[發明專利]基于碳化硅器件中點箝位型三電平單相橋臂的疊層母排

有效

• 申請號: 202010028070.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111130361B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 謝奕婷;徐云飛;袁婷婷;王來利;楊旭
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;西安交通大學
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H01R25/16;H01B5/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于碳化硅器件中點箝位型三電平單相橋臂的疊層母排，包括用于連接功率模塊和直流母線電容的混合型疊層母排，疊層母排包括上下依次堆疊的第一層正、負母排、中間層零母排和第三層中間正、負母排，功率模塊位于疊層母排下方并設于散熱器上；直流母線電容位于疊層母排下方；疊層母排連接功率模塊和直流母線電容分別構成上橋臂大換流回路、上橋臂小換流回路、下橋臂大換流回路和上橋臂小換流回路。本發明利用疊層時反向電流產生的磁場相消的原理，對母排上的雜散電感和寄生電容進行了綜合優化，有效降低最大換流回路中的雜散電感；增大板間寄生電容，其具有更好的吸收和抗干擾作用。將整個單相橋臂集成在一起，有利于模塊化組合。

技術領域

本發明屬于疊層母排技術領域，具體涉及一種基于碳化硅器件的、用于中點箝位型三電平單相橋臂的疊層母排。

背景技術

近年來，中點箝位型三電平變換器在高壓大功率變換器領域中得到了廣泛的應用。相比傳統的兩電平變換器，中點箝位型三電平變換器可以將功率器件需承受的電壓值降低一半，換言之，在使用相同耐壓的功率器件時，可以有效提高變換器的電壓等級；可減小輸出電壓的諧波，有利于實現其正弦化；可采用更加靈活多樣的控制策略，降低變換器的損耗。

同時，碳化硅器件由于其優異的電氣特性和熱特性，開始取代傳統的硅IGBT器件，被應用于中點箝位型三電平電路。碳化硅器件擁有更快的開關速度，一方面，有利用降低開關損耗，另一方面，開關過程中將產生更大的di/dt和du/dt，使其對于換流回路中的寄生參數更加敏感，尤其是關斷時過大的過電壓可能會造成器件的損壞。為了充分發揮碳化硅的特性，需要對換流回路的寄生參數進行進一步優化。

疊層母排作為大功率變換器領域中連接功率器件、電容和電源的功率分配高速公路，是一種優化寄生參數的有效手段。其自身具有低阻抗、低雜散電感、抗干擾、可靠性高等優點，在實際應用中便于安裝，使系統整體更加緊湊有序。但目前針對基于碳化硅器件的疊層母排優化設計較少，存在雜散電感較大、未考慮其寄生電容等問題。同時，疊層母排的設計需要根據所用到的功率模塊、直流母線電容的封裝進一步優化。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種基于碳化硅器件的、用于中點箝位型三電平單相橋臂的疊層母排，對母排上的雜散電感和寄生電容進行了綜合優化，且該疊層母排的結構簡單、易于裝配。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種基于碳化硅器件中點箝位型三電平單相橋臂的疊層母排，包括：

疊層母排，用于連接功率模塊和直流母線電容的混合型母排；

所述疊層母排包括上下依次堆疊的第一層正、負母排、中間層零母排和第三層中間正、負母排；

所述功率模塊，位于疊層母排下方的一對上、下半橋模塊和中間半橋模塊；功率模塊設于散熱器上；

所述直流母線電容，位于疊層母排下方另一側邊的一對正、負母線電容；一對正、負母線電容的正極和負極之間連線的延長線的交點形成的角度為120°；

疊層母排連接功率模塊和直流母線電容分別構成上橋臂大換流回路、上橋臂小換流回路、下橋臂大換流回路和上橋臂小換流回路。

對于上述技術方案，本發明還有進一步優選的方案：

進一步，所述第一層正、負母排和第三層中間正、負母排分別為一對并列放置的銅排；所述中間層零母排為一體結構的銅排。

進一步，在各銅排上分別設有與功率模塊和直流母線電容電氣連接和避讓的貫通孔；在中間半橋模塊驅動端口留出有連接位。

進一步，在第一層正、負母排左側引出有正、負極端口；在中間層零母排的左側引出有中性點端口，各端口向下彎折與疊層母排平面成L型。