CN201352765Y - 功率电子积木模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率电子积木模块，其包括至少一个中性点箝位连接的相位变换器电路。为了增加漏电感、元件易接近和功率电子积木模块的维修，每个相位变换器电路包括一个具有多个可控功率半导体开关(1)的堆栈(A)、一个具有多个箝位二极管(2)的堆栈(B)和一个具有多个二极管(3)的堆栈(C)，其中每个二极管(3)与相连接的可控功率半导体二极管(1)反并联连接。进一步地，每个相位变换器电路具有一个特殊外部连接的箝位电感，其中箝位电感彼此连接。

Description

功率电子积木模块

技术领域

本发明涉及功率电子学电路领域。它是基于根据独立权利要求前序部分所述的功率电子积木模块(power electronic building block)。

背景技术

具有紧压封装半导体(press pack semiconductor)的功率电子积木模块正在经历向机械化和功率集成化的更高水平的发展过程。

如果可以按照充分低的把开关过电压峰值限制在安全运行水平的电感值来实现漏电感，那么可以不需要dv/dt限制网络而使如集成门极换向晶闸管(IGCT)这样的快速开关器件工作。为了实现所述漏电感的水平，需要一种功率电子积木模块的半导体元件的紧凑配置。由于需要冷却装置和夹紧压力来保证稳定可靠的电流传导，因此不易获得所需的漏电感。此外，在功率电路维修的情况下，需要快速更换半导体元件。所有元件必须从侧面可触及，例如前侧。此外，目前新型变换器的发展基于模块单元，即上述功率电子积木模块(已为通用名称)。不需要打开整个冷却系统就可以更换功率电子积木模块必须是可能的。

发明内容

因此，本发明的技术问题在于实现避免上述缺陷的功率电子积木模块。

通过权利要求1的特征来解决该技术问题。在从属权利要求中限定了本发明的有利扩展方案。

根据本发明的功率电子积木模块包括至少一个连接在中性点箝位连接(neutral point clamped connection)中的相位变换器电路，其中每个相位变换器电路包括具有多个可控功率半导体开关的堆栈、具有多个箝位二极管的堆栈、具有多个二极管的堆栈，其中每个二极管与相关联的可控功率半导体开关反并联连接。而且，每个相位变换器电路具有箝位电感，尤其是外部连接，其中箝位电感彼此连接。

根据本发明的功率电子积木模块具有低的漏电感。而且，元件例如半导体元件从一侧很容易触及。因此，对于功率电子积木模块的维修，元件和/或整个相位变换器电路很容易更换。

这些以及进一步的目的、本发明的优势及特点将从下述结合附图对发明的优选实施例的详细说明而变得明显。

附图说明

在附图中：

附图1根据本发明的在中性点箝位连接的功率电子积木模块第一实施例的三维视图，

附图2根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的俯视图，

附图3根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的相位变换器电路的电路图，

附图4根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的水流图，

附图5根据本发明的在有源中性点箝位连接的功率电子积木模块第二实施例的三维视图，以及

附图6根据附图5的功率电子积木模块第二实施例的相位变换器的电路图。

在附图中使用的参考标记和其含义以简要的方式列在参考标记表中。原则上，附图中相同的参考标记表示同样的部分。所述实施例是表明本发明主题的一个例子，但是本发明并不局限于此。

具体实施方式

附图1示出了根据本发明的中性点箝位连接中的功率电子积木模块第一实施例的三维视图。附图2示出了根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的俯视图，附图3示出了根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的相位变换器电路的电路图，以及附图4示出了根据附图1的功率电子积木模块第一实施例的水流图。

根据附图1的功率电子积木模块一般包括至少一个连接在中性点箝位连接中的相位变换器电路，其中每个相位变换器电路包括具有多个可控功率半导体开关1的堆栈A、具有多个箝位二极管2的堆栈B、具有多个二极管3的堆栈C，其中每个二极管3与相关联的可控功率半导体开关1反并联连接，并且其中每个相位变换器电路具有一特殊外部连接的箝位电感，其中这些箝位电感彼此连接。一种上述的可控功率半导体开关可被实施为集成门极换流晶闸管(IGCT)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或门极可关断晶闸管(GTO)。一般也可以实施为其他可控功率半导体开关。根据本发明的具有优势的功率电子积木模块具有低漏电感。而且，元件1、2、3，例如半导体1、2、3，非常容易从侧面触及。因此，对于功率电子积木模块的维修来说，容易更换元件和/或整个相位变换器电路。

根据附图1的功率电子积木模块被实施为在箝位电感之间具有两个完整的相位变换器电路(yoke pair)的三电平中性点箝位(NPC)配置。它们被盘形绝缘体隔开。

根据附图1的具有多个可控半导体开关1的堆栈A位于前部，而具有多个反并联二极管3的堆栈C位于所述半导体堆栈A的右后侧。具有多个箝位二极管2的堆栈B位于所述半导体堆栈A左后侧。

功率电子积木模块的功率端子位于功率电子积木模块后侧彼此的顶部。各堆栈A、B、C内部的电连接被实施为柔性或刚性金属母线。而且，在堆栈元件1、2、3和相关联的相位变换器电路的箝位电感之间的每个堆栈A、B、C顶部设置板簧，以保证功率电子积木模块整个工作期间的稳定的夹紧压力。

如附图4中所示的每个相位变换器电路包括与各堆栈A、B、C关联的热沉KD，并且热沉KD连接至一个公共流体冷却回路4。流体冷却回路4的连接被实施为自密封耦合。当公共流体冷却回路4管子中充满水时，这些耦合允许管子断开连接。所述的冷却流体优选是水。水可以流入功率电子积木模块一侧的张力杆对的底部或顶部，通过塑料管从这里分流到热沉KD，此后，在到达顶部之前在张力杆对的另一侧汇集。功率电子积木模块内部的热沉KD或热沉部分可以串联连接，从前面的张力杆对来提供用于具有多个可控半导体开关1的堆栈A的热沉，从后面的张力杆对来提供主二极管和辅助二极管热沉。

此外，根据附图3的箝位电容Cc1、Cc2用来限制开关过电压峰值，并且集成在功率电子积木模块的侧面，用于保证功率电子积木模块中的开关装置之间分配对称电压的对称电阻也位于左侧。

附图5示出了根据本发明的在有源中性点箝位连接(ANPC)的功率电子积木模块第二实施例的三维视图，以及附图6示出了根据附图5的功率电子积木模块第二实施例的相位变换器电路的电路图。根据附图6，每个相位变换器电路包括设置在相位变换器电路前部的限压网络，尤其是位于左前侧。该网络的配置也有益于低的漏电感和低的容量。与附图1和附图4的第一实施例相比，该网络允许更大的输出电流和较高的功率。

根据附图5，功率电子积木模块的有源中性点箝位结构内部的元件构造与根据附图1的第一实施例不同，此外，根据附图5的功率电子积木模块在堆栈A、B、C中的一个或多个中包括一对进一步可控的半导体开关。这些进一步可控的半导体开关打开/关闭相位输出和中性点端子之间的反并联连接。在功率电子积木模块中的元件发生故障的情况下，该保护(crowbar)晶闸管用于传导故障电流。

在现有设计中，所有热沉KD直接连接到主水输入端。在具有多个相位变换器电路(多相脚)的功率电子积木模块中，上述的冷却可以分为用于每个相位变换器的独立的冷却装置。每个独立装置的水流可进行串联切换。

附图标记列表

1  可控功率半导体开关

2  箝位二极管

3  反并联二极管

4  流体冷却回路

A  具有多个可控功率半导体开关的堆栈

B  具有多个箝位二极管的堆栈

C  具有多个反并联二极管的堆栈

KD 热沉

Claims (6)

1.功率电子积木模块，所述功率电子积木模块包括至少一个连接在中性点箝位连接中的相位变换器电路，

其特征是，

每个相位变换器电路包括：

具有多个可控功率半导体开关(1)的堆栈(A)、具有多个箝位二极管(2)的堆栈(B)和具有多个二极管(3)的堆栈(C)，其中每个二极管(3)与相关联的可控功率半导体开关(1)反并联连接，并且

每个相位变换器电路具有箝位电感，其中所述箝位电感彼此连接。

2.根据权利要求1所述的功率电子积木模块，其特征是，

每个相位变换器电路包括与各堆栈(A、B、C)相关联的热沉(KD)，并且该热沉(KD)连接至公共流体冷却回路(4)。

3.根据权利要求2所述的功率电子积木模块，其特征是，

所述流体冷却回路(4)的连接被实施为自密封耦合。

4.根据权利要求1至3之一所述的功率电子积木模块，其中每个堆栈(A、B、C)内部的电连接被实施为柔性或刚性的金属母线。

5.根据权利要求1至3之一所述的功率电子积木模块，其特征是，

在堆栈元件(1、2、3)和所述相关联的相位变换器电路的箝位电感之间的每个堆栈(A、B、C)的顶部设置板簧。

6.根据权利要求1至3之一所述的功率电子积木模块，其特征是，

每个相位变换器电路包括设置在相位变换器电路前部的限压网络。

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