CN115580104A - 一种开关串联的模组 - Google Patents

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吴彤
张军明
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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，旨在提供一种开关串联的模组。包括多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构、散热部件和外壳；驱动采样电路位于功率电路上层，经由驱动端子和采样端子和功率电路电连接，功率电路包括多个串联开关和均压电路，控制电路位于驱动采样电路上层，经由控制端子和驱动采样电路电连接，绝缘结构位于功率电路下层，经由焊料和多个串联开关电耦接，散热部件位于绝缘结构下层，经由槽孔与绝缘结构机械固定在一起，通过外壳将多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构和散热部件封装成模组，内部填充封装绝缘材料。本发明的模组可等效为单个高电压等级的器件，以弥补现有高压器件的空缺。

Description

一种开关串联的模组
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种开关串联的模组。
背景技术
由于单个功率开关管的耐压能力有限，在中高压应用场合通常需要将多个功率开关管串联使用。实现串联器件的可靠运行，需要确保相串联的功率器件之间的电压均衡。引起串联器件电压不均衡的主要原因包括器件动、静态参数差异和外部电路条件差异，如器件门极阈值电压、结电容、门极驱动信号延时、驱动电压等的差异。针对这一问题，现有的解决方法主要分为三类：无源缓冲电路、门极驱动补偿电路和有源电压箝位电路。
无源缓冲电路通应用比较广泛，能够实现对不均衡电压的粗略调节，但是其缓冲损耗明显、无源元件体积大并且影响功率器件的开关速度；门极驱动补偿电路控制效果较好，但是需要引入相关的电压采样电路和门极信号的驱动延迟或幅值补偿电路，增加的驱动回路的复杂性，且成本较高；有源电压箝位电路一般需要在功率器件两端并联一个电阻，以实现静态均压，箝位电容吸收的多余能量一般消耗在电阻上，这增加了电路的功率损耗。
与此同时，现有的模块直接串联使用时，需要对每个模块单独配置控制器，控制复杂；且每个模块均需配备单独的散热部件，因此散热部件的复用度低；若将模块直接串联后使用整机的功率密度普遍偏低，运用场景范围小。
现有的针对于模组的保护技术中，若运用传统的退饱和技术，检测延时过长，为避免开关噪声造成的误诊断，需要设置500ns-1us的空白时间；霍尔传感器的体积较大，不易于封装到模组内部；集成罗氏线圈技术设计复杂且成本较高，实现商用的可能性较小；SenseFET技术的成本也较高不具有普遍性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种开关串联的模组。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
根据本发明一实施例的一种开关串联的模组，包括：多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构、散热部件和外壳。所述驱动采样电路位于功率电路上层，经由驱动端子和采样端子和所述功率电路电连接，多个串联开关包括多个主开关，所述功率电路包括多个串联开关和均压电路，所述多个串联开关包括多个主开关，所述均压电路包括多个辅助开关，所述控制电路位于所述驱动采样电路上层，经由控制端子和驱动采样电路耦接，所述绝缘结构位于所述功率电路下层，经由焊料和所述多个串联开关电耦接，所述散热部件位于所述绝缘结构下层，经由槽孔与所述绝缘结构机械固定在一起，所述外壳将上述多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构和散热部件封装于所述模组内，所述模组内部填充封装绝缘材料。
进一步的，模组还包括：辅助电源和保护电路，所述辅助电源的供电端子与所述控制电路的供电端子耦接，所述保护电路位于所述功率电路的表面。
进一步的，所述绝缘结构包括支承基板、绝缘基板、多个第一覆铜和多个第二覆铜，绝缘基板包括第一表面和第二表面，多个第一覆铜以与多个主开关对置的方式直接接合于上述绝缘基板的第一表面，多个第二覆铜以与支承基板对置的方式直接接合于上述绝缘基板的第二表面。所述第一覆铜包括由铜形成的俯视面积大于或等于主开关的漏极金属面积的长方形导体膜。
进一步的，绝缘结构也可包括支承基板、多个第一绝缘基板、多个第一绝缘基板的第一覆铜、多个第一绝缘基板的第二覆铜、多个第一绝缘基板的第三覆铜、多个第二绝缘基板、多个第二绝缘基板的第四覆铜，第一绝缘基板之间留有缝隙，第一绝缘基板包括第一表面和第二表面，多个第一覆铜以与多个主开关对置的方式直接接合于所述第一绝缘基板的第一表面，配置于上述第一绝缘基板的第一表面的第三覆铜位于第一绝缘基板的边缘，第四覆铜以与第三覆铜对置的方式位于第二绝缘基板，第三覆铜与第四覆铜之间通过焊料电连接，多个第二覆铜配置于上述第一绝缘基板的第二表面，通过焊料与支承基板的一表面键合连接。第一覆铜为由铜形成的俯视面积大于或等于主开关的漏极金属面积的长方形导体膜，第二覆铜为由铜形成的俯视面积小于或等于支承基板俯视面积的长方形导体膜，第三覆铜和第四覆铜均为由铜形成的俯视面积小于或等于第二绝缘基板去除缝隙部分面积的一半的长方形导体膜。
进一步的，所述绝缘结构的底部设置有一支承基板，散热部件在对置于所述支承基板的槽孔位置开有槽孔，散热部件经由螺钉和所述支承基板接合，多个串联开关共用单个散热部件。所述模组的散热部件还可包括多个散热部件，各散热部件的宽度大于或等于支承基板的宽度，各散热部件的长度之和大于或等于支承基板的长度，各散热部件在对置于支承基板的槽孔位置开有槽孔，各散热部件经由螺钉和支承基板接合，部分串联开关共用一个散热部件。
进一步的，所述控制电路用于接收多个均压电路的各箝位电容的电压采样信号并对其按大小进行排序，控制电路给在所有电压采样信号中为最大或排在前m的所述电压采样信号对应的一个或m个辅助开关发送开通指令，给其余的辅助开关发送关断指令，所述控制电路同时控制多个串联开关和多个均压电路，m为大于或等于1的自然数。
进一步的，所述保护电路包括TMR电流检测芯片，保护电路贴合于功率电路的第一表面，位于功率电路的功率电流走线的正上方，非侵入式检测流经主开关的电流，检测到电流超过阈值时，向控制电路发送故障信号，控制电路关停模组内所有主开关和辅助开关。
进一步的，所述功率电路包括一个高压侧端子和一个低压侧端子，所述高压侧端子和所述低压侧端子之间串联多个主开关，高压侧端子与低压侧端子之间具有一耐压值，单个模组扩展至N个模组串联时，所述耐压值也扩展至N倍，所述N为正自然数。
与现有技术方案相比，本发明的有益效果是：本发明所述模组将串联开关并集成在一个模组内部，该模组可等效为单个高压器件，控制方法利用死区时间内的续流电流对箝位电容放电，不需要增加静态均压电阻，因此，实现串联开关均压带来的功率损耗极低；本发明所述控制方法单个模组控制电路同时控制所有串联器件，减小控制复杂度；本发明所述的模组内部集成保护，保护运用TMR电流检测技术，非侵入式检测电流信号，检测精度高，响应时间短，工作带宽高，提高器件串联模组运行的可靠性。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的开关串联的模组11的框图；
图2为根据本发明一实施例的开关串联的模组11的结构图；
图3为根据本发明又一实施例的开关串联的模组21的框图；
图4为根据本发明又一实施例的开关串联的模组21的结构图；
图5为根据本发明一实施例的功率电路108的结构图；
图6为根据本发明一实施例的均压电路20的电路原理图；
图7为根据本发明一实施例的均压电路20的电路原理图；
图8为根据本发明一实施例的均压电路20的电路原理图；
图9为根据本发明一实施例的均压电路20的电路原理图；
图10为根据本发明一实施例的驱动采样电路30与功率电路108装配的结构图；
图11为根据本发明一实施例的控制电路40与驱动采样电路30装配的结构图；
图12为根据本发明一实施例的控制电路40的控制流程图；
图13为根据本发明一实施例的绝缘结构50的一种结构图；
图14为根据本发明一实施例的绝缘结构50的另一种结构图；
图15为根据本发明一实施例的散热部件60的一种结构图；
图16为根据本发明一实施例的散热部件60的另一种结构图；
图17为根据本发明一实施例的辅助电源80的电路原理图；
图18为根据本发明一实施例的辅助电源80的结构图；
图19为根据本发明一实施例的保护电路90的结构图；
图20为根据本发明一实施例的多个模组串联工作的谐振电路原理图；
图21为根据本发明一实施例的多个模组串联工作的逆变电路原理图；
图22为根据本发明一实施例的多个模组串联工作的双有源桥电路原理图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用来举例说明，并不用来限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接于”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接于”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1为根据本发明实施例的开关串联的模组11的框图，图2为根据本发明实施例的开关串联的模组11的结构图。参照图1和图2，所述开关串联的模组11包括多个串联开关10、均压电路20、驱动采样电路30、控制电路40、绝缘结构50、散热部件60、外壳70。各串联开关两端均并联均压电路20，确保串联开关两端电压均衡，功率电路108包括多个串联开关10与均压电路20，驱动采样电路30位于功率电路108上层，给予多个串联开关10和均压电路20驱动信号以及对均压电路20进行电压采样，控制电路40位于驱动采样电路30正上方，根据驱动采样电路30采集到的电压对串联开关10和均压电路20进行驱动信号的分配；绝缘结构50耦接于功率电路108的正下方，确保功率电路的多个串联开关10之间相互绝缘；支承基板500耦接于绝缘结构50正下方，可提高模组的机械强度；散热部件60耦接于支承基板500正下方，增强模组的散热性能，使其具备导通大电流的能力；绝缘结构四周开有槽孔516，支承基板500、散热部件60和外壳70对置于绝缘结构槽孔516的位置也开有尺寸一致的槽孔517、槽孔601和槽孔518，铆钉贯穿槽孔516、517、601和518。上述多个串联开关10、均压电路20、驱动采样电路30、控制电路40、绝缘结构50依照上述空间构成置于外壳70内部，耦接于支承基板500正上方，外壳70内部填充封装绝缘材料，选择性覆盖多个串联开关10和均压电路20，也可选择性覆盖多个串联开关10、均压电路20和驱动采样电路30。
图3为根据本发明实施例的开关串联的模组21的框图，图4为根据本发明实施例的开关串联的模组21的结构图。参照图3和图4，与上述开关串联的模组11不同的是，开关串联的模组21还包括辅助电源80和保护电路90。辅助电源80包括供电端子830，与控制电路40的供电端子402直接连接，实现24V辅助电源供应，为控制电路40供电。保护电路90紧贴于功率电路108表面，测量流经多个串联开关10的电流，一旦超过阈值，保护电路90发送故障信号至控制电路40，关断所有串联开关10。
图5为根据本发明实施例的功率电路108的结构图。功率电路108，具有第一表面和第二表面。多个串联的主开关106位于上述功率电路108的上述第一表面；高压侧端子101和被施加比施加于高压侧端子101的电压低的电压的低压侧端子102、多个第一驱动端子103和多个第二驱动端子104位于上述功率电路108的上述第二表面。所述高压侧端子101和所述低压侧端子102之间串联多个主开关106(在本实施例中为6个)，每个主开关106两端均并联一个均压电路20，均压电路20包括多个辅助开关107和多个箝位电容115，均压电路20的辅助开关107的数目与上述多个串联开关10的主开关106的数目一致，均压电路20的箝位电容115的数目与上述多个串联开关10的主开关106的数目一致。主开关106的第一漏极112和辅助开关107的第二源极114直接电连接，主开关106的第一源极111和箝位电容115的正极109直接电连接，辅助开关107的第二漏极113和箝位电容115的负极110直接电连接。所述高压侧端子101与低压侧端子102之间具有一耐压值，单个模组11扩展至N个模组11串联时，所述耐压值也扩展至N倍，所述N为正自然数。
所述均压电路20的结构可以如图6所示，包括一个箝位电容115和一个辅助开关107。均压电路还可以是电阻在与辅助开关107串联耦接后，与二极管并联耦接，再与电容串联耦接的结构(如图7所示)，或者二极管与辅助开关107并联耦接后再与电阻、电容串联耦接的结构(如图8所示)，或者电阻、辅助开关107和电容串联耦接的结构(如图9所示)。在本实施例中，均压电路包括辅助开关107和箝位电容115。
图10为驱动采样电路30与功率电路108装配的结构图。上述多个串联开关10的各主开关106的第一驱动端子103、上述均压电路的各辅助开关107的第二驱动端子104、各箝位电容115的第一采样端子105分别与位于多个串联开关10顶部的驱动采样电路30的第三驱动端子301、第四驱动端子302、第二采样端子303电连接在一起，驱动采样电路30发送驱动信号控制，接收采样电压信号。
图11为驱动采样电路30与控制电路40装配的结构图。各驱动采样电路30的第二控制端子304分别与位于驱动采样电路顶部的控制电路40的第二控制端子401电连接在一起，控制电路40根据采样电压信号，分配各主开关106的驱动信号和各辅助开关107的驱动信号。
图12为根据本发明实施例的控制电路40的控制流程图。所述控制电路包括一个模组控制器300，在一个实施例中，所述模组控制器300可以为FPGA(现场可编程门阵列)芯片。模组控制器300用于接收多个(本实施例中为6个)均压电路20的各箝位电容115的电压采样信号vc并对其按大小进行排序，模组控制器300给所有主开关106发送驱动信号，控制其开通或关断，同时给所有电压采样信号中为最大或排在前m的所述电压采样信号对应的一个或m个辅助开关107发送开通指令，给其余的辅助开关107发送关断指令，m为大于或等于1的自然数。实现了一个控制电路同时控制多个串联开关10和多个均压电路20，减小控制复杂度。
图13、14为根据本发明实施例的绝缘结构50的结构图。图13为绝缘结构50的一种形式，包括绝缘基板501，具有第一表面502和第二表面503，所述绝缘结构50的底部设置有一支承基板500；配置于上述绝缘基板501的第一表面502的第一覆铜504包括由铜(Cu)构成的俯视面积略大于主开关106漏极金属面积的长方形导体膜，多个(本实施例中为6个)第一覆铜504以与多个主开关106对置的方式直接接合于上述绝缘基板501的第一表面，通过焊料与主开关106的漏极金属键合连接，确保多个主开关106之间的相互绝缘；配置于上述绝缘基板501的第二表面503的第二覆铜505为由铜(Cu)构成的俯视面积小于或等于支承基板俯视面积的长方形导体膜，多个(本实施例中为4个)第二覆铜505配置于上述绝缘基板501的第二表面503，通过焊料与支承基板500的第一表面506键合连接，提高模组的机械强度；主开关106产生的热经由绝缘基板501的第一覆铜504向绝缘基板501扩散，再经由绝缘基板501的第二覆铜505向支承基板500扩散，支承基板的材料可以是铜(Cu)，最后热量由支承基板500散出，增强开关串联的模组的散热能力；绝缘结构不局限于上述结构，如图14所示，绝缘结构可包括多个(本实施例中为4个)第一绝缘基板508，第一绝缘基板508之间留有缝隙，第一绝缘基板508具有第一表面509和第二表面510，所述绝缘结构50的底部设置有一支承基板500；配置于上述第一绝缘基板508的第一表面509的第一覆铜511为由铜(Cu)构成的俯视面积略大于主开关106漏极金属面积的长方形导体膜，多个(本实施例中为6个)第一覆铜511以与多个主开关106对置的方式直接接合于上述第一绝缘基板508的第一表面，通过焊料与主开关106的漏极金属键合连接；配置于上述第一绝缘基板508的第一表面509的第三覆铜513为由铜(Cu)构成的俯视面积小于或等于第二绝缘基板514去除缝隙部分面积的一半的长方形导体膜，多个(本实施例中为2个)第三覆铜513位于第一绝缘基板508的边缘，直接接合于上述第一绝缘基板508的第一表面510，通过焊料与以与第一绝缘基板508的第三覆铜513对置配置于第二绝缘基板514的第四覆铜515连接，确保多个主开关106之间的相互绝缘，第四覆铜515以与第三覆铜513对置的方式位于第二绝缘基板514，第三覆铜513与第四覆铜515之间通过焊料电连接；多个(本实施例中为4个)第二覆铜512配置于上述第一绝缘基板508的第二表面510，通过焊料与支承基板500的第一表面506键合连接；配置于上述第一绝缘基板508的第二表面510的第二覆铜512为由铜(Cu)构成的俯视面积小于或等于支承基板俯视面积的长方形导体膜，多个(本实施例中为4个)第二覆铜512配置于上述第一绝缘基板508的第二表面，通过焊料与支承基板500的第一表面506键合连接，提高模组的机械强度。
图15为根据本发明实施例的如图1所示的散热部件60的结构图。散热部件60具有大于或等于支承基板500长度的长度(本实施例中散热部件60的长度等于支承基板500的长度)；散热部件60具有大于或等于支承基板500宽度的宽度；散热部件60在对置于支承基板500的槽孔517位置开有槽孔601，散热部件60经由螺钉和支承基板500接合，散热部件60与支承基板500之间经由导热硅脂材料填充，增强开关串联的模组的散热能力，实现了多个串联开关共用单个散热部件60；如图16所示，散热部件60不局限于上述结构，可包括多个子散热部件602(本实施例中为4个)，各子散热部件602的宽度大于或等于支承基板500宽度，各子散热部件602拼接后的长度之和大于或等于支承基板500的长度，各子散热部件602在对置于支承基板500的槽孔517位置开有槽孔601，各子散热部件602经由螺钉和支承基板500接合，部分串联开关共用一个子散热部件602。
图17和图18分别为根据本发明实施例的辅助电源80的电路原理图和结构图。辅助电源80包括原边电路801和副边电路802，原边电路801经由磁芯803和副边电路802接合，原边电路801包括输入电容804和开关805组成的桥式电路806、谐振网络807、变压器原边线圈808；副边电路802包括谐振电容809、变压器副边线圈810、整流桥811、输出电容812。在图18所示的辅助电源80的结构图中，辅助电源80包括原边电路801、副边电路802，原边电路801具有第一表面813和第二表面814，上述原边电路801的第一表面813经由绝缘性结合材料与第一绝缘片815接合，上述原边电路801的第二表面814经由绝缘性结合材料与第二绝缘片816接合，上述副边电路802的第一表面817经由绝缘性结合材料与第三绝缘片819接合，上述副边电路802的第二表面818经由绝缘性结合材料与第四绝缘片820接合；磁芯803包括第一磁芯821和第二磁芯822，磁芯803具有大于或等于6cm的长度(本实施例中为6cm)，确保原边电路801与副边电路802之间足够的爬电距离；原边电路801、副边电路802、第一绝缘片815、第二绝缘片816、第三绝缘片819和第四绝缘片820均开有相同面积且略大于与磁芯截面的长方形槽孔，第一磁芯821左端经由第一绝缘片815、原边电路801、第二绝缘片816的槽孔与第二磁芯822左端接合，第一磁芯821右端经由第三绝缘片819、副边电路802、第四绝缘片820的槽孔与第二磁芯822右端接合，第一磁芯821下表面经由绝缘性接合材料与第一绝缘片815和第三绝缘片819接合，第二磁芯822上表面经由绝缘性接合材料与第二绝缘片816和第四绝缘片820接合，提高磁芯803与原边电路801以及磁芯803与副边电路802之间的爬电距离，原边电路801具有的高压进线823经由绝缘外壳824的进线口825引入，高压进线823与进线口825之间通过绝缘性接合材料进行填充。原边电路801的槽孔826经由螺钉与绝缘外壳824腔内的左侧螺孔827接合，副边电路的槽孔828经由螺钉与绝缘外壳824腔内的右侧螺孔829接合；上述原边电路801、副边电路802、第一绝缘片815、第二绝缘片816、第三绝缘片819、第四绝缘片820和磁芯803被收纳配置于绝缘外壳824腔体内，封装绝缘材料(例如环氧树脂)浸入到腔体内，完全性固封上述原边电路801、副边电路802、第一绝缘片815、第二绝缘片816、第三绝缘片819、第四绝缘片820和磁芯803，提高辅助电源的绝缘性能和耐用性。
图19为根据本发明实施例的如图1所示的保护电路90的结构图。保护电路90包括TMR电流检测芯片901，保护电路90通过粘性材料贴合于功率电路108的第一表面，位于功率电路108功率电流走线的正上方，非侵入式检测流经主开关的电流，一旦检测到功率电流超过阈值时，向控制电路发送故障信号，控制电路关停模组内所有主开关和辅助开关。运用TMR电流检测技术，实现非侵入式检测电流信号，检测精度高，响应时间短，工作带宽高，提高器件串联模组运行的可靠性。
如图20所示实施例中，所述谐振电路包括开关串联的模组的桥式电路1100、谐振网络1102、变压器1103和整流桥1104，所述桥式电路1100包括第一桥臂210、第二桥臂220、第三桥臂230、第四桥臂240、第五桥臂250和第六桥臂260，第一桥臂包括模组11～1k1，模组11的高压侧端子与直流母线直接连接，模组11～1(k1-1)的低压侧端子与模组12～1k1的高压侧端子顺次连接，模组1k1低压侧端子与直流母线低压侧直接连接；第四桥臂包括模组41～4k4，模组41的高压侧端子与直流母线直接连接，模组41～4(k4-1)的低压侧端子与模组42～4k4的高压侧端子顺次连接，模组4k4低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第一桥臂和第四桥臂耦接于一公共端M1，第二桥臂包括模组21～2k2，模组21的高压侧端子与直流母线直接连接，模组21～2(k2-1)的低压侧端子与模组22～2k2的高压侧端子顺次连接，模组2k2低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第五桥臂包括模组51～5k5，模组51的高压侧端子与直流母线直接连接，模组51～5(k5-1)的低压侧端子与模组52～5k5的高压侧端子顺次连接，模组5k5低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第二桥臂和第五桥臂耦接于一公共端M2，第三桥臂包括模组31～3k1，模组31的高压侧端子与直流母线直接连接，模组31～3(k3-1)的低压侧端子与模组32～3k3的高压侧端子顺次连接，模组3k3低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第六桥臂包括模组61～6k6，模组61的高压侧端子与直流母线直接连接，模组61～6(k6-1)的低压侧端子与模组62～6k6的高压侧端子顺次连接，模组6k6低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第三桥臂和第六桥臂耦接于一公共端M3，所述桥式电路1100的三个公共端M1、M2和M3两两之间经谐振网络1102、变压器1103、整流桥1104连接至负载。直流侧母线低压侧与直流侧母线高压侧之间以直流母线低压侧为基准电位，两者之间具有一电压值，每个桥臂的单个模组扩展至N个模组串联时，所述电压值也扩展至N倍，所述N为正自然数，例如所述电压值为5kV以上的直流电压，当电压等级超过5kV时，每个桥臂的单个模组扩展至多个模组串联，即可实现系统电压等级的提升。
图21为根据本发明实施例的实现多个开关管串联工作的逆变电路原理图。所述逆变电路包括开关串联的模组的桥式电路1100和滤波器1101，所述桥式电路1100包括第一桥臂210、第二桥臂220、第三桥臂230、第四桥臂240、第五桥臂250和第六桥臂260，第一桥臂包括模组11～1k1，模组11的高压侧端子与直流母线直接连接，模组11～1(k1-1)的低压侧端子与模组12～1k1的高压侧端子顺次连接，模组1k1低压侧端子与直流母线低压侧直接连接；第四桥臂包括模组41～4k4，模组41的高压侧端子与直流母线直接连接，模组41～4(k4-1)的低压侧端子与模组42～4k4的高压侧端子顺次连接，模组4k4低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第一桥臂和第四桥臂耦接于一公共端M1，第二桥臂包括模组21～2k2，模组21的高压侧端子与直流母线直接连接，模组21～2(k2-1)的低压侧端子与模组22～2k2的高压侧端子顺次连接，模组2k2低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第五桥臂包括模组51～5k5，模组51的高压侧端子与直流母线直接连接，模组51～5(k5-1)的低压侧端子与模组52～5k5的高压侧端子顺次连接，模组5k5低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第二桥臂和第五桥臂耦接于一公共端M2，第三桥臂包括模组31～3k1，模组31的高压侧端子与直流母线直接连接，模组31～3(k3-1)的低压侧端子与模组32～3k3的高压侧端子顺次连接，模组3k3低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第六桥臂包括模组61～6k6，模组61的高压侧端子与直流母线直接连接，模组61～6(k6-1)的低压侧端子与模组62～6k6的高压侧端子顺次连接，模组6k6低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第三桥臂和第六桥臂耦接于一公共端M3，所述桥式电路1100的三个公共端M1、M2和M3两两之间经滤波器1101连接至负载，所述负载可为电网、电机或加热设备等交流源，所述低通滤波器包括滤波电感和滤波电容。直流侧母线低压侧与直流侧母线高压侧之间以直流母线低压侧为基准电位，两者之间具有一电压值，每个桥臂的单个模组扩展至N个模组串联时，所述电压值也扩展至N倍，所述N为正自然数，例如所述电压值为5kV以上的直流电压，当电压等级超过5kV时，每个桥臂的单个模组扩展至多个模组串联，即可实现系统电压等级的提升。
图22为根据本发明实施例的实现多个开关管串联工作的DAB(双有源桥)电路原理图。所述DAB电路包括开关串联的模组的桥式电路1100、电感1105、变压器1103和整流桥1104，所述桥式电路1100包括第一桥臂210、第二桥臂220、第三桥臂230、第四桥臂240、第五桥臂250和第六桥臂260，第一桥臂包括模组11～1k1，模组11的高压侧端子与直流母线直接连接，模组11～1(k1-1)的低压侧端子与模组12～1k1的高压侧端子顺次连接，模组1k1低压侧端子与直流母线低压侧直接连接；第四桥臂包括模组41～4k4，模组41的高压侧端子与直流母线直接连接，模组41～4(k4-1)的低压侧端子与模组42～4k4的高压侧端子顺次连接，模组4k4低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第一桥臂和第四桥臂耦接于一公共端M1，第二桥臂包括模组21～2k2，模组21的高压侧端子与直流母线直接连接，模组21～2(k2-1)的低压侧端子与模组22～2k2的高压侧端子顺次连接，模组2k2低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第五桥臂包括模组51～5k5，模组51的高压侧端子与直流母线直接连接，模组51～5(k5-1)的低压侧端子与模组52～5k5的高压侧端子顺次连接，模组5k5低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第二桥臂和第五桥臂耦接于一公共端M2，第三桥臂包括模组31～3k1，模组31的高压侧端子与直流母线直接连接，模组31～3(k3-1)的低压侧端子与模组32～3k3的高压侧端子顺次连接，模组3k3低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，第六桥臂包括模组61～6k6，模组61的高压侧端子与直流母线直接连接，模组61～6(k6-1)的低压侧端子与模组62～6k6的高压侧端子顺次连接，模组6k6低压侧端子与直流母线低压侧直接连接，上述第三桥臂和第六桥臂耦接于一公共端M3。所述桥式电路1100的三个公共端M1、M2和M3两两之间经电感1105、变压器1103、整流桥1104连接至负载。直流侧母线低压侧与直流侧母线高压侧之间以直流母线低压侧为基准电位，两者之间具有一电压值，每个桥臂的单个模组扩展至N个模组串联时，所述电压值也扩展至N倍，所述N为正自然，例如被输入5kV及以上的直流电压Vin。电压等级超过5kV时，可直接将每个桥臂的单个模组扩展至多个模组串联，即可实现系统电压等级的提升。
上述具体实例只是为了说明本发明的技术构思和应用特点，其目的在于让熟悉此领域的工程设计人员能够了解本发明的内涵并加以应用，但并不能因此限制本发明的保护范围。上述电路结构及其控制方法的细节在其执行过程中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种开关串联的模组，其特征在于，包括：多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构、散热部件和外壳；所述驱动采样电路位于功率电路上层，经由驱动端子和采样端子和所述功率电路耦接，所述功率电路包括多个串联开关和均压电路，所述多个串联开关包括多个主开关，所述均压电路包括多个辅助开关，所述控制电路位于所述驱动采样电路上层，经由控制端子和驱动采样电路耦接，所述绝缘结构位于所述功率电路下层，经由焊料和所述多个串联开关电耦接，所述散热部件位于所述绝缘结构下层，经由槽孔与所述绝缘结构机械固定在一起，所述外壳将上述多个串联开关、均压电路、驱动采样电路、控制电路、绝缘结构和散热部件封装于所述模组内，所述模组内部填充封装绝缘材料。
2.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，还包括辅助电源和保护电路，所述辅助电源的供电端子与所述控制电路的供电端子耦接，所述保护电路位于所述功率电路的表面。
3.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述绝缘结构包括支承基板、绝缘基板、多个第一覆铜和多个第二覆铜，绝缘基板包括第一表面和第二表面，多个第一覆铜以与多个主开关对置的方式直接接合于上述绝缘基板的第一表面，多个第二覆铜以与支承基板对置的方式直接接合于上述绝缘基板的第二表面。
4.如权利要求3所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述第一覆铜包括由铜形成的俯视面积大于或等于主开关的漏极金属面积的长方形导体膜。
5.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述绝缘结构包括支承基板、多个第一绝缘基板、多个第一绝缘基板的第一覆铜、多个第一绝缘基板的第二覆铜、多个第一绝缘基板的第三覆铜、多个第二绝缘基板、多个第二绝缘基板的第四覆铜，第一绝缘基板之间留有缝隙，第一绝缘基板包括第一表面和第二表面，多个第一覆铜以与多个主开关对置的方式直接接合于所述第一绝缘基板的第一表面，配置于上述第一绝缘基板的第一表面的第三覆铜位于第一绝缘基板的边缘，第四覆铜以与第三覆铜对置的方式位于第二绝缘基板，第三覆铜与第四覆铜之间通过焊料电连接，多个第二覆铜配置于上述第一绝缘基板的第二表面，通过焊料与支承基板的一表面键合连接。
6.如权利要求5所述的一种开关串联的模组，其特征在于，第一绝缘基板之间留有缝隙，第一覆铜为由铜形成的俯视面积大于或等于主开关的漏极金属面积的长方形导体膜，第二覆铜为由铜形成的俯视面积小于或等于支承基板俯视面积的长方形导体膜，第三覆铜和第四覆铜均为由铜形成的俯视面积小于或等于第二绝缘基板去除缝隙部分面积的一半的长方形导体膜。
7.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述绝缘结构的底部设置有一支承基板，散热部件在对置于所述支承基板的槽孔位置开有槽孔，散热部件经由螺钉和所述支承基板接合，多个串联开关共用单个散热部件。
8.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述绝缘结构的底部设置有一支承基板，所述模组包括多个散热部件，各散热部件的宽度大于或等于支承基板的宽度，各散热部件的长度之和大于或等于支承基板的长度，各散热部件在对置于支承基板的槽孔位置开有槽孔，各散热部件经由螺钉和支承基板接合，部分串联开关共用一个散热部件。
9.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述控制电路用于接收多个均压电路的各箝位电容的电压采样信号并对其按大小进行排序，控制电路给在所有电压采样信号中为最大或排在前m的所述电压采样信号对应的一个或m个辅助开关发送开通指令，给其余的辅助开关发送关断指令，所述控制电路同时控制多个串联开关和多个均压电路，m为大于或等于1的自然数。
10.如权利要求2所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述保护电路包括TMR电流检测芯片，保护电路贴合于功率电路的第一表面，位于功率电路的功率电流走线的正上方，非侵入式检测流经主开关的电流，检测到电流超过阈值时，向控制电路发送故障信号，控制电路关停模组内所有主开关和辅助开关。
11.如权利要求1所述的一种开关串联的模组，其特征在于，所述功率电路包括一个高压侧端子和一个低压侧端子，所述高压侧端子和所述低压侧端子之间串联多个主开关，高压侧端子与低压侧端子之间具有一耐压值，单个模组扩展至N个模组串联时，所述耐压值也扩展至N倍，所述N为正自然数。
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