CN112586100A - 中间回路装置和逆变器 - Google Patents

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Abstract

公开一种中间回路装置(1)，所述中间回路装置包括：结构相同的第一和第二子电路板(2)，所述第一和第二子电路板具有至少两个电容组(3)的串联连接，其中，所述子电路板(2)分别具有连接条(4)，所述连接条分别具有正中间回路连接部、负中间回路连接部和中心连接部；用于将所述两个子电路板(2)的连接条(4)的相应连接部彼此电连接的连接电路板(10)。所述连接电路板(10)是多层电路板，所述多层电路板具有两个外部金属层(13)和布置在所述外部金属层(13)之间的至少两个内部金属层(14，15)，其中，所述外部金属层(13)分别在所述两个子电路板(2)的连接条(4)的对应连接部之间具有电连接，其中，所述内部金属层的至少一个第一金属层(14)仅具有所述两个子电路板(2)的所述正中间回路连接部的电连接，而所述内部金属层的至少一个第二金属层(15)仅具有所述两个子电路板(2)的所述负中间回路连接部的电连接。所述中间回路装置可以是逆变器的一部分。

Description

中间回路装置和逆变器
技术领域
本发明涉及中间回路装置和一种具有这种中间回路装置的逆变器。
背景技术
中间回路通常出现在逆变器桥的输入侧作为用于逆变器中待转换的电功率的短时能量存储器。这些中间回路由布置在正中间回路连接部与负中间回路连接部之间的电容器或者说电容器组(Kondensatorbank)形成。为了获得所需的电容值，将多个单个电容器或者甚至多个电容器组并联连接。在此，电容器组可以布置在不同的印刷电路板上。
在此，特别是在多级逆变器桥中，还将多个电容器组串联连接。然后，串联连接的电容器组之间的连接点提供输入电压的中间值。在此，通常将两个、三个或者甚至四个电容器组串联连接，以便除了正和负中间回路电压之外还为多级逆变器桥提供一个、两个或三个附加的电压值。
由于有时高电流流过上述中间回路装置的不同连接部，因此需要用于中间回路装置的复杂的连接技术。同时，期望的是，可以将布置在不同印刷电路板上的电容器组实施为尽可能结构相同，以便将逆变器中不同构件的数量保持为低。
发明内容
因此，本发明的任务是，阐明一种中间回路装置或逆变器，在该中间回路装置或逆变器中，具有电容器组的、结构相同地实施的子电路板可以低开销且低阻抗地彼此连接并且与电气设备的其他构件、尤其是逆变器连接。
该任务通过具有独立权利要求1的特征的中间回路装置来解决。该中间回路装置的优选实施方式在从属权利要求中描述。该任务还通过根据权利要求8的、具有这种中间回路装置的逆变器来解决，其中，该逆变器的优选实施方式在引用权利要求8的权利要求中描述。
根据本发明的中间回路装置包括结构相同的第一和第二子电路板，该第一和第二子电路板具有至少两个电容组的串联连接，其中，子电路板分别具有连接条(Anschlussleiste)，所述连接条分别具有正中间回路连接部、负中间回路连接部和中心连接部。用于将两个子电路板的连接条的相应连接部彼此电连接的连接电路板构造为多层电路板，该多层电路板具有两个外部金属层和布置在外部金属层之间的至少两个内部金属层，其中，外部金属层分别在两个子电路板的连接条的对应连接部之间具有电连接，其中，内部金属层的至少一个第一金属层仅具有两个子电路板的正中间回路连接部的电连接，而内部金属层的至少一个第二金属层仅具有两个子电路板的负中间回路连接部的电连接。
子电路板优选地具有四个电容组的串联连接，并且子电路板的连接条还具有正半连接部和负半连接部，其中，外部金属层还分别在两个子电路板的正半连接部之间以及负半连接部之间具有电连接。通过划分为四个电容组，一方面可以使用具有更低允许最大电压的电容器，另一方面也可以将具有更多电压等级的逆变器桥(例如在这种情况下为五级逆变器桥)连接至由串联连接形成的中间回路。
有利地，连接电路板具有带有孔的电接触面，通过该孔，连接电路板能够分别借助子电路板的连接条的接触面中的对应孔与子电路板拧紧并且由此进行电接触。这种连接技术在生产中已经证实为在高载流能力的情况下开销低且可靠。
连接电路板与相应子电路板的拧紧附加地可以用于将中间回路装置保持在壳体中或电路板上。在此，可以将中间回路装置与由电绝缘材料(例如塑料)制成的、固定安装在壳体中的螺纹(Gewinde)拧紧。显然，不排除中间回路装置在壳体中其他点处的附加保持。
附加地，用于电压源的连接线路可以通过线缆接线头至少与正中间回路连接部和负中间回路连接部拧紧。
在一种优选的构型中，两个子电路板的每个在相对置的侧上分别具有连接条(4)，该连接条尤其布置为彼此高度相同。由此，并排布置的子电路板的各个连接部之间的电连接可以通过连接电路板在特别短的路径上并且因此以特别低的阻抗来实施。然后，两个子电路板的未使用的连接条将保留。
在一种特别有利的实施方案中，子电路板还具有至少一个桥电路，该桥电路的输入连接部与子电路板的中间回路连接部连接。例如，在子电路板上可以分别布置有三个桥电路，这些桥电路的桥输出端分别形成用于连接至三相交流电网络的相连接部(Phasenanschluss)。显然，根据本发明的中间回路装置也可以在子电路板上不具有任何桥电路。
在另一有利的实施方式中，连接电路板具有多个内部金属层，所述多个内部金属层彼此相邻布置，并且通过所述多个内部金属层，两个子电路板的正中间回路连接部彼此连接。相应地，两个子电路板的负中间回路连接部也可以通过多个内部金属层彼此连接，所述多个内部金属层也彼此相邻布置。通过这种成组的布置可以实现子电路板之间有利地低阻抗的连接。
在一种特别有利的实施方案中，逆变器具有上述中间回路装置。在该实施方案中，子电路板中的每个可以具有至少一个桥电路，特别优选地，每个子电路板具有恰好三个桥电路。这些桥电路的输出端形成用于连接至交流电压网络的各个相连接部。
在每个子电路板有三个桥电路的情况下，有利的是，在每个子电路板上，桥电路中的两个分别分配给三相交流电压输出的一个共同相。然后，将两个子电路板的两个剩余的单个相连接部、优选两个子电路板的彼此之间具有最小间距的相连接部(即内部相连接部)组合成为交流电压输出的共同的第三相。以这种方式，三个相位输出可以容易地在空间上彼此分离地在壳体中引导，并与其他部件(例如电源扼流器)连接。
附图说明
下面借助附图说明本发明，其中，
图1示出根据本发明的中间回路装置的子电路板的实施方案；
图2示出中间回路装置的根据本发明的实施方案；
图3示出根据本发明的中间回路装置的连接电路板的横截面。
具体实施方式
图1示出用于构造根据本发明的中间回路装置的子电路板1。子电路板具有多个电容器5，这些电容器组合成为串联连接的电容组3。电容组3用作输入侧的中间回路，例如用于一个或多个逆变器桥，所述一个或多个逆变器桥以功率模块6的形式布置在子电路板2上。在该实施方案中，在输出侧，逆变器桥分别通过电流传感器7连接至分配给逆变器桥的相连接部9处。控制装置8在运行中操控功率模块6并且接收电流传感器7的测量信号。
在子电路板2的彼此相对置的侧上布置有与电容组3的连接部电连接的连接条4。在两个电容组3串联连接的情况下，连接条4包括三个连接触点，所述三个连接触点分别具有一个中心孔，并且所述三个连接触点中分别有一个连接触点与电容组的串联连接的两个端接之一连接，而一个连接触点与串联连接的中心点连接。如果串联连接具有多于两个的电容组，则连接条4相应地包括更多的连接触点，该连接触点分别与电容组之间的其他中间点电连接。如此，在四个电容组3串联连接的情况下，在连接条4中需要五个连接触点。因此，两个附加的可选连接触点均以阴影显示。
连接条4以相同的高度并沿着定向轴布置在子电路板2的相对置的侧上，从而并排布置的两个子电路板2的连接触点可以容易地通过连接电路板彼此电连接并且例如与电压源电连接。显然，也可以考虑其他布置，例如接触面的错开布置。
这种中间回路装置1在图2中示出。两个子电路板2的彼此相对置的连接条4由连接电路板10覆盖，该连接电路板的连接触点定向为在两个子电路板2上的连接触点上方。由此，例如可以将螺纹件(Schrauben)引导穿过连接电路板10和子电路板2的经定向的孔，从而连接电路板10和子电路板2的连接触点的接触面通过拧紧而彼此压紧并且建立可靠的电接触。借助螺纹件还可以将线缆接线头与连接触点拧紧并且电连接，从而例如可以通过线缆将诸如光伏发电机的电压源连接至子电路板2处。象征性地示出用于电压源的连接部DC+、DC-的两个连接线缆。在此，也可以将螺纹件拧入到例如电绝缘的螺纹中，其中，螺纹与壳体固定连接。以这种方式，还可以同时实现用于整个中间回路装置的保持功能。
此外，图2示例性地示出四个串联连接的电容组3的布置以及作为功率模块6的NPC逆变器桥。显然，也可以使用其他逆变器桥拓扑。在此，功率模块6的桥输出端首先分别通过第一AC连接部与作为网络滤波器(Netzfilter)的一部分的扼流器20(该扼流器由于空间原因未布置在子电路板上)的一个连接部连接，该扼流器的另一连接部又与所分配的第二AC连接部连接。第二AC连接部又通过电流传感器7与分配给相应逆变器桥6的相连接部9连接。从该连接中还分别分支出来布置在子电路板上的电容器21作为网络滤波器的另一部分。电容器21借助连接部与中间回路装置的串联连接的中心点共同连接。
两个子电路板2的相连接部如此组合以连接至具有相L1、L2和L3的三相网络，使得一个子电路板2的两个相连接部分别形成相L1、L3，而仅相L2由两个子电路板2的相连接部形成。在相L1、L2、L3中，可以将其他扼流器集成为网络滤波器部件(未示出)。
在图3中更详细地示出连接电路板10的结构性的构造，其中，图3a示出连接电路板10的横截面，而图3b、3c和3d示出连接电路板10内的不同金属层的构造。
在此，连接线路10构造为多层印刷电路板，该多层印刷电路板在印刷电路板的相对置的外侧上具有两个外部金属层13，以及具有多个内部金属层14、15。外部金属层13具有接触面12，在该接触面的中心，在印刷电路板的整个厚度上延伸的孔分别终止。内部金属层分别至少在两个外侧的接触面12之间的区域中通过孔的导电衬里或通过未示出的、在金属层之间延伸的通孔与接触面12电连接。
图3c示出外部金属层13的结构。在此，将两个接触面彼此连接的导体轨道分别在相对置的接触面12之间延伸，这些接触面被分配给两个子电路板的连接条4的相同类型的连接部。针对两个外部金属层13都实现该结构。
由于分配给电容器组的串联连接的端点的接触面通常必须具有最高的载流能力，因为在此连接有电压源，因此外部金属层的导体轨道不足以可靠地且持久地传导在运行中出现的电流。因此，在内部金属层14、15中设置用于连接相应的连接触点12的其他导体轨道。第一金属层14在图3b中示出并且在此仅具有以下导体轨道结构：该导体轨道结构将分配给电压源的连接部之一的、两个相对置的接触面彼此电连接。该导体轨道结构在金属层14内占据尽可能大的空间，以便在接触面之间提供具有最大载流能力的导体轨道。在此，其他接触面保持未连接。相应地，在图3d中所示出的第二金属层15仅具有以下导体轨道结构：该导体轨道结构将分配给电压源的另一连接部的、两个相对置的接触面彼此电连接。该导体轨道结构也在金属层15内占据尽可能大的空间，以便在接触面之间提供具有最大载流能力的导体轨道。
在多层印刷电路板内彼此直接相邻地布置如此多相同类型的第一金属层14，使得该布置的载流能力能满足电压源的最大允许电流。第二金属层15也彼此直接相邻地且以相同数量地布置。以这种方式，产生具有有利地低的阻抗的连接电路板10。
本领域技术人员可以理解，在连接电路板10内或在子电路板2的连接条4内的接触面12的顺序和布置也可以构型为不同于在此示例性示出的那样。
附图标记
1 中间回路装置
2 子电路板
3 电容组
4 连接条
5 电容器
6 功率模块
7 电流传感器
8 控制装置
9 相连接部
10 连接电路板
11 孔
12 接触面
13 金属层
14 金属层
15 金属层
20 扼流器
21 电容器

Claims (12)

1.一种中间回路装置(1)，所述中间回路装置包括：
结构相同的第一和第二子电路板(2)，所述第一和第二子电路板具有至少两个电容组(3)的串联连接，其中，所述子电路板(2)分别具有连接条(4)，所述连接条分别具有正中间回路连接部、负中间回路连接部和中心连接部，
用于将两个子电路板(2)的连接条(4)的相应连接部彼此电连接的连接电路板(10)，
其中，所述连接电路板(10)是多层电路板，所述多层电路板具有两个外部金属层(13)和布置在所述外部金属层(13)之间的至少两个内部金属层(14，15)，其中，所述外部金属层(13)分别在所述两个子电路板(2)的连接条(4)的对应连接部之间具有电连接，
其中，所述内部金属层的至少一个第一金属层(14)仅具有所述两个子电路板(2)的正中间回路连接部的电连接，而所述内部金属层的至少一个第二金属层(15)仅具有所述两个子电路板(2)的负中间回路连接部的电连接。
2.根据权利要求1所述的中间回路装置(1)，其中，所述子电路板(2)具有四个电容组(3)的串联连接，以及所述子电路板的连接条(4)还具有正半连接部和负半连接部，其中，所述外部金属层(13)还分别在所述两个子电路板(2)的正半连接部之间以及负半连接部之间具有电连接。
3.根据权利要求1或2所述的中间回路装置(1)，其中，所述连接电路板(10)具有带有孔(11)的电接触面(12)，通过所述孔，所述连接电路板(10)能够分别与所述子电路板(2)拧紧并且由此进行电接触。
4.根据权利要求3所述的中间回路装置(1)，其中，所述连接电路板(10)与相应子电路板(2)的拧紧附加地用于将所述中间回路装置(1)保持在壳体中或印刷电路板上。
5.根据以上权利要求中任一项所述的中间回路装置(1)，其中，在所述两个子电路板(2)中的每个的相对置的侧上分别布置有连接条(4)，所述连接条尤其布置为彼此高度相同。
6.根据以上权利要求中任一项所述的中间回路装置(1)，其中，所述子电路板(2)还具有至少一个桥电路，所述桥电路的输入连接部与所述子电路板的中间回路连接部连接。
7.根据以上权利要求中任一项所述的中间回路装置(1)，其中，线缆接线头与连接线路一起分别至少与所述正中间回路连接部和所述负中间回路连接部拧紧。
8.根据以上权利要求中任一项所述的中间回路装置(1)，其中，所述连接电路板(10)具有多个内部金属层(14，15)，所述多个内部金属层彼此相邻布置，并且通过所述多个内部金属层，所述两个子电路板的正中间回路连接部彼此连接。
9.一种逆变器，所述逆变器具有根据以上权利要求中任一项所述的中间回路装置(1)。
10.根据权利要求9所述的逆变器，其中，所述子电路板(2)分别具有至少一个桥电路。
11.根据权利要求9所述的逆变器，其中，所述子电路板(2)分别具有恰好三个桥电路。
12.根据权利要求11所述的逆变器，其中，在每个子电路板(2)上，所述桥电路中的两个分别分配给三相交流电压输出的一个共同相(L1，L2，L3)。
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