CN110912423A - 一种三电平桥式结构的三层叠层母排结构 - Google Patents
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Abstract
一种三电平电路的三层叠层母排结构，三电平电路采用如下结构进行布局，最下端为第一电容器与第二电容器；第一开关模块紧挨并位于第一电容器与第二电容器上方；第一二极管与第二二极管紧挨并处于第一开关模块上方；第二开关模块紧挨并位于第二二极管与第一二极管上方；第三电容器与第四电容器紧挨并处于第二开关模块上方；三层叠层母排结构的最上层包含第四母排，三层叠层母排中间层包含第三母排，三层叠层母排最下层包含第一母排、第二母排、第五母排、第六母排；第一母排、第一母排、第五母排、第六母排设计在同一层，而不造成交叉。从而使得母排层数少，其杂散电感更小。该母排结构制作的变换器能够工作在更高的开关频率，具有更高的功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及电能转换领域，具体涉及一种三电平桥臂的三层叠层母排结构。
背景技术
相较于传统同轴电缆以及铜条等的主回路连接方式，叠层母排连接组件因具有低杂散电感特性而被广泛使用于变换器直流母线电容与半导体器件间的连接。其低杂散电感特性可以有效减小IGBT开关时器件两端产生的开关电压尖峰，有利于提高IGBT开关频率，增大变换器的功率密度。在叠层母排的设计中，需要着重关注其杂散电感量。叠层母排中电流回路之间的间距是叠层母排杂散电感的关键影响参数，间距越小，杂散电感越小。在叠层母排层间距因绝缘安全距离要求不能进一步减小的情况下，减少叠层母排层数将是减小杂散电感的有效手段。在文献《逆变电源主电路分布参数的分析与优化》中，三电平桥式结构往往采用4层叠层母排。
发明内容
针对现有技术存在的缺点，本专利提出了一种新型的3层叠层母排结构，进一步优化了叠层母排的杂散电感，并减小了叠层母排的重量。具体而言本发明提供了一种三电平电路的三层叠层母排结构，所述三电平电路采用如下结构进行布局，最下端为第一电容器与第二电容器；第一开关模块紧挨并位于第一电容器与第二电容器上方；第一二极管与第二二极管紧挨并处于第一开关模块上方；第二开关模块紧挨并位于第二二极管与第一二极管上方；第三电容器与第四电容器紧挨并处于第二开关模块上方；三层叠层母排结构的最上层包含第四母排，三层叠层母排中间层包含第三母排，三层叠层母排最下层包含第一母排、第二母排、第五母排、第六母排；所述第一母排、第一母排、第五母排、第六母排设计在同一层，而不造成交叉。
进一步地，所述第一电容器在第二电容器左侧，第一电容器的正端在第一电容器的左侧，第一电容器的负端在第一电容器的右侧，第二电容器的正端在第二电容器的左侧，第二电容器的负端在第二电容器的右侧；第三电容器的正端在第三电容器的左侧，第三电容器的负端在第三电容器的右侧；第四电容器的正端在第四电容器的左侧，第四电容器的负端在第四电容器的右侧。
进一步地，所述第一开关模块从左侧至右侧的三个端子分别为第一开关管的集电极、第二开关管的发射极、第一开关管的发射极与第二开关管的集电极；第二开关模块从左侧至右侧的三个端子分别为第三开关管的集电极、第四开关管的发射极、第三开关管的发射极与第四开关管的集电极。
进一步地，所述第二二极管的阴极在第二二极管的左侧，第二二极管的阳极在第二二极管的右侧，第一二极管的阴极在第一二极管的左侧，第一二极管的阳极在第一二极管的右侧。
进一步地，所述第一母排连接了第一电容器正极、第二电容器正极、第一开关管集电极，第二母排母排连接了第一开关管发射极、第二开关管集电极、第一二极管的阴极，第五母排连接了第三开关管发射极、第四开关管集电极、第二二极管的阳极，第六母排连接了第三电容器负极、第四电容器负极、第一开关管集电极。
进一步地，所述第三母排连接了第一电容器负极、第二电容器负极、第三电容器正极、第四电容器正极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极。
进一步地，所述第四母排连接了第二开关管的发射极、第三开关管的集电极。
本专利提出的三电平桥臂的三层叠层母排结构，相比于传统的四层叠层母排结构，有如下优势：
1)本发明的母排层数少，其杂散电感更小。采用该母排结构制作的变换器能够工作在更高的开关频率，具有更高的功率密度。
2)本发明所用铜更少，重量与成本都更有优势。
附图说明
图1是本发明三电平电路拓扑结构图；
图2是本发明三电平电路的三层叠层母排结构的元器件布置图
图3是本发明三电平电路的三层叠层母排结构的侧视图
图4-1是本发明三电平电路的三层叠层母排结构最下层的俯视图
图4-2是本发明三电平电路的三层叠层母排结构的中间层的俯视图
图4-3是本发明三电平电路的三层叠层母排结构的最上层的俯视图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明。
参见图1，其为三电平电路拓扑结构图，该拓扑结构包含以下器件：第一电容器1、第二电容器2、第三电容器3、第四电容器4共四个电容器，第一开关管5、第二开关管6、第三开关管8、第四开关管9共四个开关管，其中，第一开关管5和第二开关管6可构成第一开关模块7，第三开关管8和第四开关管9可构成第二开关模块10，第一二极管11、第二二极管12共两个二极管；该拓扑结构包含第一母排13，第二母排14，第三母排15，第四母排16，第五母排17，第六母排18共六个母排。
本专利通过对上述拓扑结构中的器件以及母排的布置规划，形成一种低杂散电感的三层叠层母排结构。
参见图2，示出了本专利对应的器件布置方式。最下端为第一电容器1与第二电容器2，第一电容器1在第二电容器2左侧。第一电容器1的正端在第一电容器1的左侧，第一电容器1的负端在第一电容器1的右侧，第二电容器2的正端在第二电容器2的左侧，第二电容器2的负端在第二电容器2的右侧。第一开关模块7紧挨并位于第一电容器1与第二电容器2上方，第一开关模块7从左侧至右侧的三个端子分别为第一开关管5的集电极、第二开关管6的发射极、第一开关管5的发射极与第二开关管6的集电极。第一二极管11与第二二极管12紧挨并处于第一开关模块7上方，第二二极管12在第一二极管11左侧。第二二极管12的阴极在第二二极管12的左侧，第二二极管12的阳极在第二二极管12的右侧。第一二极管11的阴极在第一二极管11的左侧，第一二极管11的阳极在第一二极管11的右侧。第二开关模块10紧挨并位于第二二极管12与第一二极管11上方，第二开关模块10从左侧至右侧的三个端子分别为第三开关管8的集电极、第四开关管9的发射极、第三开关管8的发射极与第四开关管9的集电极。第三电容器3与第四电容器4紧挨并处于第二开关模块10上方，第三电容器3在第四电容器4左侧。第三电容器3的正端在第三电容器3的左侧，第三电容器3的负端在第三电容器3的右侧。第四电容器4的正端在第四电容器4的左侧，第四电容器4的负端在第四电容器4的右侧。
在传统四层叠层母排中，由于母排路径容易互相交叉，因此将第一母排13和第六母排18设计在同一层，将第二母排14和第五母排17设计在另一层。本专利通过合理规划电流路径，通过上述优化的布置方式，可以将第一母排13、第一母排14、第五母排17、第六母排18设计在同一层而不造成交叉，从而减少了母排层数。
参见图3，示出了本专利三层叠层母排的侧面图。三层叠层母排最上层包含第四母排16，三层叠层母排中间层包含第三母排15，三层叠层母排最下层包含第一母排13、第二母排14、第五母排17、第六母排18。图3中的母排结构将第一母排13、第二母排14、第五母排17、第六母排18集成在同一层，减小了叠层母排的层数，从而减小了母排杂散电感量。现基于侧室图描述元器件与母排连接情况。第一电容器1与第二电容器2正极连接到第一母排13，第一电容器1与第二电容器2负极连接到第三母排15；第一开关管5集电极连接到第一母排13，第一开关管5发射极连接到第二母排14；第二开关管6集电极连接到第二母排14，第二开关管6发射极连接到第四母排16；第三开关管8集电极连接到第四母排16，第三开关管8发射极连接到第五母排17；第四开关管9集电极连接到第五母排17，第四开关管9发射极连接到第六母排18；第一二极管11阴极连接到第二母排14，第一二极管11阴极连接到第三母排15；第二二极管12阴极连接到第三母排15，第二二极管12阴极连接到第五母排17；第三电容器3与第四电容器4正极连接到第三母排15，第三电容器3与第四电容器4负极连接到第六母排18。
参见图4，示出了本专利各层叠层母排的俯视图。图4-1为最下层叠层母排，其中第一母排13连接了第一电容器1正极、第二电容器2正极、第一开关管5集电极，第二母排14母排连接了第一开关管5发射极、第二开关管6集电极、第一二极管11的阴极，第五母排17连接了第三开关管8发射极、第四开关管9集电极、第二二极管12的阳极，第六母排18连接了第三电容器3负极、第四电容器2负极、第一开关管5集电极。图4-2为中间层叠层母排，第三母排15连接了第一电容器1负极、第二电容器2负极、第三电容器3正极、第四电容器4正极、第一二极管11的阳极、第二二极管12的阴极。图4-3为最上层叠层母排，第四母排16连接了第二开关管6的发射极、第三开关管8的集电极。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述三电平电路采用如下结构进行布局，最下端为第一电容器与第二电容器；第一开关模块紧挨并位于第一电容器与第二电容器上方；第一二极管与第二二极管紧挨并处于第一开关模块上方；第二开关模块紧挨并位于第二二极管与第一二极管上方；第三电容器与第四电容器紧挨并处于第二开关模块上方；三层叠层母排结构的最上层包含第四母排，三层叠层母排中间层包含第三母排，三层叠层母排最下层包含第一母排、第二母排、第五母排、第六母排；所述第一母排、第二母排、第五母排、第六母排设计在同一层，而不造成交叉。
2.根据权利要求1所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第一电容器在第二电容器左侧，第一电容器的正端在第一电容器的左侧，第一电容器的负端在第一电容器的右侧，第二电容器的正端在第二电容器的左侧，第二电容器的负端在第二电容器的右侧；第三电容器的正端在第三电容器的左侧，第三电容器的负端在第三电容器的右侧；第四电容器的正端在第四电容器的左侧，第四电容器的负端在第四电容器的右侧。
3.根据权利要求1或2所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第一开关模块从左侧至右侧的三个端子分别为第一开关管的集电极、第二开关管的发射极、第一开关管的发射极与第二开关管的集电极；第二开关模块从左侧至右侧的三个端子分别为第三开关管的集电极、第四开关管的发射极、第三开关管的发射极与第四开关管的集电极。
4.根据权利要求3所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第二二极管的阴极在第二二极管的左侧，第二二极管的阳极在第二二极管的右侧，第一二极管的阴极在第一二极管的左侧，第一二极管的阳极在第一二极管的右侧。
5.根据权利要求4所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第一母排连接了第一电容器正极、第二电容器正极、第一开关管集电极，第二母排母排连接了第一开关管发射极、第二开关管集电极、第一二极管的阴极，第五母排连接了第三开关管发射极、第四开关管集电极、第二二极管的阳极，第六母排连接了第三电容器负极、第四电容器负极、第一开关管集电极。
6.根据权利要求4或5所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第三母排连接了第一电容器负极、第二电容器负极、第三电容器正极、第四电容器正极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极。
7.根据权利要求6所述的三电平电路的三层叠层母排结构，其特征在于，所述第四母排连接了第二开关管的发射极、第三开关管的集电极。
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