CN214205363U - 一种三电平逆变器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三电平逆变器模块，其主电路采用I型三电平主电路，包括散热器、主电路和电容器组件，主电路包括三相桥臂电路，其中，每一相所述桥臂电路均由三个依次排列设置的IGBT器件电性连接组成，所述IGBT器件设置在所述散热器上，电容器组件与三相所述桥臂电路电性连接，其中，在每一相所述桥臂电路中，两侧的所述IGBT器件的DC端朝向所述散热器中间，中间的所述IGBT器件的AC端朝向所述散热器中间。本实用新型结构合理、紧凑，便于各相桥臂电路极性集中。

Description

一种三电平逆变器模块

技术领域

本实用新型涉及功率器件技术领域，具体的，涉及一种三电平逆变器模块。

背景技术

随着轨道交通行业对大功率变流器的需求与日俱增，变流器功率越来越高，为了提高整个系统的效率，减小系统的热损耗，大功率的变流器系统趋于采用中高压的电压等级。在功率变流器中，多采用两电平IGBT逆变结构，但是两电平结构电压等级低，容量小，对电机绝缘要求高，电机冲击大，电压畸变率大，且电流谐波含量较高，导致功率器件发热量大，系统的稳定性降低。三电平拓扑结构由于采用了箝位二极管，使得低电压等级的功率器件在中高压变流器系统的应用成为可能，因此在电力电子领域得到了大量应用，并具有广阔的前景。

三电平IGBT变流器设备与传统的两电平变流器相比较，主要优点有：器件具有两倍的正向阻断电压能力。电平数的增加也使电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，且随着电平数的增加，正弦性越好，功率因数更高，进而能减少谐波和降低开关频率，从而使系统损耗减小。还可以提升输出电压等级来减小系统电流应力。但是三电平变流器需要较多的功率半导体开关器件，这些开关器件间结构布局较为复杂，器件布局和主电路设计不合理容易引起回路杂感较大、电位不平衡等问题。

针对现有技术中的问题，本实用新型设计了一种结构合理、紧凑，便于各相桥臂电路极性集中的三电平逆变器模块。

实用新型内容

针对上述现有技术中的问题，本实用新型提出了一种三电平逆变器模块，结构合理、紧凑，便于各相桥臂电路极性集中。

第一方面，本实用新型提供了一种三电平逆变器模块，其主电路采用I型三电平主电路，包括散热器、主电路和电容器组件，主电路包括三相桥臂电路，其中，每一相所述桥臂电路均由三个依次排列设置的IGBT器件电性连接组成，所述IGBT器件设置在所述散热器上，电容器组件与三相所述桥臂电路电性连接，其中，在每一相所述桥臂电路中，两侧的所述IGBT器件的DC端朝向所述散热器中间，中间的所述IGBT器件的AC端朝向所述散热器中间。

在一个实施方式中，所述主电路还包括斩波桥臂电路137，所述斩波桥臂电路137与三相所述桥臂电路电性连接。

采用上述实施方式的有益效果是：不仅起到调压的作用，还能够有效抑制电网侧谐波电流噪声。

在一个实施方式中，还包括支撑部，其设置在所述散热器上，所述电容器组件设置在所述支撑部上。

采用上述实施方式的有益效果是：用于电容器组件的支撑和固定。

在一个实施方式中，所述IGBT器件上设置有适配板，所述适配板与所述IGBT器件电性连接。

采用上述实施方式的有益效果是：便于IGBT器件与其他器件的电性连接，提供了装配效率。

在一个实施方式中，还包括驱动模块，所述驱动模块包括驱动固定板和驱动板，驱动固定板设置在所述支撑部上，驱动板固定安装在所述驱动固定板上，所述驱动板与所述适配板电性连接。

采用上述实施方式的有益效果是：用于驱动各IGBT器件的导通或关断，使主电路发出补偿负载谐波的电流。

在一个实施方式中，还包括脉冲分配模块，所述脉冲分配模块包括脉冲固定板和脉冲分配板，所述脉冲固定板设置在所述支撑部上，所述脉冲分配板固定安装在所述脉冲固定板上，所述脉冲分配板与所述适配板电性连接。

采用上述实施方式的有益效果是：用于为各IGBT器件提供脉冲驱动信号。

在一个实施方式中，三相所述桥臂电路的三个中间的所述IGBT器件之间通过直流母排连接。

采用上述实施方式的有益效果是：通过直流母排集中连接的方式，有效缩短直流回路，减小回路杂散电感，降低IGBT器件关断过电压应力，提高可靠性。

在一个实施方式中，所述电容器组件包括至少两个支撑电容器，至少两个所述支撑电容器之间并联连接。

采用上述实施方式的有益效果是：支撑电容器的多并联使用可以较好的降低支撑电容器自身的寄生电感，并降低单个支撑电容器的重量，有利于减少运行振动对连接端子的影响，提高可靠性。

在一个实施方式中，所述电容器组件好包括电容固定板和电容母排，所述电容固定板设置在所述驱动固定板上，所述支撑电容器固定安装在所述电容固定板上，所述电容母排分别与所述直流母排连接以及和所述支撑电容器搭接。

采用上述实施方式的有益效果是：用于实现支撑电容器与IGBT器件间的低感互连。

在一个实施方式中，每一相所述桥臂电路的三个所述IGBT器件之间均通过短接母排连接。

采用上述实施方式的有益效果是：可有效减小回路杂散电感。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)通过优化IGBT器件物理布局方式，调整每相桥臂电路的三个IGBT器件交流侧和直流侧朝向，完成P/O/N极性集中。

(2)通过直流母排集中连接的方式，有效缩短直流回路，减小回路杂散电感，降低IGBT器件关断过电压应力，提高可靠性。

(3)通过电容母排分别与直流母排连接以及和支撑电容器搭接，实现支撑电容器与IGBT器件间的低感互连。

(4)支撑电容器的多并联使用可以较好的降低支撑电容器自身的寄生电感，并降低单个支撑电容器的重量，有利于减少运行振动对连接端子的影响，提高可靠性。

上述技术特征可以以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1显示了三电平逆变器模块的轴测图；

图2显示了三电平逆变器模块的部分结构示意图；

图3显示了散热器台面IGBT器件布局示意图；

图4显示了三电平逆变器模块的主电拓扑图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

10-三电平逆变器模块；11-散热器；13-主电路；131-A相桥臂电路；133-B相桥臂电路；135-C相桥臂电路；137-斩波桥臂电路；15-电容器组件；151-支撑电容器；153-电容固定板；155-电容母排；17-直流母排；19-短接母排；21-适配板；23-支撑部；25-驱动模块；251-驱动固定板；253-驱动板；27-脉冲分配模块；271-脉冲固定板；273-脉冲分配板。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。

如图1和图2所示，一种三电平逆变器模块10，其主电路采用如图4所示的三电平主电路，包括散热器11、主电路13和电容器组件15，主电路13包括三相桥臂电路，其中，每相桥臂电路均由三个依次排列设置的IGBT器件电性连接组成，IGBT器件设置在散热器11上，电容器组件15与三相桥臂电路电性连接，其中，在每一相桥臂电路中，两侧的IGBT器件的DC端朝向散热器11中间，中间的IGBT器件的AC端朝向散热器11中间。

如图3所示，具体的，本实施例中，散热器11为板体结构，主电路13设置在散热器11的一侧面上，主电路13分成两排平行分布在散热器11上。

主电路13包括A相桥臂电路131、B相桥臂电路133、C相桥臂电路135，其中，A相桥臂电路131、B相桥臂电路133、C相桥臂电路135均为逆变桥臂。

A相桥臂电路131和B相桥臂电路133沿散热器11一侧面的其中一个侧边依次排列设置，C相桥臂电路135沿与A相桥臂电路131所在侧边相对的另一个侧边依次排列设置。

A相桥臂电路131包括第一IGBT器件T1、第二IGBT器件T2和第三IGBT器件T3，第一IGBT器件T1、第二IGBT器件T2和第三IGBT器件T3沿散热器11一侧面的其中一个侧边依次直线排列设置，其中第二IGBT器件T2位于第一IGBT器件T1和第三IGBT器件T3之间，第二IGBT器件T2的AC端朝向所在散热器11侧面的中间，第一IGBT器件T1和第三IGBT器件T3的DC端朝向所在散热器11侧面的中间。

B相桥臂电路133包括第四IGBT器件T4、第五IGBT器件T5和第六IGBT器件T6，第四IGBT器件T4、第五IGBT器件T5和第六IGBT器件T6沿A相桥臂电路131所在侧边依次直线排列设置，第四IGBT器件T4、第五IGBT器件T5和第六IGBT器件T6以及第一IGBT器件T1、第二IGBT器件T2和第三IGBT器件T3位于同一直线上，其中，第五IGBT器件T5位于第四IGBT器件T4和第六IGBT器件T6之间，第五IGBT器件T5的AC端朝向所在散热器11侧面的中间，第四IGBT器件T4和第六IGBT器件T6的DC端朝向所在散热器11侧面的中间。

C相桥臂电路135包括第七IGBT器件T7、第八IGBT器件T8和第九IGBT器件T9，第七IGBT器件T7、第八IGBT器件T8和第九IGBT器件T9沿与A相桥臂电路131所在侧边相对的另一个侧边依次直线排列设置，第七IGBT器件T7、第八IGBT器件T8和第九IGBT器件T9位于同一直线上，且与A相桥臂电路131和B相桥臂电路133所在直线相互平行。其中，第八IGBT器件T8位于第七IGBT器件T7和第九IGBT器件T9之间，第八IGBT器件T8的AC端朝向所在散热器11侧面的中间，第七IGBT器件T7和第九IGBT器件T9的DC端朝向所在散热器11侧面的中间。

其中，第五IGBT器件T5的AC端和第八IGBT器件T8的AC端相对设置，第四IGBT器件T4和第六IGBT器件T6的DC端与第七IGBT器件T7和第九IGBT器件T9的DC端相对设置。

其中，主电路13还包括斩波桥臂电路137，斩波桥臂电路137与三相桥臂电路电性连接。

具体的，本实施例中，斩波桥臂电路137设置在散热器上，并与A相桥臂电路131、B相桥臂电路133、C相桥臂电路135电性连接，斩波桥臂电路137与A相桥臂电路131位于散热器11的同一侧面上。

斩波桥臂电路137包括第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11，第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11沿C相桥臂电路135所在侧边依次直线排列设置，第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11以及第七IGBT器件T7、第八IGBT器件T8和第九IGBT器件T9位于同一直线上，第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11的DC端朝向所在散热器11侧面的中间，第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11的DC端与IGBT器件T1和IGBT器件T3的DC端相对设置。

其中，三相桥臂电路的三个中间的IGBT器件之间通过直流母排17连接。

具体的，本实施例中，第二IGBT器件T2、第五IGBT器件T5和第八IGBT器件T8之间通过直流母排17电性连接，有效缩短直流回路，减小回路杂散电感，降低IGBT器件关断过电压应力，提高可靠性。

其中，每一相桥臂电路的三个IGBT器件之间均通过短接母排19连接。

具体的，本实施例中，第一IGBT器件T1、第二IGBT器件T2和第三IGBT器件T3之间通过短接母排19电性连接，第四IGBT器件T4、第五IGBT器件T5和第六IGBT器件T6之间通过短接母排19电性连接，第七IGBT器件T7、第八IGBT器件T8和第九IGBT器件T9之间通过短接母排19电性连接，短接母排19的连接方式，可有效减小回路杂散电感。

其中，第十IGBT器件T10和第十一IGBT器件T11的输出端之间通过第一交流输出排电性连接，A相桥臂电路131和B相桥臂电路133的输出端之间通过第二交流输出排电性连接，C相桥臂电路135的输出端之间通过第三交流输出排电性连接。

其中，直流母排17在各个交流输出排相应连接位置设置有让孔。

其中，IGBT器件上设置有适配板21，适配板21与IGBT器件电性连接。

具体的，本实施例中，每个IGBT器件上均设置有一适配板21，适配板21与IGBT器件电性连接。适配板21的设置便于IGBT器件与其他器件的电性连接，提供了装配效率。

其中，一种三电平逆变器模块10还包括支撑部23、驱动模块25和脉冲分配模块27，支撑部23设置在散热器11上，电容器组件15、驱动模块25和脉冲分配模块27均设置在支撑部23上。

具体的，本实施例中，支撑部23包括多个支撑杆，多个支撑杆均竖直设置在散热器11上，围成一个长方体框架结构，电容器组件15、驱动模块25和脉冲分配模块27均固定设置在长方体框架结构上。

其中，驱动模块25包括驱动固定板251和驱动板253，驱动固定板251设置在支撑部23上，驱动板253固定安装在驱动固定板251上，驱动板253与适配板21电性连接。

具体的，本实施例中，两个驱动固定板251分别固定在长方体框架结构两个相对的侧面上，主电路13位于两个驱动固定板251之间，驱动板253固定安装在驱动固定板251上，驱动板253与适配板21电性连接，用于驱动各IGBT器件的导通或关断，使主电路13发出补偿负载谐波的电流。其中，驱动板253尽可能的靠近IGBT器件，确保驱动信号线束至各个适配板21插头处较短，有效提高信号同步性和抗干扰性。

其中，电容器组件15包括至少两个支撑电容器151、电容固定板153和电容母排155，至少两个支撑电容器151之间并联连接，电容固定板153设置在驱动固定板251上，支撑电容器151固定安装在电容固定板153上，电容母排155分别与直流母排17连接以及和支撑电容器151搭接。

具体的，本实施例中，电容固定板153设置在两个驱动固定板251之间，电容固定板153的两端分别垂直固定在两个驱动固定板251上，支撑电容器151背部凸出有螺杆并固定在电容固定板153上，电容母排155侧立在散热器11的一侧，电容母排155的下方与直流母排17电性连接，电容母排155的中间位置与支撑电容器151搭接或抵接，实现电容母排155与支撑电容器151的电性连接，进而实现支撑电容器151与主电路13的低感互连。

本实施例中，支撑电容器151采用直筒式薄膜电容器，至少两个直筒式薄膜电容器并联连接，可以较好的降低支撑电容器151自身的寄生电感，并降低单个支撑电容器151的重量，有利于减少运行振动对连接端子的影响，提高可靠性。

其中，脉冲分配模块27包括脉冲固定板271和脉冲分配板273，脉冲固定板271设置在支撑部23上，脉冲分配板273固定安装在脉冲固定板271上，脉冲分配板273与适配板21电性连接。

具体的，本实施例中，脉冲固定板271设置在两个驱动固定板251之间，脉冲固定板271的两端分别垂直固定在两个驱动固定板251上，并位于电容固定板153背离支撑电容器151的一侧，脉冲分配板273固定安装在脉冲固定板271上，脉冲分配板273与适配板21电性连接，用于为各IGBT器件提供脉冲驱动信号。

本实用新型的有益效果：

(1)通过优化IGBT器件物理布局方式，调整每一相桥臂电路所用三只IGBT器件交流侧和直流侧朝向，合理利用两排IGBT器件之间的空间设计完成P/O/N直流母排17，通过侧面电容母排155进行搭接，实现支撑电容器151至IGBT器件间的低感连接，同时通过直流母排17集中连接方式，有效缩短直流回路，减小回路杂散电感，降低IGBT器件关断过电压应力，提供系统的可靠性。

(2)整体结构由下至上，组装层次分明，结构简单、紧凑，有利于后期维护和功能拓展。

(3)采用直筒式薄膜电容器并联方式连接，相比大容量集成电容器具有显著的成本优势，同时直筒式薄膜电容器的多并联使用可以较好的降低直筒式薄膜电容器自身的寄生电感，并降低单个支撑电容器151的重量，有利于减少运行振动对连接端子的影响，提供可靠性。

(4)各相桥臂电路采用同样布局方式，两排IGBT器件对称式布置，一方面有效减少短接母排19和驱动固定板251种类，实现物料简统化设计，同时减小模块整体长度尺寸，实现小型化和集成化设计，有利于模块的拓展应用。

(5)通过低压等级IGBT器件的三电平应用，有效降低物料成本，提高产品的性价比，在城轨变流等行业具有显著的优势。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种三电平逆变器模块，其主电路采用I型三电平主电路，其特征在于，包括：

散热器；

主电路，其包括三相桥臂电路，其中，每一相所述桥臂电路均由三个依次排列设置的IGBT器件电性连接组成，所述IGBT器件设置在所述散热器上；以及

电容器组件，其与三相所述桥臂电路电性连接；

其中，在每一相所述桥臂电路中，两侧的所述IGBT器件的DC端朝向所述散热器中间，中间的所述IGBT器件的AC端朝向所述散热器中间。

2.根据权利要求1所述的三电平逆变器模块，其特征在于，所述主电路还包括斩波桥臂电路137，所述斩波桥臂电路137与三相所述桥臂电路电性连接。

3.根据权利要求1所述的三电平逆变器模块，其特征在于，还包括支撑部，其设置在所述散热器上，所述电容器组件设置在所述支撑部上。

4.根据权利要求3所述的三电平逆变器模块，其特征在于，所述IGBT器件上设置有适配板，所述适配板与所述IGBT器件电性连接。

5.根据权利要求4所述的三电平逆变器模块，其特征在于，还包括驱动模块，所述驱动模块包括：

驱动固定板，其设置在所述支撑部上；以及

驱动板，其固定安装在所述驱动固定板上，所述驱动板与所述适配板电性连接。

6.根据权利要求4所述的三电平逆变器模块，其特征在于，还包括脉冲分配模块，所述脉冲分配模块包括：

脉冲固定板，其设置在所述支撑部上；以及

脉冲分配板，其固定安装在所述脉冲固定板上，所述脉冲分配板与所述适配板电性连接。

7.根据权利要求5所述的三电平逆变器模块，其特征在于，三相所述桥臂电路的三个中间的所述IGBT器件之间通过直流母排连接。

8.根据权利要求7所述的三电平逆变器模块，其特征在于，所述电容器组件包括至少两个支撑电容器，至少两个所述支撑电容器之间并联连接。

9.根据权利要求8所述的三电平逆变器模块，其特征在于，所述电容器组件还包括：

电容固定板，其设置在所述驱动固定板上，所述支撑电容器固定安装在所述电容固定板上；以及

电容母排，其分别与所述直流母排连接以及和所述支撑电容器搭接。

10.根据权利要求1所述的三电平逆变器模块，其特征在于，每一相所述桥臂电路的三个所述IGBT器件之间均通过短接母排连接。

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