CN205070807U - 一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，包括有三相输入电压源、输入滤波电感、感性负载、多层结构的功率电路板、开关阵列及该开关阵列的驱动电路、电压测量电路、输入滤波电容、输出电流测量电路、箝位保护电路，所述功率电路板将开关阵列的驱动电路、电压测量电路、输入滤波电容、输出电流测量电路、箝位保护电路集成在一块电路板上，并使用该功率电路板的中间层做为开关阵列的电力半导体开关模块之间输出的连线，而不使用铜片或者铝片。本实用新型具有结构紧凑、安装容易、体积小、功率密度比高、可靠性高等优点。

Description

一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器
技术领域
本实用新型涉及电力电子变换电路的技术领域，尤其是指一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，涉及交流到交流的直接式矩阵变换器设计。
背景技术
随着智能电网的发展，电网对谐波治理的要求越来越高，因此越来越多受控型电力电子设备应用到电力系统和电力驱动中。在交流到交流的变换领域，矩阵变换器被认为是极具前景的功率变换拓扑。尤其是在对控制精度要求比较高的工业驱动场合和风能转换系统中，矩阵变换器以其双向功率流动、受控输入功率因数、无需大容量的储能元件等优势而受到研究人员和工程师的关注。
矩阵变换器按其拓扑现状一般可分为直接式单级矩阵变换器和间接式双级矩阵变换器。前者由于仅需一次能量转换，因此能量转换效率比后者高。传统的三相矩阵变换器采用3×3的开关矩阵，使用铜片或铝片来连接分立式电力半导体开关器件的输入和输出端。但是，这样的设计使得接线复杂，体积较大，功率密度小。另外由于传统的三相矩阵变换器没有中线调节能力，在接不对称或者非线性负载的情况下输出性能较差，甚至不能正常工作。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构紧凑、安装容易、体积小、功率密度比高、可靠性高的基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，包括有三相输入电压源、输入滤波电感、感性负载、多层结构的功率电路板、开关阵列及该开关阵列的驱动电路、电压测量电路、输入滤波电容、输出电流测量电路、箝位保护电路，其中，所述三相输入电压源与输入滤波电感的一端连接，所述输入滤波电感的另一端分别与电压测量电路和箝位保护电路连接，所述开关阵列分别与电压测量电路、输入滤波电容和输出电流测量电路连接，所述感性负载分别与输出电流测量电路和箝位保护电路连接；所述功率电路板将开关阵列的驱动电路、电压测量电路、输入滤波电容、输出电流测量电路、箝位保护电路集成在一块电路板上，并使用该功率电路板的中间层做为开关阵列的电力半导体开关模块之间输出的连线，而不使用铜片或者铝片。
所述开关阵列为3×4开关阵列，该开关阵列中的电力半导体开关模块采用SEMIKRON公司的SEMITOP2封装的双向开关模块SK60GM123或SK80GM063。
所述开关阵列中的电力半导体开关模块及箝位保护电路的二极管均安插在功率电路板的底部。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、接线简单，体积小，功率密度比高。
2、散热器设计要求低，较容易实现。
3、可靠度高，调试方便。
附图说明
图1为本实用新型的拓扑结构框图。
图2为本实用新型的控制结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实施例所述的基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，包括有三相输入电压源1、输入滤波电感2、感性负载7、功率电路板、开关阵列5及该开关阵列5的驱动电路、电压测量电路3、输入滤波电容4、输出电流测量电路6、箝位保护电路9。所述三相输入电压源1与输入滤波电感2的一端连接，所述输入滤波电感2的另一端分别与电压测量电路3和箝位保护电路9连接，所述开关阵列5分别与电压测量电路3、输入滤波电容4和输出电流测量电路6连接，所述感性负载7分别与输出电流测量电路6和箝位保护电路9连接。所述功率电路板为多层结构，而在本实施例中具体采用六层板的设计，该功率电路板将开关阵列5的驱动电路、电压测量电路3、输入滤波电容4、输出电流测量电路6、箝位保护电路9集成在一块电路板上，并使用该功率电路板的中间层做为开关阵列5的电力半导体开关模块8之间输出的连线，具体是六层电路板的中间层分割铺铜做为电力半导体开关模块8之间输入abc相与输出ABCN相的连线，而输入输出相之间保持至少50mil的安全间距，因此本实用新型不需要用铜片或者铝片或其他导线连接各开关模块的输入与输出，外部接线简单，这也提高了本实用新型的可靠性。
此外，在本实施例中，所述的开关阵列5为3×4开关阵列，该开关阵列中的电力半导体开关模块8采用SEMIKRON公司的SEMITOP2封装的双向开关模块SK60GM123或SK80GM063。这两种开关模块均采用SEMITOP2封装，因此可以相互替代，安装方便。两者的区别仅在于耐压值不一样。本实用新型的一种变化是使用其他的双向开关模块，如SEMIKRON公司的SKM150GM12T4G、SKM200GM12T4、SKM300GM12T4，富士公司的2MBI600U4G-120、2MBI100U4A-120，英飞凌公司的DS_FF200R12KT3_E_2_0、DS_FF300R12KT3_E_2_0、DS_FF400R12KT3_E_2_0，Dynexsemi公司的DIM400PBM17-A000等。使用模块设计的矩阵变换器的可靠性会比使用分立元件设计的矩阵变换器的可靠性高。
为使得散热器设计要求低，较容易实现，在本实施例中，所述开关阵列5中的电力半导体开关模块8及箝位保护电路9的12个二极管均安插在功率电路板的底部，这方便了散热冷却设计。
如图2所示，为本实用新型所述三相四线矩阵变换器的控制结构框图，本实用新型能保证输入输出电流正弦平衡。
以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，其特征在于：包括有三相输入电压源(1)、输入滤波电感(2)、感性负载(7)、多层结构的功率电路板、开关阵列(5)及该开关阵列(5)的驱动电路、电压测量电路(3)、输入滤波电容(4)、输出电流测量电路(6)、箝位保护电路(9)，其中，所述三相输入电压源(1)与输入滤波电感(2)的一端连接，所述输入滤波电感(2)的另一端分别与电压测量电路(3)和箝位保护电路(9)连接，所述开关阵列(5)分别与电压测量电路(3)、输入滤波电容(4)和输出电流测量电路(6)连接，所述感性负载(7)分别与输出电流测量电路(6)和箝位保护电路(9)连接；所述功率电路板将开关阵列(5)的驱动电路、电压测量电路(3)、输入滤波电容(4)、输出电流测量电路(6)、箝位保护电路(9)集成在一块电路板上，并使用该功率电路板的中间层做为开关阵列(5)的电力半导体开关模块(8)之间输出的连线，而不使用铜片或者铝片。
2.根据权利要求1所述的一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，其特征在于：所述开关阵列(5)为3×4开关阵列，该开关阵列中的电力半导体开关模块(8)采用SEMIKRON公司的SEMITOP2封装的双向开关模块SK60GM123或SK80GM063。
3.根据权利要求1所述的一种基于双向电力半导体开关模块的三相四线矩阵变换器，其特征在于：所述开关阵列(5)中的电力半导体开关模块(8)及箝位保护电路(9)的二极管均安插在功率电路板的底部。
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