一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排制造技术

技术编号:12863737 阅读:25 留言:0更新日期:2016-02-13 12:10
本发明专利技术公开了一种叠层母排,其由9层子排组成,通过将第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9)按从下至上的叠放次序,将各子排中各组绝缘开孔对正,而后经压合固定成一体。本发明专利技术实例还提供了相应的高压固态电力电子开关结构。本发明专利技术结构紧凑,空间利用率高,采用导体片代替导线并使用相叠连接,极大的减少了线路寄生电感,平行导体片连接半导体开关器件的不同电极,额外形成了极间缓冲电容,可简化缓冲电路,通过添加子排的导体片数目,可提高叠层母排连接半导体器件的数目,扩大应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排
本专利技术涉及叠层母排
,更具体的,涉及一种叠层母排及高压固态电力电子开关。
技术介绍
固态电力电子开关是一种全部由半导体器件构成的开关装置,具有开关速度快,可控性强,寿命长的特点,同时为了应用于高电压领域,须将多个半导体器件串联使用以达到较高的电压等级,该方案效果好同时成本低,故得到了广泛的关注与应用。在半导体器件串联使用时,由于各个半导体器件之间的细微差异以及线路的寄生电感等影响,会导致开关过程中各器件承压不均衡,极大的影响了开关的使用寿命和工作效率,甚至会造成器件击穿损坏。保证半导体器件在开关过程中的电压分布均衡是实现高压固态电力电子开关的关键。对此现有技术有多种解决方法:一种是在驱动端采用反馈控制实现器件电压动态调整,另一种是在功率端并联动态缓冲电路、静态均压电路。前者主要采用无源器件构成高速反馈网络在每次开关暂态过程中调整驱动信号的幅值或时序,控制精度高,效果好,但电路结构复杂,随着器件串联数目增多,控制复杂度也大幅提升。后者主要通过缓冲电路来吸收线路中存在的电感能量以避免过电压,通过静态均压电路来减缓半导体器件因漏电流不同而导致的静态电压不均衡问题,结构简单,即使器件串联数目增多,也不会提升控制复杂度。当前高压固态开关领域内均通过两种方案的结合解决串联半导体电压不均衡问题。在对现有技术的研究和实践中,本专利技术的专利技术人发现:由于串联半导体数目较多,再加上与其并联的动态缓冲电路及静态均压电路,会导致电路中连接线路过多过长,增加了线路电感,造成开关暂态峰值电压升高;增加了开关组装、测试、维修的难度;增大了装置体积,降低了开关的功率密度。
技术实现思路
针对上述技术问题,本专利技术提供了一种应用于高压固态开关的叠层母排。叠层母排是一种多层复合结构连接排,包括至少两层导体层,所述导体层包括铜条,至少一个输入端和输出端,外部电流经输入端进入,经导体片后连接到半导体器件的不同电极,经半导体器件处理后,再由输出端输出,可应用于大功率电力电子装置中。本专利技术可通过垂直地面放置叠层母排调节各串联器件的对地分布电容,通过叠层母排降低了开关的配线难度,同时极大的减少了线路电感,有效抑制器件的关断过电压,简化了动态缓冲电路及静态均压电路线路,采用平行导体片连接半导体器件的不同电极,额外形成了极间缓冲电容,降低了缓冲电路中电容的容值要求,在降低成本的同时使开关结构更加紧凑,后期使用、维护更加简单;本专利技术提供了3个半导体开关器件串联所用的最小叠层母排,通过添加各子排导体片的数目,可应用于串联更多半导体器件,扩大应用范围。本专利技术提供了一种高压固态电力电子开关叠层母排,包括第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9),其中:所述第一绝缘子排(1),第二绝缘子排(3),第三绝缘子排(5),第四绝缘子排(7)和第五绝缘子排(9)由绝缘材料制成,均为L型,包括一个水平面和一个垂直面;在各子排水平面上均设有三组绝缘开孔,每组开孔由三个绝缘开孔组成,用于外接半导体开关器件;所述绝缘开孔填充绝缘垫,保证各极之间绝缘性能及方便半导体器件连接,所有子排上的绝缘开孔尺寸相同;所述第二连接子排(2)包括第一导体片组,其包括三块互不连接的导体片(21、22、23),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,三块导体片的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述三块导体片水平面上方均设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E1/C2极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述正子排(4)包括互不相连的第二导体片(41)、第三导体片(42),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,两个导体片(41)、(42)的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述导体片(41)水平面还包括1个接线端子,用于连接电源正极,水平面上方设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述导体片(42)水平面上方设有包括2个导电螺柱,右侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,左侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述负子排(6)包括第四导体片,该导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,水平面包括一个导电螺柱和一个接线端子;所述导电螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,所述接线端子用于连接电源负极;垂直面包括一个接线端子,用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述第一连接子排(8)包括互不相连的第五导体片(81)、第六导体片(82),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,两个导体片(81)、(82)的水平面和垂直面均共面;所述导体片(81)水平面上方设有2个导电螺柱,右侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,左侧导电螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述导体片(82)水平面上方设有1个导电螺柱,所述导电螺柱用于连该半导体器件导体片对应的半导体开关器件的E2极;所述正子排(4),负子排(6),第一连接子排(8),第二连接子排(2)在对应于第一绝缘子排(1)各个绝缘开孔同轴圆心处,除各个导体片所连接半导体开关器件相应位置设有导电螺柱外,均设有绝缘开孔,所述导电螺柱用于固定连接半导体开关器件电极,所有导电螺柱尺寸相同,直径小于所述绝缘开孔,其内径大小能容纳半导体开关器件引脚;以上各子排按从下至上,以第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9)的顺序叠放,各子排中各组绝缘开孔对正,压合固定成一体,形成叠层母排。使用时,在所述叠层母排的导电螺柱部位,装上对应的半导体开关器件,正子排(4)水平面接线端子接电源正极,负子排(6)水平面接线端子接电源负极。根据实际需要,第二连接子排(2)、第一连接子排(8)、正子排(4)、负子排(6)的垂直面接线端子连接外部的缓冲电路与均压电路,可进一步提升应用该叠层母排的高压固态开关的性能。本专利技术提出的高压固态电力电子开关的叠层母排,第三导体片(42)和第五导体片(81)的尺寸与开孔对应两个半导体开关器件的尺寸与安装管脚;第二导体片(41)、第六导体片(82)和第一导体片组的三个导体片(21、22、23)的尺寸与开孔对应一个半导体器件的尺寸与安装管脚。本专利技术提出的高压固态电力电子开关的叠层母排,所用的半导体开关器件包括但不限于IGBT。本专利技术各导体片尺寸和结构、各开孔及导电螺柱尺寸和位置,与外接的半导体开关器件相对应,实现了导体、绝缘体和半导体开关器件的有机结合。本专利技术通过合理安排子排数目及其包含的导体片数目与位置,大幅度减少了高压固态电力电子开关所需配线数目与长度,减缓了动态缓冲电路与静态均压电路中线路电感对开关暂态过程的影响。本专利技术通过合理安排4层导体子排相对位置并采用叠本文档来自技高网
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一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排

【技术保护点】
一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排,包括第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9),其中:所述第一绝缘子排(1),第二绝缘子排(3),第三绝缘子排(5),第四绝缘子排(7)和第五绝缘子排(9)由绝缘材料制成,均为L型,包括一个水平面和一个垂直面;在各子排水平面上均设有三组绝缘开孔,每组开孔由三个绝缘开孔组成,用于外接半导体开关器件;所述绝缘开孔填充绝缘垫,保证各极之间绝缘性能及方便半导体器件连接,所有子排上的绝缘开孔尺寸相同;所述第二连接子排(2)包括第一导体片组,其包括三块互不连接的导体片(21、22、23),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,三块导体片的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述三块导体片水平面上方均设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E1/C2极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述正子排(4)包括互不相连的第二导体片(41)、第三导体片(42),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,两个导体片(41)、(42)的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述导体片(41)水平面还包括1个接线端子,用于连接电源正极,水平面上方设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述导体片(42)水平面上方设有包括2个导电螺柱,右侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,左侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述负子排(6)包括第四导体片,该导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,水平面设有三组绝缘开孔,每组开孔由三个绝缘开孔组成,开孔尺寸和布局和第一绝缘子排(1)相同;水平面包括一个导电螺柱和一个接线端子;所述导电螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,所述接线端子用于连接电源负极;垂直面包括一个接线端子,用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述第一连接子排(8)包括互不相连的第五导体片(81)、第六导体片(82),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,两个导体片(81)、(82)的水平面和垂直面均共面;所述导体片(81)水平面上方设有2个导电螺柱,右侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极,左侧导电螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述导体片(82)水平面上方设有1个导电螺柱,所述导电螺柱用于连该半导体器件导体片对应的半导体开关器件的E2极;所述正子排(4),负子排(6),第一连接子排(8),第二连接子排(2)在对应于第一绝缘子排(1)各个绝缘开孔同轴圆心处,除各个导体片所连接半导体开关器件相应位置设有导电螺柱外,均设有绝缘开孔,所述导电螺柱用于固定连接半导体开关器件电极,所有导电螺柱尺寸相同,直径小于所述绝缘开孔,其内径大小能容纳半导体开关器件引脚;以上各子排按从下至上,以第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9)的顺序叠放,各子排中各组绝缘开孔对正,压合固定成一体,形成叠层母排。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排,包括第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9),其中:所述第一绝缘子排(1),第二绝缘子排(3),第三绝缘子排(5),第四绝缘子排(7)和第五绝缘子排(9)由绝缘材料制成,均为L型,包括一个水平面和一个垂直面;在各子排水平面上均设有三组绝缘开孔,每组开孔由三个绝缘开孔组成,用于外接半导体开关器件;所述绝缘开孔填充绝缘垫,保证各极之间绝缘性能及方便半导体器件连接,所有子排上的绝缘开孔尺寸相同;所述第二连接子排(2)包括第一导体片组,其包括三块互不连接的导体片(21、22、23),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,三块导体片的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述三块导体片水平面上方均设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E1/C2极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述正子排(4)包括互不相连的第二导体片(41)、第三导体片(42),每块导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,第二导体片(41)、第三导体片(42)的水平面和垂直面均共面;垂直面至少包括一个接线端子;所述第二导体片(41)水平面还包括1个接线端子,用于连接电源正极,水平面上方设有1个导电螺柱,用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述第三导体片(42)水平面上方设有包括2个导电螺柱,右侧螺柱用于连接该第三导体片(42)对应的半导体开关器件的E2极,左侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极,垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路;所述负子排(6)包括第四导体片,该导体片呈L型,包括一个水平面和一个垂直面,水平面设有三组绝缘开孔,每组开孔由三个绝缘开孔组成,开孔尺寸和布局和第一绝缘子排(1)相同;水平...

【专利技术属性】
技术研发人员:张明王栋煜戴岳
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

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