功率电路、功率模块和变流器制造技术

本申请实施例提供了一种功率电路、功率模块和变流器，该功率电路包括：三电平桥臂模块和母线支撑电容模块，三电平桥臂模块包括至少一个桥臂；桥臂的正直流端子通过第一连接电路与母线支撑电容模块电连接；桥臂的负直流端子通过第二连接电路与母线支撑电容模块电连接；桥臂的中性端子分别通过第三连接电路、第四连接电路与母线支撑电容模块电连接；第一连接电路与第三连接电路的夹角小于预设的角度阈值，和/或，第二连接电路与第四连接电路的夹角小于预设的角度阈值。本申请实施例中，电流输入路径和电路输出路径几乎相互平行且电流方向相反，使得两路电流的磁场大部分互相抵消，可降低电流传输路径上的寄生电感，可以提升桥臂切换时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
功率电路、功率模块和变流器
本申请涉及变流器
，具体而言，本申请涉及一种功率电路、功率模块和变流器。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，在大功率的并网型设备如风电变流器中，出于对变流器转换效率的提升，以及散热系统成本的降低，逐渐开始应用T型三电平拓扑。由于封装有完整T型三电平桥臂的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块种类较少，市场上一般采用半桥IGBT模块和共射极IGBT模块拼接成T-NPC(Ttype-NeutralPointClamped，T型中性点箝位型)三电平桥臂的解决方案。在该方案中，半桥IGBT模块接于直流母线的正负端之间，称为非零电平桥臂，共射极IGBT模块与直流母线的中性端电连接，称为零电平桥臂。由于采用独立的两种IGBT模块进行拼接构成T-NPC桥臂，在T-NPC桥臂工作过程中，电流从非零电平桥臂切换到零电平桥臂工作时，电流切换路径上的杂散电感(或称寄生电感)产生的反电势会叠加到直流母线电压上，造成IGBT开关过程的电压应力提高，IGBT对于电压应力非常敏感，因此需要尽可能的降低电流切换路径上的杂散电感。
技术实现思路
本申请提供了一种功率电路、功率模块和变流器，用于解决现有技术中存在的电流切换路径上的杂散电感较大的技术问题。第一方面，本申请提供了一种功率电路，包括：三电平桥臂模块和母线支撑电容模块，三电平桥臂模块包括至少一个桥臂；桥臂的正直流端子通过第一连接电路与母线支撑电容模块电连接；桥臂的负直流端子通过第二连接电路与母线支撑电容模块电连接；桥臂的中性端子分别通过第三连接电路、第四连接电路与母线支撑电容模块电连接；第一连接电路与第三连接电路的夹角小于预设的角度阈值，和/或，第二连接电路与第四连接电路的夹角小于预设的角度阈值。第二方面，本申请提供了一种功率模块，包括：叠层母排，以及本申请第一方面所示的功率电路；三电平桥臂模块和母线支撑电容模块设置于叠层母排上；三电平桥臂模块设置于第一区域；母线支撑电容模块设置于第一区域正对的第二区域；叠层母排包括：设置有第一连接电路的第一母排、设置有第二连接电路的第二母排、以及设置有第三连接电路和第四连接电路的第三母排。第三方面，本申请提供了一种变流器，包括本申请第二方面所示的功率模块。本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：通过采用连接电路将三电平桥臂模块与母线支撑电容模块对应电连接，并使三电平桥臂模块的电流输入路径和电流输出路径形成的夹角小于预设的角度阈值，使得电流输入路径和电路输出路径几乎相互平行且电流方向相反，使得两路电流的磁场大部分互相抵消，进而使电流传输路径上的杂散电感降低至一个较低的数值，大大减小了三电平桥臂模块中不同桥臂之间切换时所产生的反电势，大大降低了桥臂中的电力电子元器件在开关过程中的电压应力，可以提升桥臂中的电力电子元器件的稳定性，从而提升整个三电平桥臂模块的稳定性。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为现有的一种三电平拓扑电路的电路原理示意图；图2为现有的一种单相三电平拓扑电路与负载连接的电路原理示意图；图3为现有的一种三相三电平拓扑电路与负载连接的电路原理示意图；图4为本申请实施例提供的一种单相功率模块的结构及电流路径示意图；图5为本申请实施例提供的另一种单相功率模块的结构及电流路径示意图；图6为图5所示的单相功率模块的电路原理示意图；图7为本申请实施例提供的一种双相功率模块的结构及电流路径示意图；图8为图7所示的双相功率模块的电路原理示意图；图9为本申请实施例提供的一种三相功率模块的结构及电流路径示意图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：三电平：一种可以输出直流正(DC+)、中性点(NP)、直流负(DC-)电位的电力电子技术。T-NPC(Ttype-NeutralPointClamped，T型中性点箝位型)三电平拓扑电路，简称T型NPC，三电平拓扑的一种。IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅极晶体管)，是一种可控进行快速开关动作的器件。叠层母排：一种通过将直流母排压合在一起，降低直流环节杂散电感的技术。杂散电感：导体自身寄生参数，也称寄生电感。直流支撑电容：在电力电子技术中，一般起到支撑直流母线电压，提供交流侧纹波电流，提供IGBT开关暂态能量的作用。本申请的专利技术人在实现本申请的目的时发现，目前存在一种T-NPC三电平拓扑电路，其电路原理如图1所示，具有三电平桥臂、电容组C1和电容组C2，图1中横向绘制的桥臂为横管(零电平桥臂)，纵向绘制的桥臂为竖管(非零电平桥臂)，电容组C1和电容组C2串联支撑直流母线电压，电容组C1和C2的中点连接到中性点(NP)，电容组C1和C2的另外两端分别连接至直流正(DC+)和直流负(DC-)。直流支撑电容组C1和C2在IGBT的开关周期内，不断处于充电或放电状态。当直流支撑电容组C1放电时，存在从DC+流入三电平桥臂，从NP流出到电容组C1的通路；当直流支撑电容组C1充电时，存在从NP流入到三电平桥臂，从DC+流出到电容组C1的通路。当直流支撑电容组C2放电时，存在从NP流入三电平桥臂，从DC-流出到电容组C2的通路；当直流支撑电容组C2充电时，存在从DC-流入到三电平桥臂，从NP流出到电容组C2的通路。当上述三电平拓扑电路连接负载时，其电路原理如图2所示，当横管中靠近NP侧的IGBT导通时，形成图2中虚线方向所示的电流通路，即为电容组C2的放电电流流动方向。根据前面所述的三电平拓扑电路的电流通路原理，本领域技术人员可以理解其它情况下图2中所示的电路的电流流向，此处不再赘述。当上述三电平拓扑电路具有三相桥臂且连接负载时，其电路原理如图3所示，三相桥臂指图3中所示的A、B和C三相。当A相桥臂的竖管中交流输出点以上的IGBT导通，且B相桥臂的横管中靠近AC侧的IGBT导通时，形成如图3中虚线所示的电流通路，此时电容组C1通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率电路，其特征在于，包括：三电平桥臂模块和母线支撑电容模块，所述三电平桥臂模块包括至少一个桥臂；所述桥臂的正直流端子通过第一连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述桥臂的负直流端子通过第二连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述桥臂的中性端子分别通过第三连接电路、第四连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述第一连接电路与所述第三连接电路的夹角小于预设的角度阈值，和/或，所述第二连接电路与所述第四连接电路的夹角小于预设的角度阈值。

【技术特征摘要】
1.一种功率电路，其特征在于，包括：三电平桥臂模块和母线支撑电容模块，所述三电平桥臂模块包括至少一个桥臂；所述桥臂的正直流端子通过第一连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述桥臂的负直流端子通过第二连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述桥臂的中性端子分别通过第三连接电路、第四连接电路与所述母线支撑电容模块电连接；所述第一连接电路与所述第三连接电路的夹角小于预设的角度阈值，和/或，所述第二连接电路与所述第四连接电路的夹角小于预设的角度阈值。2.根据权利要求1所述的功率电路，其特征在于，所述功率电路为T-NPC三电平拓扑电路。3.根据权利要求2所述的功率电路，其特征在于，所述桥臂包括电连接的半桥电路和共射极电路；所述半桥电路的第一端为所属桥臂的正直流端子，第二端为所属桥臂的负直流端子；所述共射极电路的第一端与半桥电路的交流输出端电连接，为所属桥臂的交流输出端子，第二端为所属桥臂的中性端子。4.根据权利要求1所述的功率电路，其特征在于，所述母线支撑电容模块包括第一电容组和第二电容组；所述第一电容组通过所述第一连接电路、所述第三连接电路，分别与所述桥臂的正直流端子、中性端子电连接；所述第二电容组通过所述第二连接电路、所述第四连接电路，分别与所述桥臂的负直流端子、中性端子电连接。5.根据权利要求4所述的功率电路，其特征在于，所述第一电容组包括至少一个第一电容，所述第二电容组包括至少一个第二电容；当所述第一电容为两个以上时，各个第一电容并联；当所述第二电容为两上以上时，各个第二电容并联；所述第一电容的第一端通过所述第一连接电路与所述桥臂的正直流端子电连接，第二端通过所述第三连接电路与所述桥臂的中性端子电连接；所述第二电容的第一端通过所述第四连接电路与所述桥臂的中性端子电连接，第二端通过所述第二连接电路与所述桥臂的负直流端子电连接。6.一种功率模块，其特征在于，包括：叠层母排，以及如权利要求1～5中任一项所述的功率电路；所述三电平桥臂模块和所述母线支撑电容模块设置于所述叠层母排上；所述三电平桥臂模块设置于第一区域；所述母线支撑电容模块设置于所述第一区域正对的第二区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：符松格，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11