CN1136233A - 自关断开关器件和缓冲电路的组装结构 - Google Patents

Abstract

自关断开关器件和与之并联的缓冲电路的组装结构。缓冲电路至少由一缓冲二极管和一缓冲电容器的串联电路构成。组装结构包括自关断开关器件、缓冲二极管和缓冲电容器。组装结构还包括导电散热片，其上安装自关断开关器件的第一表面和缓冲二极管的第一表面，用于冷却自关断开关器件和缓冲二极管，并用于连接自关断开关器件的第一表面和缓冲二极管的第一表面。组装结构进一步包括第一导体、第二导体和绝缘隔板。

Description

自关断开关器件和缓 冲电路的组装结构

本发明涉及自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，缓冲电路吸收浪涌电压并抑制在自关断开关器件关断过程中产生的OFF(断开)状态电压的上升速率。

以下的说明是按自关断开关器件为栅极关断可控硅(此后称为＂GTO＂)的情况进行的。

近年来，随着GTO的容量增大，已开发出具有高于6KV-6KA的额定容量的GTO。当GTO关断大电流时，对关断电流旁路的缓冲电路是一个重要的元件。当在转换系统中采用GTO关断大电流时，为将浪涌电压抑制至低数值，需要具有低电感的缓冲电路。

图16为电路图，它示出GTO1的缓冲电路。此缓冲电路包括缓冲二极管2、与缓冲二极管2并联的缓冲电阻器3和与缓冲二极管2串联的缓冲电容器4，以在GTO1的阳极和阴极之间实现旁路。缓冲电路吸收浪涌电压并抑制在GTO1的关断过程中产生的OFF状态电压的上升速率。另外，GTO1由栅极驱动电路5控制，后者向GTO1提供ON和OFF信号。

以下对现有技术的说明采用图17中所示的GTO和缓冲电路的水冷组装结构。GTO1为扁平型器件，并通过夹置于水冷散热片7j和7j之间而被冷却，散热片在叠置件6中具有主电路导体的双重作用。在缓冲电路中，连至GTO1的阳极的水冷散热片7j通过导体8a连接至缓冲二极管2A的阳极。在缓冲电路中，串联的缓冲二极管的数量是由要匹配的电路电压确定的。在此图所示情况下，缓冲二极管2由两个单侧冷却的三角基座型二极管2A和2B组成。这些二极管2A和2B具有相同结构但电极结构是相反的，它们通过水冷散热片7K串联。

缓冲二极管2B的阴极采用导体8b连至缓冲电容器4的一个电极。缓冲电容器4的另一电极由导体8c连至水冷散热片7i，后者连至GTO1的阳极。缓冲电阻器3连接在导体8a和8b之间。

图18示出当GTO1关断时在GTO1中流过的电流、GTO1的电压和缓冲电流Is。当GTO1关断时，GTO电流I_T迅速减小(也就是，缓冲电路电流Is迅速增大)。在GTO电流I_T下降时间内产生的尖峰电压Vdsp是由四个主要电压分量构成的，这四个分量为缓冲电容器的充电电压、由于缓冲电路中的电感产生的电压、缓冲二极管的正向恢复电压和由于缓冲电路中的电阻分量产生的压降。将尖峰电压Vdsp的值降至低于GTO容许的特定水平是必要的。这是因为，当尖峰电压Vdsp超过规定值时，GTO将击穿，结果是不能维持转换系统的正常功能。

但是，无论采用至今为止的技术水平的GTO和缓冲电路的实际组装结构是否可实现电路电感的最小化目标，它也仅仅是在采用这种组装结构制造转换系统之后首次通过关断实际电流得到的评价。在尖峰电压Vdsp不能降至规定值以下的情况下，或者是设计被重新研究，或者是系统额定参数由尖峰电压Vdsp低于规定值情况下的关断电流确定，均会导致系统设计存在GTO的关断容量不能充分显示的问题。

在这种情况下，可以理解，在上述的构成尖峰电压Vdsp的四个电压分量中，除缓冲电容器的充电电压之外，尖峰电压Vdsp很大程度上取决于由缓冲电容中的电感产生的电压分量。因此，缓冲电路部分本身的电感的减小和电路布线结构引起的有效电感的减小是设计GTO和缓冲电路的组装结构时要考虑的重要因素。

为得到导体的有效电感Leff，普遍采用的计算式如下。

计算有效电感Leff的等式为：

Leff＝L-M    …(1)

计算自(电)感L的等式为：

L＝21(log_e(21/R)-1+R/)  [nH]…(2)

计算互(电)感M的等式为：

M＝21(oge(21/D)-1+D/)    [nH]…(3)

其中1＞R，1＞D

    ：总线长度[cm]

   R：自几何距离平均值[cm]

   D：互几何距离平均值[cm]

在图19所示的回返方形总线中距离R和D由下列等式(4-1)和(4-2)得到：

R＝0.2235(a+b)(近似等式)           …(4-1)

log_eD＝1/2((c+2a)/a)u·log_eRc+2a

       -((c+a)/a)²·log_eRc+a

       +1/2(c+a)·log_eR_c  …(4-2)

这里，Rc+2a：尺寸为b和(C+2a)的方框的自几何距离平均值；

      Rc+a：尺寸为b和(C+a)的方框的自几何距离平均值；

      Rc：尺寸为b和c的方框的自几何距离的平均值。

从上面等式可知，图19中所示的回返方形总线的有效电感Leff为：

Leff＝2(L-M)＝4l·loge(D/R)    [nH]…(5)

也就是说，从等式(5)可理解，为减小有效电感leff，自几何距离平均值R应做得较大。实际上，总线的同一平面应做得较宽。另外，还可以理解，互几何距离平均值应做得较小。实际上，回返总线的间隙应做得较小。

另外，导体可这样构造，即消除由导体中电流流动产生的磁场。

近来已有增大GTO的容量的趋势。另外，在GTO中同时寻求高压和大电流特性。在选择缓冲二极管时，为消除GTO阳极电压的不必要负峰，必需使用具有小的恢复电荷量Qr的高速二极管。这类高速二极管为直接拧在散热片上的栓柱型二极管或由螺栓安装在散热片上的三角基座型二极管。但是，由于这些类型的二极管具有小的容量，为应付GTO的高压和大电压趋向，这些二极管通过串联连接来使用。

在图17中所示的GTO和缓冲电路的现有组装结构的情况下，串联的二极管的数量为两个，两个三角基座型高速二极管用作缓冲二极管2。在这种情况下，在三角基座型二极管2A和2B的每一个中，一个电极为安装表面，二极管以此表面安装至冷却体上，另一电极为弯曲端。因此，当分别将导体8a和导体8b及8c连至缓冲二极管2A和2B时，几乎不可能期望有互电感，此互电感起到抵消导体8a和导体8b及8c的自电感的作用。换句话说，导体8a和导体8b及8c不能按下述方式组成：导体8a和导体8b及8c平行设置，流经导体8a和导体8b及8c的电流的方向相反。此外，两个二极管2A和2B是串联的，因此缓冲电路的导体环变大，这导至形成低电感结构更加困难。不必说，由于大电压趋势使得必需维持相应的耐压能力。由于这种绝缘设计，使得系统的大尺寸难以避免。因此，GTO和缓冲电路的组装结构的低电感更难以实现。

以下说明GTO和多个并联的缓冲电路的组装结构的工作原理。当GTO关断时，电流达到几千安，此时电流的时间变化达到几千安/微秒。因此，缓冲电路的分路失衡显著地影响组成缓冲电路的各部分的分享电压。假如缓冲电路的布局是不对称的。电流容易流入具有小电路电感的缓冲电路中。因此，大电流流入此缓冲电路中的缓冲电容器，并容易地增大了这个缓冲电容器的充电电压。结果，此缓冲电路的缓冲二极管的正向恢复电压也会增大。另一方面，在具有大的电路电感的电路中流动的电流小。但是，由于电路电感大，由此缓冲电路产生的电压是高的。因此，两个缓冲电路电压均变得较高，结果使它们达到平衡。因此，虽然缓冲电路是精确一致地并联的，但仍不能实现尖峰电压VDsp的有效降低。

图20是现有组装结构的另一个例子，其中，缓冲二极管2直接装在GTO的散热片6j的侧面上。与图17相比，导体的连接距离更短。但是，在这种情况下，由于导体的结构，抵消自感的互感是小的。因此，由导体产生的有效电感没有变小。

因此，本发明的一个目的是要提供自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，它可以降低自关断开关器件关断时产生的尖峰电压。

本发明的另一目的是要提供自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，它可减小此组装结构的电感，从而降低尖峰电压。

本发明的再一目的是要提供自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，它可以做成小的体积。

本发明的又一目的是要提供自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，它可最大限度地利用自关断开关器件的容量。

本发明的这些和其它目的是通过提供自关断开关器件和与之并联的缓冲电路的组装结构实现的。缓冲电路至少由一缓冲二极管和一缓冲电容器的串联电路构成。组装结构包括自关断开关器件、缓冲二极管和缓冲电容器。组装结构还包括导电散热片，其上安装自关断开关器件的第一表面和缓冲二极管的第一表面，用于冷却自关断开关器件和缓冲二极管，并用于连接自关断开关器件的第一表面和缓冲二极管的第一表面。组装结构进一步包括第一导体、第二导体和绝缘隔板，第一导体上安装缓冲二极管的第二表面，此第二表面与缓冲二极管的第一表面是对置的，用于连接缓冲二极管的第二表面和缓冲电容器的第一端，第二导体平行于第一导体设置，用于连接缓冲电容器的第二端和自关断开关器件的与其第一表面对置的第二表面，绝缘隔板设置在第一导体和第二导体之间，用于绝缘隔离第一导体和第二导体。

根据本发明的一个方面，可提供自关断开关器件和第一缓冲电路及第二缓冲电路的组装结构，第一和第二缓冲电路与自关断开关器件并联。第一缓冲电路至少由第一缓冲二极管和第一缓冲电容器的串联电路构成，第二缓冲电路至少由第二缓冲二极管和第二缓冲电容器的串联电路构成。组装结构包括自关断开关器件、第一缓冲二极管、第一缓冲电容器、第二缓冲二极管和第二缓冲电容器。组装结构还包括导电散热片，其上安装自关断开关器件的第一表面、第一缓冲二极管的第一表面和第二缓冲二极管的第一表面，用于冷却自关断开关器件和第一及第二缓冲二极管，并用于连接自关断开关器件的第一表面和第一及第二缓冲二极管的第一表面。组装结构进一步包括第一导体、第二导体和第一绝缘隔板，在第一导体上安装第一缓冲二极管的与其第一表面对置的第二表面，用于连接第一缓冲二极管的第二表面和第一缓冲电容器的第一端，第二导体与第一导体平行设置，用于连接第一缓冲电容的第二端和自关断开关器件的与其第一表面对置的第二表面。第一绝缘隔板设置在第一导体与第二导体之间，用于绝缘隔离第一导体和第二导体。组装结构还包括第三导体、第四导体和第二绝缘隔板，在第三导体上安装第二缓冲二极管的与其第一表面对置的第二表面，用于连接第二缓冲二极管的第二表面和第二缓冲电容器的第一端，第四导体与第三导体平行设置，用于连接第二缓冲电容器的第二端和自关断开关器件的与其第一表面对置的第二表面，第二绝缘隔板设置在第三导体和第四导体之间，用于绝缘隔离第三导体和第四导体。

根据本发明的另一方面，可提供自关断开关器件和多个缓冲电路的组装结构，多个缓冲电路与自关断开关器件并联。每一缓冲电路至少由一缓冲二极管和一缓冲电容器的串联电路构成。组装结构包括自关断开关器件、多个缓冲二极管和多个缓冲电容器。组装结构还包括导电散热片，其上安装自关断开关器件的第一表面和每一缓冲二极管的第一表面，用于冷却自关断开关器件和缓冲二极管，并用于连接自关断开关器件的第一表面和缓冲二极管的第一表面。组装结构进一步包括多个第一导体、多个第二导体和多个绝缘隔板，在每一第一导体上分别安装缓冲二极管之一的第二表面，此第二表面与缓冲二极管之一的第一表面对置，以用于连接缓冲二极管之一的第二表面和缓冲电容器之一的第一端，每一第二导体分别并行于第一导体中的一个设置，用于连接缓冲电容器之一的第二端和自关断开关器件的与其第一表面对置的第二表面，每一绝缘隔板设置在第一导体中的一个与第二导体中的一个之间，分别用于绝缘隔离第一导体中的一个和第二导体中的一个。

结合附图并参照以下的详细说明，将能更方便和更全面地理解本发明及其许多优点，附图中：

图1A为显示根据本发明的第一实施例的GTO和缓冲电路的组装结构的示意图；

图1B为图1A中所示的组装结构的电路图；

图2为根据本发明的第二实施例的组装结构的电路图；

图3为图2中所示的组装结构的示意图；

图4A为显示根据本发明的第三实施例的组装结构的示意图；

图4B为图4A所示的组装结构的电路图；

图4C为根据本发明的第四实施例的组装结构的电路图；

图5为显示根据本发明的第五实施例的组装结构中的绝缘隔板和导体的关系的示意图；

图6为显示根据本发明的第五实施例的变形的组装结构中绝缘隔板和导体的关系的示意图；

图7为显示根据本发明的第六实施例的组装结构中绝缘隔板和导体的关系的示意图；

图8为根据本发明的第七实施例的NPC型GTO倒相器的一个臂的组装结构的顶视图；

图9为沿图8中的线Z-Z获得的一个臂的剖面图；

图10为显示图8和9中所示的臂的实际布线的电路图；

图11为显示沿图8中的线A-A获取的GTO叠置单元50a的组装结构的侧视图；

图12为显示沿图8中的线B-B获取的GTO叠置单元50b的组装结构的侧视图；

图13为显示沿图8中的线C-C获取的GTO叠置单元50c的组装结构的侧视图；

图14为显示沿图9中的线D-D获取的GTO叠置单元50D的组装结构的侧视图；

图15为显示根据本发明的第八实施例的GTO和缓冲电路的组装结构的示意图；

图16为GTO和缓冲电路的电路图；

图17为显示图16所示电路的现有组装结构的示意图；

图18为显示在GTO关断时的电流、电压和缓冲电流的波形图；

图19为显示用于计算电感的模型回返导体的示意图；

图20为显示图16所示的电路的另一种现有组装结构的示意图。

现参照附图，其中在各附图中相同参考数字表示相同或相应的部件，下面将描述本发明的实施例。

图1A是根据本发明的第一实施例的GTO和缓冲电路的组装结构的示意图。

图1B为图1A中示出的组装结构的电路图。在图1B中，缓冲电路由缓冲二极管18、与缓冲二极管18并联的缓冲电阻器12和与缓冲二极管18串联的缓冲电容器11组成，以便在GTO1的阳极和阴极是设置旁路。缓冲电路吸收浪涌电压并抑制GTO1断开过程中产生的OFF状态电压的上升速率。另外，GTO1由栅极驱动电路5控制，后者用于向GTO1提供ON和OFF信号。

在图1A中，组装结构由GTO叠置件9、缓冲二极管叠置件10、缓冲电容器11和缓冲电阻器12组成。缓冲电阻器12由串联的四个电阻器12A、12B、12C和12D组成。

GTO叠置件9包括：GTO1；散热片13a，其上安装GTO1的阴极侧；绝缘座14a，它安装在散热片13a的与安装GTO1的表面相反的表面上；基座15，它安装在绝缘座14a的与安装散热片13a的表面相反的表面上；散热片13b，其上安装GTO1的阳极侧；绝缘座14b，它安装在散热片13b的与安装GTO的表面相反的表面上；压板16，它安装在绝缘座14b的与安装散热片13b的表面相反的表面；以及支柱17，它连接基座15和压板16。

缓冲二极管叠置件10包括：缓冲二极管18；散热片13a，其上安装缓冲二极管18的阴极侧；薄板导体19a，其上安装缓冲二极管18的阳极侧；绝缘隔板20，其上安装导体19a；薄板导体19b，它安装在绝缘隔板20的与安装导体19a的表面相反的表面上；薄板导体19c，它安装在绝缘隔板20表面上的导体19b之上；绝缘座14c，它安装在导体19c的与安装绝缘隔板20的表面相反的表面上；压板21，它安装在绝缘座14c的与安装导体19c的表面相反的表面上；以及支柱22，它连接散热片13a和压板21。

散热片13a还起到导体作用，它半GTO1的阴极连至缓冲二极管18的阴极。安装在缓冲二极管18的阳极上的导体19a连至缓冲电容器11的一端上。导体19b连至缓冲电容器11的另一端。导体19c连至散热片13b，后者还起导体作用并在其上。安装GTO1的阳极。由四个电阻器12A-12D组成的缓冲电阻器12的一端通过导体19d连至散热片13a，另一端通过导体19c连至导体19a。

虽然未示出，但在电流容量大且缓冲电路导体导体宽度由其与组装结构的关系限制的情况下，导体19a、19b和19d的厚度不做大。而是对导体19a、19b和19c中的每一个来说，采取这样的结构，其中，使用多个薄导体片，并式这些导体之间插装很薄的薄膜。

通过采用这类组装结构，缓冲电路电流的回路的相互间距可缩短至绝缘隔板20的实绝缘距离，即绝缘隔板20的厚度。按此方式，上述等式式2)中的相对几何距离平均值D可降至最小。另外，由于自几何距离平均值R通过将导体19a和19b做薄且成板状而增大，互感M可增至最大。按这些方式，有效电感Leff可降至最小。此外，由于GTO中的电流的频率高，电流因趋肤效应而在导体表面上流动。因此，就此转换系统的效率而言，薄导体还适于这一用途。

下面参照附图说明本发明的第二实施例。图2是GTO和双并联缓冲电路的电路图。图3是根据本发明的第二实施例的图2所示电路的组装结构的示意图。

如图2和3所示，在此实施例的组装结构中，两缓冲电路并联连至GTO1。另外，在每一缓冲电路中，设有两个并联的缓冲电容器11。缓冲二极管叠置件10、并联的缓冲电容器11和缓冲电阻器12分别对称地设置在作为中心的GTO叠置件9的两侧。

除了散热片13a为GTO叠置件9和两个缓冲二极管叠置件10所共用之外，GTO叠置件9和每一缓冲二极管叠置件10本身具有与第一实施例中相同的结构。因此，在两个缓冲电路中，由于散热片13a和导体19a、19b及19c，电路具有相同导体电阻和相同导体连接距离。

通过采用这种组装结构，各并联缓冲电路的电阻和电路电感可做成一致的。因此，在各缓冲电路中流动的电流及其时间变化成为相等的。按此方式，主要的四个电压分量，即各缓冲电容器11的充电电压、在各缓冲电路中由电感产生的电压、各缓冲二极管18的正向恢复电压和在各缓冲电路中由于电阻分量引起的压降，将分别在两缓冲电路中平衡于其最小电压值。因此，可有效地降低尖峰电压Vdsp。

下面参照图4A和4B说明本发明的第三实施例。

图4A是根据本发明的第三实施例的组装结构的示意图。图4A的电路图示于图4B中。应注意的是，在第三实施例中，在每一缓冲电路中设有一个缓冲电容器11。

如图4A所示，在此实施例的组装结构中，两个缓冲电路与GTO1并联设置。相应的缓冲二极管叠置件10、缓冲电容器11和缓冲电阻器12排列置位于GTO叠置件9的一侧。

除散热片13a是GTO叠置件9和两个缓冲二极管叠置件10共用的以及导体19c是两个缓冲二极管叠置件10共用的之外，GTO叠置件9和每一缓冲二极管叠置件10本身具有与第一实施例中相同的结构。因此，在两个缓冲电路中，由于散热片13a和导体19a、19b和19c，电路具有相同的导体电阻和相同的导体连接距离。

通过采用这种组装结构，此实施例的效果与第二实施例是相同的。

下面参照附图说明本发明的第四实施例。图4c为GTO1和六个并联缓冲电路的电路图。每一缓冲电路由缓冲二极管18、缓冲电容器11和缓冲电阻器12组成。图4c还示出GTO1和六个缓冲电路的组装结构的透视示意图。如图4c中所示，六个缓冲电路分别以GTO1为中心布置于点对称位置上。虽然图中未示出，但每一缓冲电路是按图1中所示的第一实施例中的方式组装的。因此，缓冲二极管18、缓冲电容器11和缓冲电阻器12分别以GTO1为中心接点对称位置布置于这个包括GTO1和六个并联缓冲电路的组装结构中。因此，在各缓冲电路中的连接导体具有相同的导体距离和导体电阻。

下面参照附图说明本发明的第五实施例图5示出在根据本发明的第五实施例的GTO和缓冲电路的组装结构中绝缘隔板与导体间的关系。

当本发明用于高压系统时会产生以下问题。

施于GTO的电压加到组成缓冲电路的导体上。因此，在由缓冲电容器一端至GTO的连接导体、由缓冲二极管至GTO的连接导体和由缓冲二极管至缓冲电容器的连接导体之间的电压差分别与施于GTO上的最大电压相同。即，这些电压差达到几千伏。

当本发明用于高压系统以实现低电路电感时，缓冲电路导体靠近布置并相互平行。但是；在高压情况下，缓冲电路导体变成尖端电极，结果导致场强增高。因此，会产生电晕放电现象，导致有机绝缘材料变劣，最坏情况下会导致诸如绝缘击穿和短路之类的损坏。

另外，由于在互相面对的导体中流动的电流的方向是相反的，电磁力变成排斥力并起到从绝缘隔板上剥离导体的作用。为此，在导体与绝缘隔板之间局部地形成空气夹层，并形成具有不同介电常数的空间。因此，那些部分的电场值增大并最终导致电晕放电。

如果缓冲电路导体间的间隙做得较宽，用以作为减小电场的措施，这会导致电感增大。

因此，在第五实施例中采取了这样的处理方法，即，通过卷曲导体边缘构成电场张驰(relaxation)屏蔽。

在图5中，组装结构中的两个相互面对的薄板导体19a和19b的端部分别卷曲，如参考数字24所示。夹在两薄板导体19a和19b之间的绝缘隔板20比导体19a和19b的每一个都要宽。其特征在于，相互面对的导体19a和19b之间的绝缘是通过沿绝缘隔板20的表面和绝缘隔板20的实绝缘厚度大的蠕动绝缘距离L调整的。

如图6中所示，作为此实施例的一种变形，还可采用这样的结构，其中，在两薄板导体19a和19b的端部分别通过焊接或类似手段安装有圆柱25，作为屏蔽。

按此方式，即使在高压电路中，也可设置具有好的耐压特性和低电感的GTO和缓冲电路的组装结构。

下面参照附图说明本发明的第六实施例。图7示出在根据第六实施例的GTO和缓冲电路的组装结构中绝缘隔板和导体之间的关系。

如图7所示，夹置于两薄板导体19a和19b之间的绝缘隔板20比导体19a和19b的每一个都要宽。在绝缘隔板20的两面上靠近导体19a和19b端部的位置处分别设有半柱形槽26。在绝缘隔板20的与导体19a和19b接触的部分上及半柱形槽26中涂有导电漆27。其特征在于，相互面对的导体19a和19b之间的绝缘是通过沿绝缘隔板20的表面和绝缘隔板20的层间绝缘厚度大的蠕动绝缘距离L调整的。

按此方式，即使在高压电路中，也可设置具有好的耐压特性和低的电感的GTO和缓冲电路的组装结构。

下面参照图8-14说明本发明的第七实施例。图8为作为GTO摸块构成的NPC(中性点钳位)型GTO倒相电路的一个臂的顶视图。图9为沿图8中的线Z-Z获取的一个臂的剖视图。

在图8和9中，一个臂包括：四个GTO，每一个带有第一实施例所示的组装结构中的缓冲电路；回转(wheeling)二极管；p极电路总线31p；N极主电路总线31N；Ac(交流)总线31AC；中性点总线31PN；导体31和门单元32。图109示出图8和9中所示的臂的实际布线。

下面采用图11-14详细说明GTO叠置单元50a、50b、50c和50d中的每一个，图11-14分别示出图8所示的一个臂的剖视图。

图11为显示沿图8中的线A-A获取的剖面上的GTO叠置单元50a的组装结构的侧视图。

在GTO叠置单元50a中，GTO叠置件9a包括顺序叠置的绝缘座14aa、水冷散热片13aa、GTO1a、水冷散热片13ba、回转二极管33a、水冷散热片13ca和绝缘座14ba。这些部件由作为叠置框架部分的基座15a、压板16a和支柱17a固定。另外，缓冲二极管叠置件10a包括相叠置的散热片13aa、缓冲二极管18a、导体19aa、绝缘隔板20a、导体19ba、导体19ca和绝缘座14ca。这些部件由压板21a和支柱22a固定。在此GTO叠置单元50a中，GTO1a的极性是这样设计的，即阴极在上，阳极在下。缓冲二极管18a也是阴极在上阳极在下。回转二极管33a也是上为阴极下为阳极。缓冲电容器11a和缓冲电阻器12a的设置和连接与第一实施例相同。

图12为显示沿图8中的线B-B获得的剖面上的GTO叠置单元50b的组装结构的侧视图。

在GTO叠置单元50b中，GTO叠置件96包括顺序叠置的绝缘座14ab、水冷散热片13db、中性点钳位二极管34b、水冷散热片13ab、GTO1b、水冷散热片13bb、回转二极管33b、水冷散热片13cb和绝缘座14bb。这些部件由作为叠置框架部分的基座15b、压板16b和支柱17b固定。另外，缓冲二极管叠置件10b包括叠置的散热片13ab、导体19ab、绝缘隔板20b、导体19bb、缓冲二极管18b、导体19cb、散热片13cb和绝缘座14cb。这些部件由压板21b和支柱22b固定。另外，中性点钳位二极管34b由水冷散热片13ab冷却，GTO1b的极性由其与主电路总线的连接关系确定。如图中所示，由于GTO1b是以阴极在上阳极在下方式安装的，因此回转二极管33b为阴极在上阳极在下。在这种情况下，由于绝缘隔板20b置于其间，缓冲二极管18b难以由水冷散热片13ab冷却，故缓冲二极管18b采用水冷散热片13cb冷却。另外，钳位二极管34b和缓冲二极管18b分别以上为阴极下为阳极方式安装。缓冲电容器11b和缓冲电阻器12b的设置和连接也与第一实施例相同。

图13为显示沿图8中的线C-C获取的剖面上的GTO叠置单元50C的组装结构的侧视图。

在GTO叠置单元50c中，GTO叠置件9C包括顺序叠置的绝缘座14ac、水冷散热片13dc、中性点钳位二极管34c、水冷散热片13ac、GTO1C、水冷散热片13bc、回转二极管33c、水冷散热片13cc和绝缘座14bc。这些部件由作为叠置框架部分的基座15c、压板16c和支柱17c固定。另外，缓冲二极管叠置件10c包括叠置的散热片13ac、导体19ac、绝缘隔板20c、导体19bc、缓冲二极管18c、导体19cc、散热片13cc和绝缘座14cc。这些部件由压板21c和支柱22c固定。另外，中性点钳位二极管34c由水冷散热片13ac冷却，GTO1c的极性由其与主电路总线的连接关系决定。如图中所示，由于GTO1C是以阳极在上阴极在下方式安装的，故回转二极管33C的阳极在上阴极在下。在这种情况下，由于绝缘隔板20C置于其间，缓冲二极管18c难以由水冷散热片13ac冷却，故缓冲二极管18c采用水冷散热片13cc冷却。此外，钳位二极管34c和缓冲二极管18c分别以阳极在上阴极在下方式安装。缓冲电容器11C和缓冲电阻器12C的设置和连接也同第一实施例。

图14为显示沿图8中的线D-D获取的剖面上的GTO叠置单元50d的组装结构的侧视图。在GTO叠置单元50d中，GTO叠置件9d包括顺序叠置的绝缘座14ad、水冷散热片13ad、GTO1d、水冷散热片13bd、回转二极管33d、水冷散热片13cd和绝缘座14bd。这些部件由作为叠置框架部分的基座15d、压板16d和支柱17d固定。另外，缓冲二极管叠置件10d包括叠置的散热片13ad、缓冲二极管18d。导体19ad、绝缘隔板20d、导体19bd、导体19cd和绝缘座14cd。这些部件由压板21d和支柱22d固定。在此GTO叠置单元50d中，GTO1d的极性是这样设计的，即阳极在上阴极在下。缓冲二极管18d也是阳极在上阴极在下。回转二极管33d也是上为阳极下为阴极。缓冲电容器11d和缓冲电阻器12d的设置和连接也同第一实施例。

按此方式，此实施例的特征在于包括用于相应的GTO1a、1b、1c和1d的GTO叠置单元50a、50b、50c和50d。在这些GTO叠置单元中，在每一GTO叠置单元的组装结构中，GTO、回转二极管和中性点钳位二极管的极性是这样确定，即缓冲二极管布置于散热片顶部。因此，GTO叠置单元结构并非总是相同的。此实施例的特征在于，GTO主电路结构具有以下述方式组成主电路的特点：为几个这种GTO叠置单元提供必要的绝缘、以横向对准方式将它们安装在框架中并用连接导体连接每一GTO叠置单元。

这种组装结构可通过将缓冲二极管、绝缘隔板和连接导体布置在相应水平面的位置中组成。因此，半导体器件和其它元件的装配和更换变得简单了。例如，当要更换GTO叠置单元50a的缓冲二极管18a时，可通过以下方式很容易地更换缓冲二极管18a：放松其中紧固缓冲二极管18a的缓冲二极管叠置件10a、向上取下压板21a并取下导体，对于缓冲电路的其它部件依次类推。

同样的更换也适于GTO。尤其是，在大容量系统情况下，系统中各叠置部分的重量变得更大时，可方便地进行装配和更换。

图15示出第八实施例。在前面的实施例中描述的GTO和缓冲电路的组装结构中，GTO叠置单元中的每一叠置件已竖直定位。但是，在此实施例中，组装结构是这样的：每一叠置件在GTO叠置单元中水平设置，第一实施例的组装结构被水平布置并用叠置支撑件35支撑。叠置支撑件35用于支撑叠置件，因为它很重。

在此实施例中，每一叠置件均是水平布置的。因此，此实施例与前面的实施例中所述的竖直布置的叠置件具有相同的效果。

在上述实施例中，GTO被用作自关断开关器件。但本发明不局限于这些实施例。本发明还可用于这样的情况，即其中IGBT或相同器件被用作自关断开关器件。

如上所述，根据本发明，可提供降低了缓冲电路的有效电感的自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，这对于降低在GTO电流迅速减小(即，缓冲电路电流迅速增大)的下降时间内产生的尖峰电压Vdsp是重要的。按此方式，可充分地利用自关断开关器件的容量。另外，低电感结构实现了自关断开关器件和缓冲电路的组装结构的小型化。结果，可实现具有高性能的转换系统的小型化。

再者，根据本发明，即使在高压系统情况下，也可实现能减小缓冲电路的有效电感的自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，同时维持耐压能力。

显然，按上述教导，本发明的多种修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可按照与这里描述的特定方式不同的方式实施。

Claims (9)

1.一种自关断开关器件和缓冲电路的组装结构，所述缓冲电路与所述自关断开关器件并联，所述缓冲电路至少由一缓冲二极管和一缓冲电容器的串联电路构成，所述组装结构包括：

所述自关断开关器件；

所述缓冲二极管；

所述缓冲电容器；

导电散热片，其上安装所述自关断开关器件的第一表面，并且安装所述缓冲二极管的第一表面，用于冷却所述自关断开器件和所述缓冲二极管，并中接所述自关断开关器件的所述第一表面和所述缓冲二极管的所述第一表面；

第一导体，其上安装所述缓冲二极管的第二表面，所述第二表面与所述缓冲二极管的所述第一表面是对置的，用于连接所述缓冲二极管的所述第二表面和所述缓冲电容器的第一端；

第二导体，与所述第一导体平行设置，用于连接所述缓冲电容器的第二端和所述自关断开关器件的第二表面，所述第二表面与所述器件的所述第一表面相对置；和

绝缘隔板，设置于所述第一导体与所述第二导体之间，用于绝缘隔离所述第一导体和所述第二导体。

2.自关断开关器件和第一缓冲电路及第二缓冲电路的组装结构，所述第一和第二缓冲电路与所述自关断开关器件并联，所述第一缓冲电路至少由第一缓冲二极管和第一缓冲电容器的串联电路构成，所述第二缓冲电路至少由第二缓冲二极管和第二缓冲电容器的串联电路构成，所述组装结构包括：

所述自关断开关器件；

所述第一缓冲二极管；

所述第一缓冲电容器；

所述第二缓冲二极管；

所述第二缓冲电容器；

导电散热片，其上安装所述自关断开关器件的第一表面所述第一缓冲二极管的第一表面和所述第二缓冲二极管的第一表面，用于冷却所述自关断开关器件和第一及第二缓冲二极管，并用于连接所述自关断开关器件的所述第一表面的所述第一及第二缓冲二极管的所述第一表面；

第一导体，其上安装所述第一缓冲二极管的第二表面，所述第二表面与所述第一缓冲二极管的所述第一表面相对置，用于连接所述第一缓冲二极管的所述第二表面和所述第一缓冲电容器的第一端；

第二导体，与所述第一导体平行设置，用于连接所述第一缓冲电容器的第二端和所述自关断开关器件的与其所述第一表面对置的第二表面；

第一绝缘隔板，设置在所述第一导体与所述第二导体之间，用于绝缘隔离第一导体和第二导体；

第三导体，其上安装所述第二缓冲二极管的第二表面，所述第二表面与所述第二缓冲二极管的所述第一表面相对置，用于连接所述第二缓冲二极管的所述第二表面和所述第二缓冲电容器的第一端；

第四导体，与所述第三导体平行设置，用于连接所述第二缓冲电容器的第二端和所述自关断开关器件的与其所述第一表面对置的所述第二表面；和

第二绝缘隔板，设置在所述第三导体和所述第四导体之间，用于绝缘隔离所述第三导体和所述第四导体。

3.根据权利要求2的组装结构，其中：

所述第一缓冲二极管和所述第一缓冲电容器分别以所述自关断开关器件为中心布置在与所述第二缓冲二极管和所述第二缓冲电容器对称的位置中；和

所述第一和第二导体与所述第三和第四导体具有相同的导体连接距离和导体电阻。

4.根据权利要求2的组装结构，其中：

所述第一缓冲二极管和所述第一缓冲电容器与所述第二缓冲二极管和所述第二缓冲电容器布置在所述自关断开关器件的一侧；

所述第二导体的一部分和所述第四导体的一部分由一共用导体构成；和

所述第一和第二导体与所述第三和第四导体具有相同的导体连接距离和导体电阻。

5.自关断开关器件和多个缓冲电路的组装结构，所述多个缓冲电路与所述自关断开关器件开联，每一所述缓冲电路至少由一缓冲二极管和一缓冲电容器的串联电路构成，所述组装结构包括：

所述自关断开关器件；

多个所述缓冲二极管；

多个所述缓冲电容器；

导电散热片，其上安装所述自关断开关器件的第一表面和第一所述缓冲二极管的第一表面，用于冷却所述自关断开关器件和所述缓冲二极管，并用于连接所述自关断开关器件的所述第一表面和所述缓冲二极管的所述第一表面；

多个第一导体，其中每一个上安装所述缓冲二极管的第二表面，所述第二表面与所述缓冲二极管中的一个的所述第一表面是对置的，用于分别连接所述缓冲二极管中的一个的所述第二表面和所述缓冲电容器中的一个的第一端；

多个第二导体，其中每一个与所述第一导体中的一个平行设置，用于分别连接所述缓冲电容器中的一个的第二端和所述自关断开关器件的与其所述第一表面对置的第二表面；和

多个绝缘隔板，每一隔板设置于所述第一导体中的一个与所述第二导体中的一个之间，用于分别绝缘隔离所述第一导体中的一个和所述第二导体中的一个。

6.根据权利要求5的组装结构，其中：

多个所述缓冲二极管和多个所述缓冲电容器分别以所述自关断开关器件为中心设置在点对称位置中；和

多个所述第一和第二导体分别具有相同的导体连接距离和导体电阻。

7.根据权利要求1的组装结构，其中：

所述第一导体的端部和所述第二导体的端部是卷曲的；

夹置于所述第一导体和第二导体之间的所述绝缘隔板比所述第一和第二导体中的每一个都要宽；

所述第一和第二导体之间的绝缘是通过沿所述绝缘隔板的表面和所述绝缘隔板的实绝缘厚度的蠕动绝缘距离调整的。

8.根据权利要求1的组装结构，其中：

所述第一导体端部设有圆柱；

所述第二导体端部设有圆柱；

夹置于所述第一和第二导体之间的所述绝缘隔板比所述第一和第二导体中的每一个都要宽；

所述第一和第二导体之间的绝缘是通过沿所述绝缘隔板的表面和所述绝缘隔板的实绝缘厚度的蠕动绝缘距离调整的。

9.根据权利要求1的组装结构，其中：

在所述绝缘隔板两表面上，在所述第一和第二导体的端部外侧分别设有半柱形槽；

在所述半柱形槽中及所述绝缘隔板与所述第一和第二导体之间，涂敷导电漆；和

夹置于所述第一和第二导体之间的所述绝缘隔板比所述第一和第二导体中的每一个都要宽；

所述第一和第二导体之间的绝缘是通过沿所述绝缘隔板的表面和所述绝缘隔板的实绝缘厚度的蠕动绝缘距离调整的。

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