切换装置具有预期在高压应用中在连接电功率与断开电功率之间可靠地切换的组合的额定值。
然而，在一些情况下，在将电功率连接到电连接器与将电功率与电连接器断开之间切换可引入寄生阻抗(例如，电容及/或电感)，这可影响电气系统及/或周围的电气装置的操作。举例来说，当电功率交替地连接到电连接器及与电连接器断开时，流动通过电连接器的电流的改变可产生磁场，所述磁场在例如电气系统中的另一电连接器或电气装置的附近导电材料中引入寄生电感。在一些情况下，寄生电感可产生出现在电气系统中的电压过冲，这可影响电气系统中的电气装置的使用期限和/或操作可靠性。
发明内容
以下阐述本文中公开的某些实施例的概述。应了解，这些方面仅呈现为向读者提供这些实施例的简要概述，并且这些方面非旨在限制本申请的范围。事实上，本申请可以包括以下未作阐述的各个方面。
在一个实施例中，电气系统包括级联多个电气装置的结构。所述第一总线结构包括：第一外部导电层，其为第一正层；第二外部导电层，其为第一负层；第一中间导电层，其邻近第一外部导电层且电连接到第二外部导电层，具中第一中间导电层为第二负层以减小在操作期间引入到电气系统中的寄生电感、增加在操作期间引入到电气系统中的寄生电容或两者皆有；第二中间导电层，其邻近第二外部导电层且电连接到第一外部导电层，其中第二中间导电层为第二正层以减小在操作期间引入到电气系统中的寄生电感、增加在操作期间引入到电气系统中的寄生电容或两者皆有；和第三中间导电层，其邻近第二中间导电层，其中第三中间导电层为装置间层，从而便于串联电连接多个电气装置中的至少两个。
在另一实施例中，一种用于实施待部署在电气系统中的总线结构的方法包括：形成多个层，其中所述多个层包括多个导电层和各自形成于一对邻近导电层之间的多个非导电层：将形成于总线结构的第一侧上的多个导电层中的第一导电层作为第一正层；将形成于总线结构的与第一侧相对的第二侧上的多个导电层中的第二导电层作为第一负层；将通过多个非导电层中的第一非导电层与第二导电层分离的多个导电层中的第三导电层作为第二正层，以减小当总线结构部署在电气系统中时在电气系统中产生的电压过冲的量值；将通过多个非导电层中的第二非导电层与第一导电层分离的多个导电层中的第四导电层作为第二负层，以减小当总线结构部署在电气系统中时在电气系统中产生的电压过冲的量值；和将通过多个非导电层中的第三非导电层与第四导电层分离的多个导电层中的第五导电层作为第一装置间层，以便于串联电连接至少第一电气装置与第二电气装置。
在另一实施例中，一种有形的非暂时性计算机可读媒体存储可由设计装置的一个或多个处理器执行的指令，以便于实施总线结构。所述指令包括用以进行以下操作的指令：使用一个或多个处理器确定其中预期部署总线结构的电气系统的特性，其中所述特性包括预期通过总线结构级联的电气装置的数目和通过电气装置的预期电流次序；使用一个或多个处理器至少部分地基于电气系统的特性确定待用于实施总线结构的目标设计参数，其中目标设计参数至少指示待实施在总线结构中的导电层的数目和导电层中的每一个分配为正层、负层和装置间层中的一个；和使用一个或多个处理器指示目标设计参数，以促进使用制造设备实施总线结构。
具体地，本申请技术方案1涉及一种电气系统，其包括配置成级联第一多个电气装置的第一总线结构。所述第一总线结构包括第一外部导电层，其为第一正层；第二外部导电层，其为第一负层；及第一中间导电层，其邻近所述第一外部导电层且电连接到所述第二外部导电层，其中所述第一中间导电层为第二负层，以减小在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电容，或两者皆有。所述第一总线结构包括第二中间导电层，其邻近所述第二外部导电层且电连接到所述第一外部导电层，其中所述第二中间导电层为第二正层，以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容，或两者皆有。所述第一总线结构包括第三中间导电层，其邻近所述第二中间导电层，其中所述第三中间导电层为第一装置间层，从而便于串联电连接所述第一多个电气装置中的至少两个。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的电气系统，所述电气系统包括：交流电源，其配置成输出交流电；直流负载，其配置成使用直流电进行操作；功率变频器，其电连接在所述交流电源与所述直流负载之间，其中所述功率变频器包括配置成在打开位置中停用电流且在关闭位置中启用电流的切换装置；和控制系统。所述控制系统通信地连接到所述功率变频器。所述控制系统配置成指示所述切换装置在所述打开位置与所述关闭位置之间交替地切换，以便于将从所述交流电源接收的交流电转换成直流电。其中，将所述切换装置从所述打开位置切换到所述关闭位置产生传播到所述第一多个电气装置的电压过冲；且所述电压过冲的量值至少部分地基于引入到所述电气系统中的所述寄生电感和所述寄生电容而变化。
本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的电气系统，所述电气系统包括：正直流总线，其电连接到所述第一外部导电层和所述第二中间导电层；和负直流总线，其电连接到所述第二外部导电层和所述第一中间导电层。其中所述第一总线结构配置成当部署在所述电气系统中时将所述第一多个电气装置中的每一个串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的电气系统，所述电气系统包括第四中间导电层，所述第四中间导电层邻近所述第三中间导电层且邻近所述第一中间导电层。其中，所述第一多个电气装置包括第一电气装置、第二电气装置和第三电气装置。所述第一外部导电层为所述第一正层且所述第二中间导电层为所述第二正层，以便于将所述第一电气装置电连接到正直流总线。所述第二外部导电层为所述第一负层且所述第一中间导电层为所述第二负层，以便于将所述第三电气装置电连接到负直流总线。所述第三中间导电层为所述第一装置间层，以便于将所述第一电气装置与所述第二电气装置串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间。所述第四中间导电层为第二装置间层，以便于将所述第二电气装置与所述第三电气装置串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间。
本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的电气系统，所述第一电气装置包括第一电容器，所述第二电气装置包括第二电容器，且所述第三电气装置包括第三电容器。或者，所述第一电气装置包括第一半导体切换装置，所述第二电气装置包括第二半导体切换装置，且所述第三电气装置包括第三半导体切换装置。
本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的电气系统，其中，所述第一总线结构包括第一通孔，其穿过至少所述第一外部导电层和所述第二中间导电层形成。所述第一总线结构包括第一垂直的通路，其安置于所述第一通孔中。其中，所述第一垂直的通路在所述第一通孔中电连接到所述第一外部导电层和所述第二中间导电层。所述第一垂直的通路在所述第一通孔中与所述第二外部导电层、所述第一中间导电层和所述第三中间导电层电绝缘。所述第一垂直的通路从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一多个电气装置中的第一电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第一垂直的通路。所述第一总线结构包括第二通孔，其穿过至少所述第二外部导电层和所述第一中间导电层形成。所述第一总线结构包括第二垂直的通路，其安置于所述第二通孔中。其中所述第二垂直的通路在所述第二通孔中电连接到所述第二外部导电层和所述第一中间导电层。所述第二垂直的通路在所述第二通孔中与所述第一外部导电层、所述第二中间导电层和所述第三中间导电层电绝缘。所述第二垂直的通路从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一多个电气装置中的第二电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第二垂直的通路。所述第一总线结构包括第三通孔，其穿过至少所述第三中间导电层形成。所述第一总线结构包括第三垂直的通路，其安置于所述第三通孔中。其中所述第三垂直的通路在所述第三通孔中电连接到所述第三中间导电层；在所述第三通孔中与所述第一外部导电层、所述第二外部导电层、所述第一中间导电层和所述第二中间导电层电绝缘；且从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第三垂直的通路。
本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的电气系统，其中，所述第一多个电气装置包括第一电气装置、第二电气装置和第三电气装置。所述第三中间导电层为所述第一装置间层，以便于串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置。所述第一总线结构包括第四中间导电层，其邻近所述第三中间导电层，其中所述第四中间导电层为第二装置间层，以便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置。所述第一总线结构包括第五中间导电层，其邻近所述第四中间导电层，其中所述第五中间导电层为第三负层。所述第一总线结构包括第六中间导电层，其邻近所述第五中间导电层，其中所述第六中间导电层为第三正层。所述第一总线结构包括第七中间导电层，其邻近所述第六中间导电层，其中所述第七中间导电层为第三装置间层，以便于串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置。所述第一总线结构包括第八中间导电层，其邻近所述第一中间导电层和所述第七中间导电层，其中所述第八中间导电层为第四装置间层，以便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置。
本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的电气系统，其中所述电气系统包括第二总线结构，所述第二总线结构配置成级联第二多个电气装置，其中所述第二总线结构包括第三外部导电层，其为第三正层。所述第二总线结构包括第四外部导电层，其为第三负层。所述第二总线结构包括第四中间导电层，其邻近所述第三外部导电层且电连接到所述第四外部导电层，其中所述第四中间导电层为第四负层以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容或两者皆有。所述第二总线结构包括第五中间导电层，其邻近所述第四外部导电层且电连接到所述第三外部导电层，其中所述第五中间导电层为第四正层以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容或两者皆有。所述第二总线结构包括第六中间导电层，其邻近所述第五中间导电层，其中所述第六中间导电层为第二装置间层，以便于串联电连接所述第二多个电气装置中的至少两个。
本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的电气系统，其中所述第一总线结构包括母排线或印刷电路板。
本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的电气系统，其中所述电气系统包括工业系统、制造系统、自动化系统、工厂、车间、计算系统、计算机、汽车系统、飞机、船或汽车。
本申请技术方案11涉及一种用于实施待部署在电气系统中的总线结构的方法，其包括形成多个层，其中所述多个层包括多个导电层和各自形成于一对邻近导电层之间的多个非导电层。所述方法包括将形成于所述总线结构的第一侧上的所述多个导电层中的第一导电层作为第一正层。所述方法包括将形成于所述总线结构的与所述第一侧相对的第二侧上的所述多个导电层中的第二导电层作为第一负层。所述方法包括将所述多个非导电层中的第一非导电层与所述第二导电层分离的所述多个导电层中的第三导电层作为第二正层，以减小当所述总线结构部署在所述电气系统中时在所述电气系统中产生的电压过冲的量值。所述方法包括将所述多个非导电层中的第二非导电层与所述第一导电层分离的所述多个导电层中的第四导电层作为第二负层，以减小当所述总线结构部署在所述电气系统中时在所述电气系统中产生的所述电压过冲的量值。所述方法包括将所述多个非导电层中的第三非导电层与所述第四导电层分离的所述多个导电层中的第五导电层作为第一装置间层，以便于串联电连接至少第一电气装置与第二电气装置。
本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的方法，其中，所述方法包括使用设计装置确定所述电气系统的预期特性，其中所述预期特性包括预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目和通过所述电气装置的预期电流次序。所述方法包括使用所述设计装置至少部分地基于所述电气系统的所述预期特性确定待用于实施所述总线结构的目标设计参数，其中所述目标设计参数至少指示要包括在所述多个导电层中的层的数目和所述多个导电层中的每一个分配为正层、负层和装置间层中的一个。
本申请技术方案13涉及根据技术方案11所述的方法，其中，确定所述电气系统的所述预期特性包括确定所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目为三个和确定预期电流从所述第一电气装置流动到所述第二电气装置且从所述第二电气装置流动到第三电气装置。确定所述目标设计参数包括确定所述待包括在所述多个导电层中的层的数目比所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目多三个；确定第一外部导电层应为所述第一正层；确定第二外部导电层应为所述第一负层；确定最接近于所述第二外部导电层的第一中间导电层为所述第二正层；确定最接近于所述第一外部导电层的第二中间导电层为所述第二负层；确定最接近于所述第一中间导电层的第三中间导电层为所述第一装置间层，其中所述第一装置间层串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置；和确定最接近于所述第三中间导电层的第四中间导电层为第二装置间层，从而便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置。
本申请技术方案14涉及根据技术方案11所述的方法，将所述第一导电层作为所述第一正层和将所述第三导电层作为所述第二正层包括：在垂直于所述总线结构的所述第二侧的方向上穿过所述多个层中的每一个形成第一通孔；和在所述第一通孔中形成第一通路。其中所述第一通路在所述第一通孔中电连接到所述第一导电层和所述第三导电层；且所述第一通路在所述第一通孔中与所述第二导电层、所述第四导电层和所述第五导电层电绝缘。将所述第二导电层作为所述第一负层和将所述第四导电层作为所述第二负层包括：在垂直于所述总线结构的所述第二侧的所述方向上穿过所述多个层中的每一个形成第二通孔；和在所述第二通孔中形成第二通路。其中：所述第二通路在所述第二通孔中电连接到所述第二导电层和所述第四导电层；且所述第二通路在所述第二通孔中与所述第一导电层、所述第三导电层和所述第五导电层电绝缘。将所述第五导电层作为所述第一装置间层包括：在垂直于所述总线结构的所述第二侧的所述方向上穿过所述多个层中的每一个形成第三通孔；在所述第三通孔中形成第三通路。其中所述第三通路在所述第三通孔中电连接到所述第五导电层；且所述第三通路在所述第三通孔中与所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层和所述第四导电层电绝缘。
本申请技术方案15涉及根据技术方案11所述的方法，其中所述方法包括在通过以下操作实施所述总线结构之后将所述总线结构部署在所述电气系统中：将所述第一导电层和所述第三导电层电连接到所述电气系统中的正直流总线；将所述第一导电层和所述第三导电层电连接到所述第一电气装置；将所述第五导电层电连接到所述第一电气装置和所述第二电气装置；将所述第二导电层和所述第四导电层电连接到第三电气装置；和将所述第二导电层和所述第四导电层电连接到所述电气系统中的负直流总线。
本申请技术方案16涉及一种有形的非暂时性计算机可读媒体，其存储可由设计装置的一个或多个处理器执行的指令以促进实施总线结构。其中所述指令包括用以进行以下操作的指令：使用所述一个或多个处理器确定其中预期部署所述总线结构的电气系统的特性，其中所述特性包括预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目和通过所述电气装置的预期电流次序；使用所述一个或多个处理器至少部分地基于所述电气系统的所述特性确定待用于实施所述总线结构的目标设计参数，其中所述目标设计参数至少指示待在所述总线结构中实施的导电层的数目和所述导电层中的每一个分配为正层、负层和装置间层中的一个；和使用所述一个或多个处理器指示所述目标设计参数以促进使用制造设备实施所述总线结构。
本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中所述用以指示所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作的指令：输出指示所述制造设备将所述总线结构的第一外部导电层作为第一正层的第一一个或多个控制信号；输出指示所述制造设备将所述总线结构的第二外部导电层作为第一负层的第二一个或多个控制信号；输出指示所述制造设备将邻近所述第二外部导电层的第一中间导电层作为第二正层的第三一个或多个控制信号；输出指示所述制造设备将邻近所述第一外部导电层的第二中间导电层作为第二负层的第四一个或多个控制信号；和输出指示所述制造设备将邻近所述第一中间导电层的第三中间导电层作为第一装置间层的第五一个或多个控制信号；和输出指示所述制造设备将邻近所述第二中间导电层和所述第三中间导电层的第四中间导电层作为第二装置间层的第六一个或多个控制信号。
本申请技术方案18涉及根据技术方案16所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中所述用以确定所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作的指令：根据所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目确定所述待实施在所述总线结构中的导电层的数目；和至少部分地基于所述通过所述电气装置的预期电流次序将未被分配为正层或负层的每一中间导电层分配为装置间层。
本申请技术方案19涉及根据技术方案16所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中所述用以确定所述电气系统的所述特性的指令包括用以进行以下操作中的至少一个的指令：以自动方式分析所述电气系统；和从所述设计装置的I/O装置接收指示所述电气系统的所述特性的用户输入。
本申请技术方案20涉及根据技术方案16所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中所述用以指示所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作中的至少一个的指令：指示所述设计装置通过通信网络将所述目标设计参数传达到所述制造设备；指示所述设计装置将所述目标设计参数的视觉表示显示在电气显示器上；和指示所述设计装置通过所述通信网络将所述目标设计参数传达到另一电子装置。
附图说明
在阅读以下详细描述并且参考图式之后可更好地理解本申请的各个方面，在图式中：
图1是根据本申请的实施例包括电连接在电源与电力负载之间的一个或多个电气装置的电气系统的框图；
图2是根据本申请的实施例电连接在交流(AC)电源与直流(DC)负载之间的功率变频器中的电气装置的电路图；
图3是根据本申请的实施例级联的电气装置的电路图；
图4是根据本申请的实施例以电气方式及物理方式连接级联的电气装置的总线结构的示意图；
图5是根据本申请的实施例以电气方式及物理方式连接级联的电气装置的另一结构的示意图；
图6是根据本申请的实施例可促进实施总线结构的设计装置的框图；
图7是根据本申请的实施例用于操作设计装置的过程的流程图；且
图8是根据本中请的实施例的用于实施总线结构的过程的流程图。
具体实施方式
下文将描述本申请的一个或多个具体实施例。这些所描述实施例仅仅是本申请所公开的技术的实例。另外，为了提供这些实施例的简要描述，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在如任何工程或设计项目的任何此类实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案的决定必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案之间变化的相关系统约束和相关商业约束。此外，应了解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的技术人员来说，这些可能都是设计、制造和生产中的常规任务。
在介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一个(a/an)”和“所述”旨在意味着存在所述元件中的一个或多个。术语“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。另外，应了解，引用本申请的“一个实施例”并非旨在被解释为排除也并入所叙述特征的另外的实施例的存在。
本申请大体上涉及包括多个以电气方式互连的电气装置的电气系统。在一些情况下，电气系统可包括无源电气装置，例如电容器、电感器、电阻器等等。另外或另一选择为，电气系统可包括有源电气装置，其可被有源地控制，例如以选择性地连接和/或断开通过电气系统的电功率流。换句话说，在一些情况下，电气系统中的电气装置可包括一个或多个切换装置。举例来说，电气系统可包括：机电切换装置，例如继电器或接触器；和/或半导体切换装置，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT)。
在任何状况下，电气系统中的电气装置可操作以促进将电力从电源(例如，发电机)供应到电力负载。举例来说，功率变频器可电连接在交流(AC)电源与直流(DC)电力负载之间。在操作中，功率变频器中的电气装置(例如，复合装置)可将从交流电源接收的交流电转换成接着可供应到直流电力负载的直流电。
为了促进将交流电转换成直流电，功率变频器可选择性地将电力从输入交流总线供应到输出直流总线。因此，在一些情况下，功率变频器可包括例如电连接在正直流总线与负直流总线之间的切换装置。另外，功率变频器可使用所存储的电功率来过滤(例如，平滑化)所生成的直流电功率。因此，在一些情况下，功率变频器可包括例如电连接在正直流总线与负直流总线之间的电容器。
通常，每一电气装置可被评定为使用具有具体特性(例如，电压、电流和/或频率)的电功率进行操作。举例来说，对于低电压应用，用于功率变频器中的电容可使用单个电容器来实施。另外或另一选择为，对于低电压应用，对于用于功率变频器中的电功率的供应的控制可使用单个切换装置来实施。
为了使得能够实施较高电功率(例如，中压或高压)应用，电气系统可使用多个级联的电气装置来实施，所述多个级联的电气装置各自针对较低电功率(例如，低压)应用进行评定。举例来说，功率变频器可使用串联地电连接在正直流总线与负直流总线之间的三个级联的电容器而非单个电容器来实施。另外或另一选择为，功率变频器可使用串联地电连接在正直流总线与负直流总线之间的三个级联的切换装置而非单个切换装置来实施。由于串联连接，因此操作性约束(例如，相较于电压降的额定电压)可在多个电气装置之间划分，进而使得较低额定电功率电气装置能够用于较高电功率应用。
在任何状况下，为了促进实施电气系统，电气装置可通过例如电线或电缆的电连接器以电气方式互连。举例来说，为了在功率变频器中实施级联的电容器，第一电线可电连接在正直流总线与第一电容器之间，第二电线可电连接在第一电容器与第二电容器之间，第三电线可电连接在第二电容器与第三电容器之间，且第四电线可电连接在第三电容器与负直流总线之间。另外或另一选择为，为了在功率变频器中实施级联的切换装置，第五电线可电连接在正直流总线与第一切换装置之间，第六电线可电连接在第一切换装置与第二切换装置之间，第七电线可电连接在第二切换装置与第三切换装置之间，且第八电线可电连接在第三切换装置与负直流总线之间。
如上文所描述，有源电气装置的操作可被有源地控制以控制电气系统中的电功率的流动。举例来说，在打开位置中，切换装置可阻止(例如，停用)电流通过切换装置且因此通过电连接到切换装置的电连接器的流动。另一方面，在关闭位置中，切换装置可准许(例如，启用)电流通过切换装置且因此通过电连接到切换装置的电连接器的流动。
为了促进将电功率供应到电力负载，在一些情况下，电连接在电源与电力负载之间的切换装置可在打开位置与关闭位置之间选择性地切换。举例来说，在功率变频器中，可指示级联的切换装置相继在打开位置与关闭位置之间切换。以此方式，级联的切换装置可操作以交替地启用及停用电功率通过一个或多个对应的电连接器的流动。
在一些情况下，电功率流动通过电气系统可在例如电气系统中的电连接器或电气装置的周围的导电材料中产生寄生阻抗(例如，电容或电感)。举例来说，当电流流动通过电连接器时，电流可产生磁场，所述磁场与定位成相对极为接近的导电材料相互作用。具体地说，流动通过电连接器的电流的改变可在导电材料中产生寄生电感。另外，当电连接器的电压不同于定位成相对极为接近的导电材料的电压时，电压差可在电连接器与导电材料之间产生电场且因此产生寄生电容。
然而，在一些情况下，电气系统中所产生的寄生阻抗可影响电气系统中的电气装置的操作。举例来说，电连接器的寄生电感和/或寄生电容可影响当切换装置从打开位置切换到关闭位置时所产生的电压过冲(例如，尖峰)的量值。具体地说，由于电感器通常抵抗电流的突然改变，因此寄生电感的增加可引起电压过冲的量值增加。另外，由于电容器通常抵抗电压的突然改变，因此寄生电容的增加可引起电压过冲的量值减小。
当传播通过电气系统时，电压过冲可强化一个或多个下游电气装置的操作。如上文所描述，电气装置通常针对具体电功率特性内的操作进行评定。举例来说，电容器可被评定以在其接收电压小于电压阈值的电功率时可靠地存储电能。另外或另一选择为，切换装置可被评定以在连接具有小于电压阈值的电压的电功率与断开所述电功率之间可靠地切换。在任何状况下，电气装置的强化操作可减小电气装置的使用期限和/或操作可靠性-尤其当电压过冲超过电气装置的额定电压时。
因此，本申请提供用以例如通过减小预期在电气系统的操作期间产生的电压过冲的量值来促进改进电气系统的操作的技术。为了促进减小电压过冲的量值，在一些实施例中，级联的电气装置可通过例如层合母排线或印刷电路板(PCB)的总线结构以电气方式及以物理方式连接。换句话说，总线结构可以是以电气方式串联连接多个电气装置的电连接器。举例来说，在功率变频器中，第一总线结构可串联电连接级联的电容器中的每一个，且第二总线结构可串联电连接级联的切换装置中的每一个。
总线结构可包括多个平行的导电层，所述多个导电层之间设置非导电层而间隔设置，以减小引入到电气系统中的寄生电感和/或增加引入到电气系统中的寄生电容。在一些实施例中，总线结构可至少部分地基于例如层的数目和/或导电层分配的设计参数来实施。另外，在一些实施例中，设计参数可至少部分地基于电气系统的预期特性来确定，例如预期连接到总线结构的级联的电气装置的数目、通过级联的电气装置的预期的电流次序、和/或电气系统的预期的操作性(例如，电流和/或电压)额定值。
举例来说，当预期第一总线结构级联N个电气装置以用于在较低操作额定值电气系统中实施时，设计装置可确定其设计参数以指示第一总线结构应包括N+3个导电层。换句话说，第一总线结构可包括两个外部导电层和N+1个中间导电层。另一方面，当预期第二(例如，堆叠式)总线结构级联N个电气装置以用于在较高操作额定值电气系统中实施时，设计装置可确定其设计参数以指示第二总线结构应包括2N+4个导电层。换句话说，第二总线结构可包括两个外部导电层和2N+2个中间导电层(例如，第一组N个中间导电层通过两个中心中间导电层与第二组N个中间导电层分离)。
在任何状况下，由于总线结构包括多个层以便于级联电气装置，因此通孔可在总线结构的多个层上形成且垂直的通路(例如，电连接)可形成于通孔中以促进将每一导电层以电气方式连接到对应的电气装置。另外，总线结构可包括可电连接到正直流总线的正层和可电连接到负直流总线的负层。在一些实施例中，总线结构的外部导电层可各自实施为正层或负层。举例来说，设计装置可确定第一总线的设计参数以指示第一外部导电层为正层且第二外部导电层为负层。
另外，在一些实施例中，最接近于每一外部导电层的总线结构的中间导电层还可为正层或负层。举例来说，设计装置可确定第一母排线的设计参数以指示邻近(例如，最接近于)第一外部导电层(其为正层)的第一中间导电层为负层，且最接近于第二外部导电层(其为负层)的第二中间导电层为正层。此外，在一些实施例中，总线结构的中心中间导电层可各自为正层或负层。由于在相反方向上的电流产生的磁场消除且磁场的量值与距离成反比地相关，因此实施具有极为接近的正层和负层的总线结构可促进减小引入到电气系统中的寄生电感。另外，由于电场的量值与电压差成比例且与距离成反比地相关，因此实施具有极为接近的正层和负层的总线结构可增加级联的电气装置上的寄生电容。
总线结构的每一剩余中间导电层可为装置间层。在一些实施例中，剩余中间导电层可至少部分地基于通过级联的电气装置的预期的电流次序和/或导电层的相对位置实施为装置间层。举例来说，当预期电流从第一电气装置流动到第二电气装置时，设计装置可确定第一母排线的设计参数以指示邻近(例如，最接近于)第二中间导电层的第三中间导电层为促进在第一电气装置与第二电气装置之间形成电连接的第一装置间层。另外，当预期电流从第二电气装置流动到第三电气装置时，设计装置可确定第一母排线的设计参数以指示邻近(例如，最接近于)第三中间导电层的第四中间导电层为促进在第二电气装置与第三电气装置之间形成电连接的第二装置间层。
具有至少部分地基于通过级联的电气装置的电流次序实施的装置间层的总线结构可促进平衡级联的电气装置中的每一个之间的寄生电容。以此方式，总线结构可促进改进级联的电气装置的使用期限一致性和/或操作可靠性一致性。在此理解下，本申请提供用于实施总线结构的技术，所述总线结构在部署于电气系统中以级联多个电气装置时可例如通过以下操作改进电气系统的操作：减小电压过冲的量值；减小操作负荷；平衡级联的电气装置之间的寄生电容；增加级联的电气装置上的寄生电容；和/或减小级联的电气装置上的寄生电感。
为帮助说明，图1中展示电气系统10的实施例。在一些实施例中，电气系统10可包括在工业系统、制造系统、自动化系统等等中，例如工厂或车间。另外，在一些实施例中，电气系统10可包括在计算系统、汽车系统或例如磁共振成像(MRI)系统的成像系统中。
在任何状况下，在所描绘的实施例中，电气系统10包括电源12、电力负载16和一个或多个电气装置14。如图所示，电源12通过第一电连接20电连接到电气装置14，且电气装置14通过第二电连接22电连接到电力负载16。在一些实施例中，第一电连接20和/或第二电连接22可各自包括一个或多个电连接器，例如电线、电缆、总线结构(例如，层压母排线或PCB)等等。
在利用第一电连接20的情况下，电源12可将电力供应到电气装置14。在操作中，电源12可输出具有具体特性的电力，例如类型(例如，交流或直流)、电压、电流、频率等等。举例来说，在一些实施例中，电源12可以是交流(AC)电源，例如交流发电机、交流发电机等等。换句话说，在此类实施例中，电源12可将交流电输出到电气装置14中的一个或多个。在其它实施例中，电源12可直流(DC)电源，例如电池、电容器、超级电容器、直流电源等等。换句话说，在此类实施例中，电源12可将直流电输出到电气装置14中的一个或多个。
在任何状况下，在利用第二电连接22的情况下，电气装置14中的一个或多个可将电力供应到电力负载16。在一些实施例中，电力负载16可操作以存储所接收的电力作为电能和/或执行例如使用所接收的电功率致动电动机的操作。另外，电力负载16可预期(例如，被设计成)使用具有例如目标类型(例如，交流或直流)、目标电压、目标电流、目标频率等等的目标特性的电功率来操作。举例来说，在一些实施例中，电力负载16可以是直流负载，例如电池、计算机、发动机控制单元、显示器、灯泡等等。换句话说，在此类实施例中，电力负载16可预期从电气装置14中的一个或多个接收直流电。在其它实施例中，电力负载16可以是交流负载，例如电动机，加热、通风和空调(HVAC)系统等等。换句话说，在此类实施例中，电力负载16可预期从电气装置14中的一个或多个接收交流电。
在一些实施例中，举例来说，当电源12是交流电源且电力负载16是交流负载时，由电源12输出的电力的特性可不同于电力负载16期望接收的目标特性。为了促进供应具有目标特性的电功率，电气装置14可对从电源12接收的电功率进行操作。在一些实施例中，电气装置14可包括一个或多个无源电气装置15，其对流动通过电气系统10的电功率无源地进行操作。举例来说，无源电气装置15可以是阻抗装置，例如电阻器、电容器、电感器、二极管等等。
另外，在一些实施例中，电气装置14可包括一个或多个有源电气装置17，其可被有源地控制以调整对流动通过电气系统10的电功率的操作。举例来说，有源电气装置17可以是切换装置，例如机电切换装置(例如，继电器或接触器)、半导体切换装置(例如，MOSFET或BJT)等等。在一些实施例中，有源电气装置17(例如，切换装置)可在打开位置与关闭位置之间交替切换。为了促进达成较高切换频率，在一些实施例中，有源电气装置17可以是碳化硅(SiC)MOSFET。
在任何状况下，在一些实施例中，电气系统10可包括控制系统24，以控制和/或监测电气装置14、电源12和/或电力负载16的操作。为了促进控制和/或监测操作，控制系统24可包括处理器26和存储器28。在一些实施例中，存储器28可存储可由处理器26执行的指令和/或待由处理器26处理(例如，分析)的数据。因此，存储器28可包括一个或多个有形的非暂时性计算机可读媒体，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写非易失性存储器(例如，闪存器)、硬盘驱动器、光盘等等。另外，处理器26可包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其任何组合。另外或另一选择为，控制系统24可利用基于运算放大器、逻辑栅极和/或其它控制电路的模拟控制。
在一些实施例中，控制系统24可通过确定电气系统10的操作参数来监测电气系统10的操作。为了促进确定操作参数，一个或多个传感器30可安置在电气装置14、第一电连接20和/或第二电连接22上或可连接到电气装置14、第一电连接20和/或第二电连接22。举例来说，传感器30可包括温度传感器、压力传感器、电压传感器、电流传感器和/或功率传感器。
在任何状况下，传感器30可操作以测量电气系统10的操作参数且产生指示所测量操作参数的传感器数据。因此，控制系统24可以通信方式连接到安置于电气系统10中的传感器30。以此方式，控制系统24可通过至少部分地基于从一个或多个传感器30接收的传感器数据确定所测量操作参数来监测电气系统10的操作。
除了仅仅监测操作之外，在一些实施例中，控制系统24还可至少部分地基于所确定操作参数来控制电气系统10的操作。在一些实施例中，控制系统24可控制一个或多个电气装置14(例如，有源电气装置17)、电源12和/或电力负载16的操作。因此，控制系统24可以通信方式连接到电气装置14、电源12和/或电力负载16。
以此方式，控制系统24可通过传达指示部件调整操作的控制信号来控制部件(例如，电气装置14、电源12或电力负载16)的操作。举例来说，控制系统24可将控制信号传达到有源电气装置17(例如，切换装置)，从而指示有源电气装置17从打开位置切换到关闭位置。另外或另一选择为，控制系统24可将控制信号传达到有源电气装置17，从而指示有源电气装置17从关闭位置切换到打开位置。
如上文所描述，电气装置14可操作以促进将从电源12接收的电力转换成预期由电力负载16接收的具有目标特性的电力。为了促进产生目标特性，在一些实施例中，多个电气装置14可在一起操作。因此，在此类实施例中，控制系统24可例如通过直接控制有源电气装置17的操作和/或通过有源电气装置17间接控制无源电气装置15的操作来协调多个电气装置14的操作。另外，在一些实施例中，在一起操作(例如，作为一个单元)的多个电气装置14可分组成一个或多个复合装置，例如功率变频器、功率调节单元等等。
为帮助说明，图2中展示功率变频器32(例如，复合装置)的实施例。通常，功率变频器32可操作以将交流电转换成直流电。因此，功率变频器32可在交流电源12A与直流负载16A之间电连接。应了解，所描绘的功率变频器32仅意欲为说明性的而非限制性。具体地说，应认识到，相较于所描绘的实施例，其它功率变频器32可以不同方式实施。举例来说，其它功率变频器32可包括不同数目个电气装置14、不同类型的电气装置和/或不同装置间电连接。
在任何状况下，如上文所描述，交流电源12A可操作以产生交流电。为了促进产生交流电，交流电源12A可包括转子31和定子，所述定子包括第一绕组34A、第二绕组34B和第三绕组34C。在其它实施例中，绕组34可替代地位于转子31上。
在任何状况下，关于所描绘的实施例，转子31可例如使用永久磁体或电磁体产生转子磁场。在一些实施例中，转子31可机械地连接到机械能源，例如内燃发动机、燃气涡轮、蒸汽涡轮、风力涡轮等等。在此类实施例中，机械能源可操作以致动(例如，旋转)转子31且因此致动转子磁场，进而在绕组34中感应电压。
在一些实施例中，每一绕组34中所感应的电压可用于产生交流电的不同相位。举例来说，转子31可在第一绕组34A中感应第一电压以产生交流电的第一相位，可在第二绕组34B中感应第二电压以产生交流电的第二相位，且在第三绕组34C中感应第三电压以产生交流电的第三相位。因此，在所描绘的实施例中，交流电源12A可产生三相交流电。在其它实施例中，交流电源12A可使用任何数目个绕组34以产生任何数目个相位。
在一些实施例中，交流电的电压和/或频率可至少部分地取决于转子31的致动速度。举例来说，当转子31的致动速度增加时，转子磁通量的改变速率可增加，进而增加所产生交流电的电压和/或频率的量值。另一方面，当转子31的致动速度减小时，转子磁通量的改变速率可减小，进而减小所产生交流电的电压和/或频率的量值。换句话说，当转子31的致动速度变化时，从交流电源12A输出的交流电的电压和/或频率也可变化。
在任何状况下，功率变频器32可接收由交流电源12A产生的交流电且操作以将交流电转换成供应到直流负载16A的电压经过调节的直流电。因此，关于所描绘的实施例，功率变频器32可操作以将由交流电源12A产生的三相交流电转换成电压经过调节的直流电。
如上文所描述，为了促进将交流电转换成直流电，功率变频器32可以是复合装置，其包括多个电气装置14。在所描绘的实施例中，电气装置14包括二极管36、半导体切换装置38、电容器40和电感器42。在所描绘的实施例中，一对二极管36实施在每一相位支线44上，所述相位支线在正直流总线46、负直流总线48与对应的交流总线49之间电连接。举例来说，在第一相位支线44A上，第一二极管36A在正直流总线46与第一交流总线49A之间电连接，且因此将交流电的第一相位供应到第一相位支线44B，所述第一交流总线49A电连接到第一绕组34A。另外，在第一相位支线44A上，第一二极管36A在正直流总线46与第一交流总线49之间电连接。
在所描绘的实施例中，半导体切换装置38电连接在正直流总线46与负直流总线48之间。在一些实施例中，半导体切换装置38可包括宽带隙晶体管，例如碳化硅(SiC)晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)等等。在任何状况下，在打开位置中，半导体切换装置38可阻止(例如，停用)通过半导体切换装置38的电流。另外，在关闭位置中，半导体切换装置38可准许(例如，启用)通过半导体切换装置38的电流电流。在一些实施例中，半导体切换装置38可例如至少部分地基于由交流电源12A产生的交流电的频率而交替地在打开位置与关闭位置之间切换以控制电功率在正直流总线46与负直流总线48之间的流动。
由于直流负载16A期望接收电力，因此在所描绘的实施例中，二极管36电连接在正直流总线46上。以此方式，二极管36可减小功率变频器32和/或交流电源12A试图从直流负载16A汲取电力的可能性。另外，电容器40和/或电感器42可充当过滤器以在直流电供应到直流负载16A之前平滑化直流电。
如上文所指示，其它功率变频器32可以与所描绘的实施例不同的方式实施。举例来说，在一些实施例中，每一相位支线44的二极管36中的一个或多个可用半导体切换装置38替换。另外，在一些实施例中，一个或多个电气装置14可各自用级联的电气装置14替换，以促进适应于其它应用中的部署，所述级联的电气装置14包括多个串联连接的电气装置14。举例来说，在所描绘的实施例中，半导体切换装置38和/或电容器40可针对较低电压应用中的可靠操作被评定(例如，设定大小)。为了促进较高电压应用中的部署，功率变频器32可使用多个级联的半导体切换装置38而非单个半导体切换装置38来实施。另外或另一选择为，功率变频器32可使用多个级联的电容器40而非单个电容器40来实施。
为帮助说明，图3中展示级联的电气装置14的实例。在所描绘的实施例中，级联三个电气装置14-即，第一电气装置14A、第二电气装置14B和第三电气装置14C。应了解，所描绘的实施例仅意欲为说明性的而非限制性。具体地说，应认识到，级联的电气装置14的其它实施方案可包括不同数目(例如，两个、四个、五个或更多)个电气装置14。
在任何状况下，如所描绘，级联的电气装置14通过一个或多个电连接50在正直流总线46与负直流总线48下之间电连接。举例来说，第一电连接50A可形成于正直流总线46与第一电气装置14A之间，第二电连接50B可形成于第一电气装置14A与第二电气装置14B之间，第三电连接50C可形成于第二电气装置14B与第三电气装置14C之间，且第四电连接50D可形成于第三电气装置14C与负直流总线48之间。
在一些实施例中，电连接50可通过例如电线、电缆、总线结构(例如，母排线或PCB)等等的一个或多个电连接器来实施。举例来说，第一电连接50A可使用第一电线来实施，第二电连接50B可使用第二电线来实施，第三电连接50C可使用第三电线来实施，且第四电连接50D可使用第四电线来实施。
如上文所描述，在电气系统10的操作期间，寄生阻抗(例如，电容或电感)可引入到例如电气系统10中的电气装置14和/或电连接器的周围的导电材料中。由于磁场和电场的强度通常随着距离变化，因此引入到电气系统10中的所得寄生阻抗可取决于电连接50的实施。换句话说，运用不同的电连接器配置来实施电连接50可导致引入到电气系统10中的寄生阻抗的不同量值。
为帮助说明，图4中展示经过实施以级联三个电气装置14的总线结构52(例如，第二总线结构52B)的实例。应了解，所描绘的总线结构52仅意欲为说明性的而非限制性。具体地说，应认识到，使用本申请的技术来实施总线结构52可允许例如不同数目个层和/或颠倒的层分配的一些变化。此外，如将在下文更详细地描述，本申请的技术还可使得能够实施用于级联两个电气装置14、四个电气装置14、五个电气装置14或更多电气装置14的总线结构52。
在任何状况下，第二总线结构52B可包括导电层54和非导电层56，所述非导电层以电气方式及物理方式分离导电层54。因此，每一非导电层56可由例如硅、橡胶、塑料等等的电绝缘材料形成。另外，每一导电层54可由例如铜的导电材料形成。此外，在一些实施例中，每一导电层54和每一非导电层56可具有大致相同的表面积(例如，宽度和长度)。因此，在一些实施例中，第二总线结构52B可实施为多层母排线或多层PCB。
如将在下文更详细地描述，总线结构52的设计参数，包括导电层54的数目，可至少部分地基于预期通过总线结构52级联的电气装置14的数目来确定。举例来说，为了级联N个电气装置14，总线结构52可使用N+3个导电层54来实施。由于级联了三个电气装置14，因此在所描绘的实施例中，第二总线结构52B包括六个导电层54且因此包括至少五个非导电层56。
在一些实施例中，每一导电层54可为正层、负层或装置间层中的一个。具体地说，当电气装置14连接到总线结构52时，装置间层可在电气装置14中的两个之间提供电连接50。另外，当部署总线结构52时，正层可在正直流总线46与连接到总线结构52的电气装置14之间提供电连接50。此外，当部署总线结构52时，负层可在负直流总线48与连接到总线结构52的另一电气装置14之间提供电连接50。因此，为了级联多个电气装置14，每一导电层54可电连接到电气装置14中的一个。
由于总线结构52包括多个层以促进将导电层54电连接到电气装置14，因此可以在总线结构52中行成通孔58。举例来说，通孔58可垂直于总线结构52的表面(例如，宽度×长度)形成。另外，垂直的通路60可形成于每一通孔58中。具体地说，每一垂直的通路60可电连接到一个或多个导电层54且与剩余的导电层54电绝缘。
在所描绘的实施例中，第一外部导电层54A为正层且第二外部导电层54B为负层。为了促进减小寄生电感，邻近(例如，最接近于)每一外部导电层54的中间导电层54(例如，在第一外部导电层54A与第二外部导电层54B之间)还可为正层或负层。举例来说，由于第一外部导电层54A为正层，因此第一中间导电层54C可为负层。另外，由于第二外部导电层56B为负层，因此第二中间导电层54D可为正层。
因此，当第一电气装置14A连接到第二总线结构52B时，第一外部导电层54A和第二中间导电层54D可通过第一垂直的通路60A电连接到第一电气装置14A。换句话说，第一外部导电层54A、第二中间导电层54D和第一垂直的通路60A可以在正直流总线46与第一电气装置14A之间形成第一电连接50A。另外，当第三电气装置14C连接到第二总线结构52B时，第二外部导电层54B和第一中间导电层54C可通过第二垂直的通路60B电连接到第三电气装置14C。换句话说，第二外部导电层54B、第一中间导电层54C和第二垂直的通路60B可以在第三电气装置14C与负直流总线48之间形成第四电连接50D。
每个剩余的中间导电层54可为装置间层。在一些实施例中，剩余的中间导电层54可至少部分地基于通过级联的电气装置14的预期的电流次序和/或导电层54的相对位置作为装置间层。举例来说，由于预期电流从第一电气装置14A流动到第二电气装置14B，因此第三中间导电层54E可为第一装置间层，从而便于电连接第一电气装置14A与第二电气装置14B。因此，当第一电气装置14A连接到第二总线结构52B时，第三中间导电层54E可通过第三垂直的通路60C电连接到第一电气装置14A。另外，当第二电气装置14B连接到第二总线结构52B时，第三中间导电层54E可通过第四垂直的通路60D电连接到第二电气装置14B。换句话说，第三垂直的通路60C、第三中间导电层54E和第四垂直的通路60D可以在第一电气装置14A与第二电气装置14B之间形成第二电连接50B。
另外，由于预期电流从第二电气装置14B流动到第三电气装置14C，因此第四中间导电层54F可为第二装置间层，从而便于电连接第二电气装置14B与第三电气装置14C。因此，当第二电气装置14B连接到第二总线结构52B时，第四中间导电层54F可通过第五垂直的通路60E电连接到第二电气装置14B。另外，当第三电气装置14C连接到第二总线结构52B时，第四中间导电层54F可通过第六垂直的通路60F电连接到第三电气装置14C。换句话说，第五垂直的通路60E、第四中间导电层54F和第六垂直的通路60F可以在第二电气装置14B与第三电气装置14C之间形成第三电连接50C。以此方式，第二总线结构52B可经过实施以级联第一电气装置14A、第二电气装置14B和第三电气装置14C。
如上文所描述，总线结构52的设计参数可至少部分地基于电气系统10的目标操作(例如，电流和/或电压)额定值来变化。举例来说，通过导电材料的电流可受导电材料的物理尺寸(例如，大小和/或表面积)限制。因此，在一些实施例中，由总线结构52提供的电流容量可通过增加导电层54的大小(例如，厚度)而增加。另外或另一选择为，由总线结构52提供的电流容量可通过增加导电层54的数目而增加。
举例来说，较高电流容量总线结构52可通过堆叠第二总线结构52B的多个例项来实施。当仅仅通过堆叠第一总线结构52的两个例项来实施时，所得(例如，堆叠式)总线结构可包括具有两个直接邻近的正层与负层对的十二个导电层。为了促进减小与实施相关的成本，因此在一些实施例中，多个直接邻近的正层与负层对可替代地使用单个正层与负层对来实施。
为帮助说明，图5中展示总线结构52(例如，第二总线结构52B)的另一实施例，相较于上文所描述的总线结构(例如，第一总线结构52)，所述总线结构52可提供较高载流容量。如所描绘，第二总线结构52B通常通过使用单对中心导电层54-即为负层的第一中心导电层54G和为正层的第二中心导电层54H-堆叠第一总线结构52A的两个例项来实施。
因此，当第一电气装置14A连接到第二总线结构52B时，第一外部导电层54A、第二中间导电层54D和第二中心导电层54H可通过第一垂直的通路60A电连接到第一电气装置14A。换句话说，第一外部导电层54A、第二中间导电层54D、第二中心导电层54H和第一垂直的通路60A可以在正直流总线46与第一电气装置14A之间形成第一电连接50A。另外，当第三电气装置14C连接到第二总线结构52B时，第二外部导电层54B、第一中心导电层54G和第一中间导电层54C可通过第二垂直的通路60B电连接到第三电气装置14C。换句话说，第二外部导电层54B、第一中间导电层54C、第一中心导电层54G和第二垂直的通路60B可以在第三电气装置14C与负直流总线48之间形成第四电连接50D。
如上文所描述，每一剩余中间导电层54可为装置间层。在一些实施例中，剩余中间导电层54可至少部分地基于通过级联的电气装置14的预期的电流次序和/或导电层54的相对位置实施为装置间层。举例来说，由于预期电流从第一电气装置14A流动到第二电气装置14B，因此第三中间导电层54E的两个例项可实施为第一对装置间层，从而便于电连接第一电气装置14A与第二电气装置14B。因此，当第一电气装置14A连接到第二总线结构52B时，第三中间导电层54E的两个例项可通过第三垂直的通路60C电连接到第一电气装置14A。另外，当第二电气装置14B连接到第二总线结构52B时，第三中间导电层54E的两个例项可通过第四垂直的通路60D电连接到第二电气装置14B。换句话说，第三垂直的通路60C、第三中间导电层54E的两个例项和第四垂直的通路60D可以在第一电气装置14A与第二电气装置14B之间形成第二电连接50B。
另外，由于预期电流从第二电气装置14B流动到第三电气装置14C，因此第四中间导电层54F的两个例项可实施为第二对装置间层，从而便于电连接第二电气装置14B与第三电气装置14C。因此，当第二电气装置14B连接到第二总线结构52B时，第四中间导电层54F的两个例项可通过第五垂直的通路60E电连接到第二电气装置14B。另外，当第三电气装置14C连接到第二总线结构52B时，第四中间导电层54F的两个例项可通过第六垂直的通路60F电连接到第三电气装置14C。换句话说，第五垂直的通路60E、第四中间导电层54F的两个例项和第六垂直的通路60F可以在第二电气装置14B与第三电气装置14C之间形成第三电连接50C。以此方式，第二总线结构52B可经过实施以级联第一电气装置14A、第二电气装置14B和第三电气装置14C，例如相较于参考图4所描述的第一总线结构52A具有增加的电流容量，这是由于参考图5所描述的第二总线结构52B包括更多导电层54。
以类似方式，总线结构52通过堆叠第一结构52A的M个例项提供经过进一步改进的操作额定值。换句话说，当经过实施以通过堆叠M个总线结构52来电连接N个电气装置14时，较高电流总线结构可使用作为正层与负层对的(M-1)对中心导电层的(N+3)+(M-1)(N+3-2)个导电层52来实施。在任何状况下，如上文所描述，以本申请描述的此方式实施总线结构52可促进改进电气系统10的操作。
具体地说，实施为正层的每一导电层54可与实施为负层的邻近导电层54配对。因而，在所述对邻近导电层54中流动的电流可具有大致相同量值，但在相反方向上流动。由于磁场的定向取决于电流方向且磁场的量值取决于电流量值和距离，因此实施具有极为接近每一正层的负层的总线结构52可引起由正层和负层中的电流产生的磁场在到达其它导电层54之前抵消，进而减小在操作期间引入到电气系统10中的寄生电感。
另外，由于电连接在正直流总线46与负直流总线48之间，所以可能在每个级联的电气装置14发生电压降。因而，不同导电层54可具有不同电压，其中最大电压差出现在正层与负层之间。由于电场的量值取决于电压差的量值和距离，因此实施具有极为接近每一正层的负层的总线结构52可增加由总线结构中的导电层54之间的电压差产生的电场的量值，进而增加在操作期间引入到电气系统10中的寄生电容61。
如上文所描述，当起初连接或重新连接电力时产生的电压应力(例如，过冲或尖峰)可例如通过减小一个或多个电气装置14的使用期限和/或操作可靠性来影响电气系统10中的电气装置14的操作。实际上，在一些情况下，操作效应的量值和/或产生操作效应的可能性可随着电压过冲的量值增加而增加。如上文所描述，电压过冲的量值可取决于引入到电气系统10中的寄生阻抗和/或寄生电容。
具体地说，由于电感器通常抵抗电流的突然改变，因此引入到电气系统中的寄生电感可引起电力在电气系统10中意外地流动且导致电压过冲。因此，以本文中所描述的方式实施总线结构52以减小寄生电感可减小在电气系统10中产生的电压过冲的量值。另外，由于电容器通常抵抗电压的突然改变，因此寄生电容可阻碍(例如，阻止)原本将电压过冲的电力。因此，以本文中所描述的方式实施总线结构52可以以增加寄生电容以减小在电气系统10中产生的电压过冲的量值。
此外，当导电层54为大致相同大小且导电层54基于通过级联的电气装置14的预期的电流次序实施时，总线结构52可促进平衡引入到级联的电气装置14中的每一个上的寄生电容。举例来说，关于图6中展示的第二总线结构52B，邻近的中间导电层54之间的电压差可由于基于预期电流次序实施而大致一致，进而使得第一装置间寄生电容63、第二装置间寄生电容65和第三装置间寄生电容67大致相等。由于较小电容在串联连接时通常占优势，因此以本申请中所描述的方式实施总线结构52可促进操作可靠性，例如以减小产生引起电气装置上的不平衡电压应力的不平衡装置间寄生电容的可能性。
另外，如上文所描述，级联的电气装置14可在电气系统10中实施以例如通过在多个较低额定电气装置14上划分电压降来促进在较高电功率应用中使用多个较低额定电气装置14。因此，以本文中所描述的方式实施总线结构52以平衡级联的电气装置14中的每一个上的寄生电容可促进改进级联的电气装置14的使用期限一致性和/或操作可靠性一致性。
在任何状况下，如上文所描述，在本申请中描述的技术可用于实施用于级联任何合适数目个电气装置14的总线结构52。然而，为了达成总线结构52的目标效应，例如导电层54的数目和/或导电层54分配的设计参数可例如基于打算电连接的电气装置14的数目和/或打算提供的电流容量而在总线结构52之间变化。在一些实施例中，为了促进实施总线结构52，设计装置可确定预期使得总线结构52能够在部署时提供目标效应的目标设计参数。
为了帮助说明，图5中展示设计装置62的一个实施例。如所描绘，设计装置62包括处理器64、存储器66和一个或多个输入/输出(I/O)装置68。因此，设计装置62可以是任何适合电子装置，例如手持型计算装置、计算机计算装置、笔记本电脑、桌上型计算机、工作站计算机、基于云的计算装置或此类装置的任何组合。
在任何状况下，存储器66可存储可由处理器64执行的指令和/或待由处理器64处理(例如，分析)的数据，例如以确定总线结构52的目标设计参数。因此，在一些实施例中，存储器66可包括一个或多个有形的非暂时性计算机可读媒体，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写非易失性存储器、闪存器、硬盘驱动器、光盘等等。另外，在一些实施例中，处理器64可包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其任何组合。
此外，在一些实施例中，I/O装置68可使得设计装置62能够与各种其它电子装置介接。举例来说，I/O装置68可以通信方式将设计装置62连接到通信网络，例如个人区域网(PAN)、局域网(LAN)和/或广域网(WAN)，进而使得设计装置62能够与以通信方式连接到通信网络的另一电子装置通信。另外或另一选择为，I/O装置68可以通信方式将设计装置62连接到通信(例如，串行或并行)电缆，进而使得设计装置62能够与以通信方式连接到通信电缆的另一电子装置通信。
在任何状况下，在一些实施例中，设计装置62与其它电子装置之间的通信可促进确定总线结构52的设计参数和/或至少部分地基于所确定设计参数实施(例如，制造)总线结构52。举例来说，为了促进确定总线结构52的目标设计参数，设计装置62可以通信方式连接到预期部署总线结构52的电气系统10。以此方式，设计装置62可分析电气系统10以确定预期与总线结构52的设计相关的特性，例如预期通过总线结构52级联的电气装置14的数目、预期由电源12输出的电功率的特性、电力负载16预期接收的电功率的目标特性、有源电气装置17的预期切换频率等等。
另外或另一选择为，设计装置62可以通信方式连接到制造设备70，所述制造设备可操作以实施和/或部署总线结构52。在一些实施例中，制造设备70可包括层压设备、图案化设备、掩模设备、钻井设备、蚀刻设备、电镀设备、涂布设备、焊接设备、3D打印设备等等。因此，为了促进实施和/或部署总线结构52，设计装置62可将总线结构52的目标设计参数和/或控制命令传达到制造设备70。
在一些实施例中，另外或另一选择为，I/O装置68可使得用户能够与设计装置62相互作用，例如以输入目标设计参数和/或指令(例如，控制命令)。因此，在一些实施例中，输入装置65可包括按钮、键盘、鼠标、轨迹板等等。另外或另一选择为，显示器63可包括触摸部件，其通过检测触摸设计装置62的屏幕(例如，显示器63的表面)的对象的出现和/或位置而实现到设计装置62的用户输入。除了实现用户输入之外，显示器63还可呈现信息的视觉表示，例如电气系统10的特性和/或目标设计参数，以促进实施(例如，组装)和/或部署总线结构52。
因此，设计装置62可操作以确定总线结构52的目标设计参数。为帮助进一步说明，图6中描述用于操作设计装置62的过程72的一个实施例。通常，过程72包括确定电气系统的预期特性(过程框74)和确定待部署在电气系统中的总线结构的目标设计参数(过程框76)。在一些实施例中，过程72可通过执行存储在例如存储器28或存储器66的一个或多个有形的非暂时性计算机可读媒体中的指令使用例如处理器26或处理器64的处理电路来实施。
因此，在一些实施例中，设计装置62可确定预期部署总线结构52的电气系统10的特性(过程框74)。如上文所描述，在一些实施例中，设计装置62可至少部分地基于电气系统10的自动分析确定电气系统10的特性。另外或另一选择为，设计装置62可至少部分地基于例如通过I/O装置68接收的用户输入来确定电气系统10的特性。
如上文所描述，为了促进改进电气系统10的操作，设计装置62可确定预期影响总线结构52的能力的电气系统10的特性以提供目标效应，例如减小的寄生电感、增加的寄生电容和/或平衡的寄生电容。在一些实施例中，此类特性可包括预期通过总线结构52级联的电气装置14的数目、通过级联的电气装置14的预期的电流次序和/或电气系统10的预期操作(例如，电流和/或电压)额定值。
至少部分地基于预期的特性，设计装置62可确定总线结构52的目标设计参数(过程框76)。举例来说，至少部分地基于电气装置14的预期数目，设计装置62可确定导电层54的数目且因此确定应在总线结构52中实施的非导电层56的数目。在一些实施例中，设计装置62可确定，为了级联N个电气装置14，总线结构52应包括N+3个导电层54。另外，由于非导电层56形成于导电层54的邻近对之间，因此设计装置62可确定总线结构52应包括至少N+2个非导电层56。举例来说，当预期总线结构52级联四个电气装置时，设计装置62可确定总线结构52应包括七个导电层54和至少六个非导电层56。
另外，至少部分地基于导电层54的预期的电流次序和/或相对位置(例如，次序)，设计装置62可将每一导电层56分配为正层、负层和装置间层中的一个。在一些实施例中，设计装置62可将一个外部导电层56分配为正层且将另一外部导电层56分配为负正层。为了减小寄生电感和/或增加寄生电容，设计装置62可将邻近(例如，最接近于)正外部导电层的一个中间导电层54分配为负层且将邻近负外部导电层56的另一中间导电层54分配为正层。此外，在一些(例如，堆叠式)实施例中，设计装置62可将(M-1)对中心导电层54各自分配为正层与负层对。
另外，设计装置62可将每个剩余的(例如，非正或负)中间导电层54分配为装置间层。为了促进平衡寄生电容，在一些实施例中，设计装置62可将中间导电层54分配为装置间层，使得每一装置间层相较于其邻近导电层54电连接到电气装置14的相对侧。举例来说，当预期导电层54电连接到电气装置14的输入侧时，设计装置62可将邻近导电层54分配为待电连接到电气装置14的输出侧的装置间层，从而促进在电气装置14与下一下游电气装置14之间提供电连接50。另外或另一选择为，当预期导电层54电连接到电气装置14的输出侧时，设计装置62可将邻近导电层54分配为待电连接到电气装置14的输入侧的装置间层，从而促进在电气装置14与先前上游电气装置14之间提供电连接。
以此方式，设计装置62可确定待用于实施总线结构52的目标设计参数，包括导电层54的数目和/或每一导电层54的分配。在一些实施例中，目标设计参数可另外包括每一层的目标大小(例如，高度、宽度和/或长度)、每一层的目标材料组合物、每一通孔58的目标大小、每一通孔58的目标放置、每一垂直的通路60的目标大小、每一垂直的通路的目标材料组合物等等。在任何状况下，举例来说，当设计装置62将目标设计参数传达到制造设备70时，总线结构52可至少部分地基于目标设计参数来实施。
为帮助说明，图7中描述用于实施总线结构52的过程80的一个实施例。通常，过程80包括：形成平行的导电层(过程框82)；在每对相邻导电层之间形成非导电层(过程框84)；将第一外部导电层作为正层(过程框86)；将邻近第一外部导电层的中间导电层作为负层(过程框88)；将第二外部导电层作为负层(过程框90)；将邻近第二外部导电层的中间导电层作为正层(过程框92)；和将每个剩余的中间导电层作为装置间层(过程框94)。在一些实施例中，过程80可通过执行存储在例如存储器28或存储器66的一个或多个有形的非暂时性计算机可读媒体中的指令使用例如处理器26或处理器64的处理电路来实施。
因此，在一些实施例中，设计装置62可例如通过至少部分地基于目标设计参数传达控制信号和/或控制命令而指示制造设备70实施总线结构52。具体地说，设计装置62可指示制造设备70形成平行的导电层54(过程框82)和在每对相邻导电层54之间的非导电层56(过程框84)。在一些实施例中，制造设备70可通过交替地沉积导电材料和非导电材料形成层。以此方式，总线结构52可实施成使得相邻导电层54通过非导电层56物理地分离。
另外，设计装置62可指示制造设备70将第一外部导电层54A作为正层(过程框86)且将邻近第二外部导电层54B的第二中间导电层54D作为正层(过程框92)。在一些实施例中，为了便于实施为正层，制造设备70可准备用于电连接到正直流总线46的第一外部导电层54A和/或第二中间导电层54D。另外，在一些实施例中，制造设备70可形成通过至少第一外部导电层54A和第二中间导电层54D的第一通孔58。在此类实施例中，制造设备70接着可在第一通孔58中形成第一垂直的通路60A，使得第一垂直的通路60A电连接到第一外部导电层54A和第二中间导电层54D，但与其它导电层54电绝缘。此外，在一些实施例中，制造设备70可形成第一垂直的通路60A，使得其从总线结构52的层向外延伸，以促进将电气装置14(例如，第一电气装置14A)电连接到第一垂直的通路60A。
设计装置62还可指示制造设备70将邻近第一外部导电层54A的第一中间导电层54C作为负层(过程框88)且将第二外部导电层54B作为负层(过程框90)。在一些实施例中，为了便于实施为负层，制造设备70可准备用于电连接到负直流总线48的第二外部导电层54B和/或第一中间导电层54C。另外，在一些实施例中，制造设备70可形成通过至少第二外部导电层54B和第一中间导电层54C的第二通孔58。在此类实施例中，制造设备70接着可在第二通孔58中形成第二垂直的通路60B，使得第二垂直的通路60B电连接到第二外部导电层54B和第一中间导电层54C，但与其它导电层54电绝缘。此外，在一些实施例中，制造设备70可形成第二垂直的通路60B，使得其从总线结构52的层向外延伸，以便于将另一电气装置14(例如，第三电气装置14C)电连接到第二垂直的通路60B。
设计装置62还可指示制造设备70将每个剩余中间导电层54(例如，第三中间导电层54E和第四中间导电层54F)作为装置间层(过程框94)。如上文所描述，在一些实施例中，剩余中间导电层54可至少部分地基于通过级联的电气装置14的预期的电流次序和/或剩余中间导电层54的相对位置作为装置间层。当经过堆叠以增加电流容量时，邻近的中间导电层54可为正层与负层对。
另外，在一些实施例中，制造设备70可形成对应于每一装置间层的通孔58。具体地说，通孔58可至少穿过对应的装置间层的中间导电层54形成。在此类实施例中，制造设备70接着可在每一通孔58中形成垂直的通路60，使得垂直的通路60电连接到对应的中间导电层，但与其它导电层54电绝缘。此外，在一些实施例中，制造设备70可形成垂直的通路60(例如，第三垂直的通路60C、第四垂直的通路60D、第五垂直的通路60E和/或第六垂直的通路60F)，使得其从总线结构52的层向外延伸，以便于将电气装置14(例如，第一电气装置14A、第二电气装置14或第三电气装置14C)电连接到每一垂直的通路。
以此方式，可实施用于级联多个电气装置14的总线结构52。此外，如上文所描述，在电气系统10中部署使用本文中所描述的技术实施的总线结构52可促进改进电气系统10的操作。为了部署总线结构52，电气装置14可电连接且以物理方式连接到形成于总线结构52中的垂直的通路60。另外，为正层的一个或多个导电层54可电连接到正直流总线46，且实施为负层的一个或多个导电层可电连接到负直流总线48。
因此，本中请中所描述的技术的技术效应包括以改进电气系统的操作的方式使得能够在电气系统中部署级联的电气装置。具体地说，本申请描述用于实施总线结构(例如，母排线或PCB)的技术，所述总线结构可用于减小引入到电气系统中的寄生电容、增加引入到电气系统中的寄生电容和/或平衡级联的电气装置之间的寄生电容的方式级联多个电气装置。通过减小寄生电感和/或增加寄生电容，总线结构可促进减小原本可在电气系统的操作期间产生的电压应力(例如，过冲或尖峰)，进而改进电气系统中的一个或多个电气装置的使用期限和/或操作可靠性。此外，通过平衡级联的电气装置之间的寄生电容，总线结构可促进平衡级联的电气装置之间的磨损，进而改进级联的电气装置的使用期限一致性和/或操作可靠性一致性。
上文所描述的具体实施例已作为实例展示，且应了解，这些实施例可易于作出各种修改和替代形式。应进一步了解，权利要求书并不旨在限于所公开的特定形式，而实际上涵盖属于本申请的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。

Claims (22)

1.一种电气系统，其包括配置成级联第一多个电气装置的第一总线结构，其中所述第一总线结构包括：
第一外部导电层，其为第一正层；
第二外部导电层，其为第一负层；
第一中间导电层，其邻近所述第一外部导电层且电连接到所述第二外部导电层，其中所述第一中间导电层为第二负层，以减小在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的寄生电容，或两者皆有；
第二中间导电层，其邻近所述第二外部导电层且电连接到所述第一外部导电层，其中所述第二中间导电层为第二正层，以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容，或两者皆有；和
第三中间导电层，其邻近所述第二中间导电层，其中所述第三中间导电层为第一装置间层，从而便于串联电连接所述第一多个电气装置中的至少两个。
2.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述电气系统包括：
交流电源，其配置成输出交流电；
直流负载，其配置成使用直流电进行操作；
功率变频器，其电连接在所述交流电源与所述直流负载之间，其中所述功率变频器包括配置成在打开位置中停用电流且在关闭位置中启用电流的切换装置；和
控制系统，其以通信地连接到所述功率变频器，其中所述控制系统配置成指示所述切换装置在所述打开位置与所述关闭位置之间交替地切换，以便于将从所述交流电源接收的交流电转换成直流电，其中：
将所述切换装置从所述打开位置切换到所述关闭位置产生传播到所述第一多个电气装置的电压过冲；且
所述电压过冲的量值至少部分地基于引入到所述电气系统中的所述寄生电感和所述寄生电容而变化。
3.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述电气系统包括：
正直流总线，其电连接到所述第一外部导电层和所述第二中间导电层；和
负直流总线，其电连接到所述第二外部导电层和所述第一中间导电层；
其中所述第一总线结构配置成当部署在所述电气系统中时将所述第一多个电气装置中的每一个串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间。
4.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述电气系统包括第四中间导电层，所述第四中间导电层邻近所述第三中间导电层且邻近所述第一中间导电层，其中：
所述第一多个电气装置包括第一电气装置、第二电气装置和第三电气装置；
所述第一外部导电层为所述第一正层且所述第二中间导电层为所述第二正层，以便于将所述第一电气装置电连接到正直流总线；
所述第二外部导电层为所述第一负层且所述第一中间导电层为所述第二负层，以便于将所述第三电气装置电连接到负直流总线；
所述第三中间导电层为所述第一装置间层，以便于将所述第一电气装置与所述第二电气装置串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间；且
所述第四中间导电层为第二装置间层，以便于将所述第二电气装置与所述第三电气装置串联电连接在所述正直流总线与所述负直流总线之间。
5.根据权利要求4所述的电气系统， 其中，
所述第一电气装置包括第一电容器，所述第二电气装置包括第二电容器，且所述第三电气装置包括第三电容器；或
所述第一电气装置包括第一半导体切换装置，所述第二电气装置包括第二半导体切换装置，且所述第三电气装置包括第三半导体切换装置。
6.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述第一总线结构包括：
第一通孔，其穿过至少所述第一外部导电层和所述第二中间导电层形成；
第一垂直的通路，其安置于所述第一通孔中，其中：
所述第一垂直的通路在所述第一通孔中电连接到所述第一外部导电层和所述第二中间导电层；
所述第一垂直的通路在所述第一通孔中与所述第二外部导电层、所述第一中间导电层和所述第三中间导电层电绝缘；且
所述第一垂直的通路从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一多个电气装置中的第一电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第一垂直的通路；
第二通孔，其穿过至少所述第二外部导电层和所述第一中间导电层形成；
第二垂直的通路，其安置于所述第二通孔中，其中所述第二垂直的通路：
在所述第二通孔中电连接到所述第二外部导电层和所述第一中间导电层；
在所述第二通孔中与所述第一外部导电层、所述第二中间导电层和所述第三中间导电层电绝缘；且
从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一多个电气装置中的第二电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第二垂直的通路；
第三通孔，其穿过至少所述第三中间导电层形成；和
第三垂直的通路，其安置于所述第三通孔中，其中所述第三垂直的通路：
在所述第三通孔中电连接到所述第三中间导电层；
在所述第三通孔中与所述第一外部导电层、所述第二外部导电层、所述第一中间导电层和所述第二中间导电层电绝缘；且
从所述第一总线结构向外延伸，以便于将所述第一电气装置以电气方式及以物理方式连接到所述第三垂直的通路。
7.根据权利要求1所述的电气系统，其中，
所述第一多个电气装置包括第一电气装置、第二电气装置和第三电气装置；
所述第三中间导电层为所述第一装置间层，以便于串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置；且
所述第一总线结构包括：
第四中间导电层，其邻近所述第三中间导电层，其中所述第四中间导电层为第二装置间层，以便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置；
第五中间导电层，其邻近所述第四中间导电层，其中所述第五中间导电层为第三负层；
第六中间导电层，其邻近所述第五中间导电层，其中所述第六中间导电层为第三正层；
第七中间导电层，其邻近所述第六中间导电层，其中所述第七中间导电层为第三装置间层，以便于串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置；和
第八中间导电层，其邻近所述第一中间导电层和所述第七中间导电层，其中所述第八中间导电层为第四装置间层，以便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置。
8.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述电气系统包括第二总线结构，所述第二总线结构配置成级联第二多个电气装置，其中所述第二总线结构包括：
第三外部导电层，其为第三正层；
第四外部导电层，其为第三负层；
第四中间导电层，其邻近所述第三外部导电层且电连接到所述第四外部导电层，其中所述第四中间导电层为第四负层以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容或两者皆有；
第五中间导电层，其邻近所述第四外部导电层且电连接到所述第三外部导电层，其中所述第五中间导电层为第四正层以减小在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电感、增加在操作期间引入到所述电气系统中的所述寄生电容或两者皆有；和
第六中间导电层，其邻近所述第五中间导电层，其中所述第六中间导电层为第二装置间层，以便于串联电连接所述第二多个电气装置中的至少两个。
9.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述第一总线结构包括母排线或印刷电路板。
10.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述电气系统包括工业系统、制造系统、自动化系统、工厂、车间、计算系统、汽车系统、飞机、船。
11.根据权利要求10所述的电气系统，其中，所述计算系统是计算机。
12.根据权利要求10所述的电气系统，其中，所述汽车系统是汽车。
13.一种用于实施待部署在电气系统中的总线结构的方法，其包括：
形成多个层，其中所述多个层包括多个导电层和各自形成于一对邻近导电层之间的多个非导电层；
将形成于所述总线结构的第一侧上的所述多个导电层中的第一导电层作为第一正层；
将形成于所述总线结构的与所述第一侧相对的第二侧上的所述多个导电层中的第二导电层作为第一负层；
将所述多个非导电层中的第一非导电层与所述第二导电层分离的所述多个导电层中的第三导电层作为第二正层，以减小当所述总线结构部署在所述电气系统中时在所述电气系统中产生的电压过冲的量值；
将所述多个非导电层中的第二非导电层与所述第一导电层分离的所述多个导电层中的第四导电层作为第二负层，以减小当所述总线结构部署在所述电气系统中时在所述电气系统中产生的所述电压过冲的量值；和
将所述多个非导电层中的第三非导电层与所述第四导电层分离的所述多个导电层中的第五导电层作为第一装置间层，以便于串联电连接至少第一电气装置与第二电气装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括：
使用设计装置确定所述电气系统的预期特性，其中所述预期特性包括预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目和通过所述电气装置的预期电流次序；和
使用所述设计装置至少部分地基于所述电气系统的所述预期特性确定待用于实施所述总线结构的目标设计参数，其中所述目标设计参数至少指示要包括在所述多个导电层中的层的数目和所述多个导电层中的每一个分配为正层、负层和装置间层中的一个。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，确定所述电气系统的所述预期特性包括：
确定所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目为三个；和
确定预期电流从所述第一电气装置流动到所述第二电气装置且从所述第二电气装置流动到第三电气装置；和
确定所述目标设计参数包括：
确定所述要包括在所述多个导电层中的层的数目比所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目多三个；
确定第一外部导电层应为所述第一正层；
确定第二外部导电层应为所述第一负层；
确定最接近于所述第二外部导电层的第一中间导电层为所述第二正层；
确定最接近于所述第一外部导电层的第二中间导电层为所述第二负层；
确定最接近于所述第一中间导电层的第三中间导电层为所述第一装置间层，其中所述第一装置间层串联电连接所述第一电气装置与所述第二电气装置；和
确定最接近于所述第三中间导电层的第四中间导电层为第二装置间层，从而便于串联电连接所述第二电气装置与所述第三电气装置。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，
将所述第一导电层作为所述第一正层和将所述第三导电层作为所述第二正层包括：
在垂直于所述总线结构的所述第二侧的方向上穿过所述多个层中的每一个形成第一通孔；和
在所述第一通孔中形成第一通路，其中：
所述第一通路在所述第一通孔中电连接到所述第一导电层和所述第三导电层；且
所述第一通路在所述第一通孔中与所述第二导电层、所述第四导电层和所述第五导电层电绝缘；
将所述第二导电层作为所述第一负层和将所述第四导电层作为所述第二负层包括：
在垂直于所述总线结构的所述第二侧的所述方向上穿过所述多个层中的每一个形成第二通孔；和
在所述第二通孔中形成第二通路，其中：
所述第二通路在所述第二通孔中电连接到所述第二导电层和所述第四导电层；且
所述第二通路在所述第二通孔中与所述第一导电层、所述第三导电层和所述第五导电层电绝缘；且
将所述第五导电层作为所述第一装置间层包括：
在垂直于所述总线结构的所述第二侧的所述方向上穿过所述多个层中的每一个形成第三通孔；和
在所述第三通孔中形成第三通路，其中：
所述第三通路在所述第三通孔中电连接到所述第五导电层；且
所述第三通路在所述第三通孔中与所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层和所述第四导电层电绝缘。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括在通过以下操作实施所述总线结构之后将所述总线结构部署在所述电气系统中：
将所述第一导电层和所述第三导电层电连接到所述电气系统中的正直流总线；
将所述第一导电层和所述第三导电层电连接到所述第一电气装置；
将所述第五导电层电连接到所述第一电气装置和所述第二电气装置；
将所述第二导电层和所述第四导电层电连接到第三电气装置；和
将所述第二导电层和所述第四导电层电连接到所述电气系统中的负直流总线。
18.一种有形的非暂时性计算机可读媒体，其存储可由设计装置的一个或多个处理器执行的指令以促进实施总线结构，其中所述指令包括用以进行以下操作的指令：
使用所述一个或多个处理器确定其中预期部署所述总线结构的电气系统的特性，其中所述特性包括预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目和通过所述电气装置的预期电流次序；
使用所述一个或多个处理器至少部分地基于所述电气系统的所述特性确定待用于实施所述总线结构的目标设计参数，其中所述目标设计参数至少指示待在所述总线结构中实施的导电层的数目和所述导电层中的每一个分配为正层、负层和装置间层中的一个；和
使用所述一个或多个处理器指示所述目标设计参数以促进使用制造设备实施所述总线结构。
19.根据权利要求18所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中，所述用以指示所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作的指令：
输出指示所述制造设备将所述总线结构的第一外部导电层作为第一正层的第一一个或多个控制信号；
输出指示所述制造设备将所述总线结构的第二外部导电层作为第一负层的第二一个或多个控制信号；
输出指示所述制造设备将邻近所述第二外部导电层的第一中间导电层作为第二正层的第三一个或多个控制信号；
输出指示所述制造设备将邻近所述第一外部导电层的第二中间导电层作为第二负层的第四一个或多个控制信号；和
输出指示所述制造设备将邻近所述第一中间导电层的第三中间导电层作为第一装置间层的第五一个或多个控制信号；和
输出指示所述制造设备将邻近所述第二中间导电层和所述第三中间导电层的第四中间导电层作为第二装置间层的第六一个或多个控制信号。
20.根据权利要求18所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中，所述用以确定所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作的指令：
根据所述预期通过所述总线结构级联的电气装置的数目确定所述待实施在所述总线结构中的导电层的数目；和
至少部分地基于所述通过所述电气装置的预期电流次序将未被分配为正层或负层的每一中间导电层分配为装置间层。
21.根据权利要求18所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中，所述用以确定所述电气系统的所述特性的指令包括用以进行以下操作中的至少一个的指令：
以自动方式分析所述电气系统；和
从所述设计装置的I/O装置接收指示所述电气系统的所述特性的用户输入。
22.根据权利要求18所述的有形的非暂时性计算机可读媒体，其中，所述用以指示所述目标设计参数的指令包括用以进行以下操作中的至少一个的指令：
指示所述设计装置通过通信网络将所述目标设计参数传达到所述制造设备；
指示所述设计装置将所述目标设计参数的视觉表示显示在电气显示器上；和
指示所述设计装置通过所述通信网络将所述目标设计参数传达到另一电子装置。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10701795B2 (en) * 2018-09-11 2020-06-30 Ge Aviation Systems Llc Direct current link bus for a power converter and method of forming a direct current link bus
US10651761B2 (en) * 2018-09-14 2020-05-12 Hamilton Sundstrand Corporation Power converters with segregated switch and drive modules
DE102020107208A1 (de) 2020-03-17 2021-09-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuervorrichtung zur Steuerung einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente
US11252820B1 (en) * 2020-10-27 2022-02-15 Delta Electronics, Inc. Power converter module
US11439016B2 (en) 2020-10-27 2022-09-06 Delta Electronics, Inc. Power converter module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102132480A (zh) * 2008-08-22 2011-07-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 功率转换装置
CN203504422U (zh) * 2013-07-29 2014-03-26 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种用于t型三电平变流器的叠层母排
CN104681554A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 株式会社东芝 半导体装置
CN105659172A (zh) * 2013-10-09 2016-06-08 皮尔茨公司 具有负荷监视的模块化控制装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579217A (en) 1991-07-10 1996-11-26 Kenetech Windpower, Inc. Laminated bus assembly and coupling apparatus for a high power electrical switching converter
US5365424A (en) 1991-07-10 1994-11-15 Kenetech Windpower, Inc. High power laminated bus assembly for an electrical switching converter
US7187568B2 (en) 2002-01-16 2007-03-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter having improved terminal structure
US8441827B2 (en) * 2009-03-11 2013-05-14 Caterpillar Inc. Power converter assembly having a housing
US8575479B2 (en) 2009-06-30 2013-11-05 TECO—Westinghouse Motor Company Providing a transformer for an inverter
CN201623650U (zh) 2009-12-17 2010-11-03 中国电力科学研究院 一种模块化安装的逆变器
US8686288B2 (en) * 2011-05-31 2014-04-01 Tesla Motors, Inc. Power electronics interconnection for electric motor drives
CN102882385B (zh) 2012-10-22 2015-09-23 台达电子工业股份有限公司 用于三电平功率变换器的叠层母排结构以及功率变换器
US8785784B1 (en) * 2013-03-13 2014-07-22 Boulder Wind Power, Inc. Methods and apparatus for optimizing structural layout of multi-circuit laminated composite assembly
CN105450042B (zh) 2014-09-26 2018-04-17 台达电子工业股份有限公司 三电平功率变换器及其功率单元

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102132480A (zh) * 2008-08-22 2011-07-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 功率转换装置
CN203504422U (zh) * 2013-07-29 2014-03-26 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种用于t型三电平变流器的叠层母排
CN105659172A (zh) * 2013-10-09 2016-06-08 皮尔茨公司 具有负荷监视的模块化控制装置
CN104681554A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 株式会社东芝 半导体装置

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