用于大功率变流器的相位模块制造技术

本发明专利技术涉及一种用于大功率变流器(3)的相位模块(1)，相位模块具有：第一汇流排(11)、第二汇流排(12)和至少两个半导体模块(4)，其中第一汇流排(11)与半导体模块(4)的交流电压端子(41)连接，其中第二汇流排(12)与半导体模块(4)的直流电压端子(42)连接。为了改进具有并联设置的半导体模块(4)的相位模块(1)的运行特性而提出：第一汇流排和第二汇流排(11、12)至少逐段地彼此以一间距设置，间距的值低于半导体模块(4)之一的交流电压端子(41)和直流电压端子(42)之间的间距值的一半，其中第一汇流排和/或第二汇流排(11、12)具有至少一个隔片(15)，其直角地设置在汇流排(11、12)的其余部分上并且将汇流排(11、12)与半导体模块(4)之一的直流电压端子(42)中的或交流电压端子(41)中的至少一个连接，其中隔片(15)沿着这一个半导体模块(4)的表面设置。此外，本发明专利技术涉及具有至少两个这种相位模块(1)的大功率变流器(3)，其中相位模块(1)的交流电压端子(41)形成大功率变流器(3)的相位端子。此外，本发明专利技术涉及一种用于运行这种相位模块(1)或这种大功率变流器(3)的方法，其中与经过相应的半导体模块(4)的模块电流(i1、i2、i3)无关地进行对并联设置的半导体模块(4)的驱控。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于大功率变流器的相位模块
本专利技术涉及一种用于大功率变流器的相位模块，相位模块具有：第一汇流排、第二汇流排和至少两个半导体模块，其中第一汇流排与半导体模块的交流电压端子连接，其中第二汇流排与半导体模块的直流电压端子连接。此外，本专利技术涉及一种大功率变流器以及一种用于运行这种相位模块或这种大功率变流器的方法。
技术介绍
大功率变流器用于对用电器、即例如马达供应电能。在此，大功率变流器能够在其交流电压输出端处提供具有变化的电压大小的和变化的频率的电压。大功率变流器的各个交流电压输出端称作为相位。各个相位能够在大功率变流器中通过所谓的半导体模块形成。半导体模块包括一个交流电压端子和至少两个直流电压端子。半导体模块通常是具有至少两个半导体开关的装置，所述半导体开关实现：将两个或更多个直流电压端子中的一个与交流电压端子连接。通过开关半导体开关，时间上平均地可在交流电压端子处产生可预设的电压。半导体开关例如为IGBT，它们根据其驱控改变其开关状态(导通/截止)。IGBT具有如下特性：能够以高开关频率运行。具有两个直流电压电势的半导体模块的简单实施方案例如是所谓的半桥。半桥具有两个半导体开关构成的串联电路，其中两个半导体开关的连接点是交流电压端子。直流电压端子处于串联电路的外端部处。为了提高大功率变流器的一个相位的电功率，能够将多个半导体模块电并联地设置。各个半导体模块的模块电流在此相加成总电流。在此，模块电流是在运行中流经相应半导体模块的电流。在半导体模块的并联电路中、即在电并联装置中，例如借助于汇流排分别将各种半导体模块的不同直流电压端子和交流电压端子彼此连接。这种装置在下文中称作为相位模块。汇流排根据横截面适合于引导大电流。与线缆相反，汇流排具有低电感。由于低电感，汇流排尤其适合于能够以高开关频率运行的半导体模块，尤其是功率半导体。特别地，如今的IGBT模块属于实现以高开关频率运行的半导体模块或功率半导体的组。汇流排在此大多由于高电导率而由铜制造。由于铜的价格高，因此汇流排在横截面和传导路径方面优化，以便保持低材料使用情况进而还有低母线(Verschienung)成本。除了具有两个直流电压端子的相位模块之外，也存在具有超过两个直流电压电势、尤其是三个或五个电势的相位模块，以用于构建3点、5点大功率变流器或通常n点大功率变流器。在申请号15201849.5的欧洲专利申请中，公开了一种汇流排装置，其中两个汇流排为了与直流电压中间回路连接而尽可能重叠地构成，以便消除或减小半导体开关的端子处的干扰性电场。借此实现以高频率来开关半导体开关。
技术实现思路
本专利技术基于如下目的：对具有电并联设置的半导体模块的相位模块在其运行特性方面进行改进。所述目的通过用于大功率变流器的相位模块实现，相位模块具有第一汇流排、第二汇流排和至少两个半导体模块，其中第一汇流排与半导体模块的交流电压端子连接，其中第二汇流排与半导体模块的直流电压端子连接，其中第一汇流排和第二汇流排至少逐段地彼此间以如下一间距设置，该间距的值低于半导体模块之一的交流电压端子和直流电压端子之间的间距值的一半。此外，该目的通过一种具有至少两个这种相位模块、尤其具有三个这种相位模块的大功率变流器来实现，其中相位模块的交流电压端子形成大功率变流器的相位。此外，该目的通过一种用于运行这种相位模块或这种大功率变流器的方法来实现，其中与经过相应的半导体模块的模块电流无关地进行对并联设置的半导体模块的驱控。本专利技术的有利的设计方案在从属权利要求中说明。本专利技术基于如下知识：通过如下方式能够改进电并联设置的半导体模块之间的电流分配：即经过半导体模块的各个电流路径具有相同的电感。电流路径是如下网目，所述网目从中间回路分别经由至少一个半导体模块延伸直至负载并且返回至中间回路。尤其当以高开关频率运行半导体模块时，低电感是有利的，因为，随着频率的提高，电感对于各个并联半导体模块的电流分布的影响比欧姆份额更大。在以高频率、尤其千赫兹(kHz)和更高频率的范围中运行时，甚至低电感或低电感差对于各个半导体模块的电流分布(也称作为电流分配)也具有相对高的影响。当经过并联设置的电流模块的电流支路具有相同的电感时，能够实现总电流到相应的半导体模块中的各个模块电流中的一种均匀的、至少一种近似均匀的电流分配。于是，各个并联的半导体模块的模块电流至少近似等大。在此，在半导体模块的电并联设置的情况下，半导体模块在其交流电压端子方面以及在其直流电压端子方面通过相应的汇流排并联。在功率电子装置中，在构建大功率变流器时经常需要半导体模块的并联电路，以便与借助各个半导体模块可行的情况下相比能够将更大的电流导入到各个相位中。此外还有利地可能：将大功率变流器模块化地构成，并且经过并联的半导体模块的数量来缩放进而匹配于所需要的电导率。在此，优选将IGBT模块用作为半导体模块。由于其高开关频率在要通过相位模块或通过大功率变流器传输的功率大的情况下，尤其对于经过各个并联设置的半导体模块的电流路径的电感中的差别，这些模块是易受影响的。换言之，各个网目中的或经过不同的并联半导体模块的各个电流路径中的不同的电感还由于处于千赫兹(kHz)、尤其1kHz至20kHz范围中的高开关频率而引起经过并联半导体模块的电流的特别大的误差分布。误差分布反应在经过各个并联的半导体模块的不同大小的模块电流中。在此，各个半导体模块的功率仅部分地未令人满意地利用。不同电流路径的电感还与由相应的模块电流的电流路径所包围的面相关。其示出：在此尤其处于半导体模块附近的面积份额是有重要意义的。为了将在交流电压端子处相加成总电流的不同模块电流的电流路径的包围的面等大地构成，证实为有利的是：用于连接交流电压端子的第一汇流排和用于连接直流电压端子的第二汇流排至少逐段地以彼此间尽可能小的间距设置。因为半导体模块具有至少两个直流电压电势，所以除了该直流电压端子之外也具有至少一个另外的直流电压端子，其在运行时具有与该直流电压端子不同的电势。为了连接该另外的直流电压端子能够设有第三汇流排。证实为有利的是：第三汇流排也距第一和第二汇流排尽可能近地设置。在此，对于第一汇流排和第三汇流排之间的间距能够考虑与对于第一和第二汇流排的间距相同的标准。因此，在本专利技术的一个有利的设计方案中第一和第三汇流排能够至少逐段地彼此间以如下一间距设置，该间距的值低于半导体模块之一的交流电压端子和另外的直流电压端子之间的间距值的一半。第二和第三汇流排彼此电绝缘地构成，因为它们在运行中具有不同的电势。至今为止，汇流排的设置首先出于材料使用的观点来进行。因此，用于交流电压端子和直流电压端子的汇流排大致以如下一间距设置，该间距在忽略汇流排宽度情况下对应于在半导体模块处的交流电压端子和直流电压端子的间距。如果汇流排现在明显彼此较近地设置，那么尤其已经在将间距减半时就能观察各个模块电流的电流路径(网目)的电感的调整，所述调整引起半导体模块之间明显更好的电流分配。借此，降低各个半导体模块之间的误差分布。还更小的间距引起进一步改进电流分配或引起进一步降低误差分布。相位模块的优点尤其在于：通过减小的间距将感应决定的电压(自感或感应耦合)对经过并联的半导体模块、尤其IGBT的模块电流的影响最小化。于是，欧姆份额和在所述欧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大功率变流器(3)的相位模块(1)，所述相位模块具有：‑第一汇流排(11)，‑第二汇流排(12)和‑至少两个半导体模块(4)，其中所述第一汇流排(11)与所述半导体模块(4)的交流电压端子(41)连接，其中所述第二汇流排(12)与所述半导体模块(4)的直流电压端子(42)连接，其特征在于，所述第一汇流排和所述第二汇流排(11、12)至少逐段地彼此以一间距设置，该间距的值低于所述半导体模块(4)中的一个半导体模块的交流电压端子(41)和直流电压端子(42)之间的间距值的一半，其中所述第一汇流排和/或所述第二汇流排(11、12)具有至少一个隔片(15)，所述隔片直角地设置在所述汇流排(11、12)的其余部分上并且将所述汇流排(11、12)与所述半导体模块(4)中的一个半导体模块的所述直流电压端子(42)中的至少一个直流电压端子或所述交流电压端子(41)中的至少一个交流电压端子连接，其中所述隔片(15)沿着这一个半导体模块(4)的表面设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.10 EP 16168984.91.一种用于大功率变流器(3)的相位模块(1)，所述相位模块具有：-第一汇流排(11)，-第二汇流排(12)和-至少两个半导体模块(4)，其中所述第一汇流排(11)与所述半导体模块(4)的交流电压端子(41)连接，其中所述第二汇流排(12)与所述半导体模块(4)的直流电压端子(42)连接，其特征在于，所述第一汇流排和所述第二汇流排(11、12)至少逐段地彼此以一间距设置，该间距的值低于所述半导体模块(4)中的一个半导体模块的交流电压端子(41)和直流电压端子(42)之间的间距值的一半，其中所述第一汇流排和/或所述第二汇流排(11、12)具有至少一个隔片(15)，所述隔片直角地设置在所述汇流排(11、12)的其余部分上并且将所述汇流排(11、12)与所述半导体模块(4)中的一个半导体模块的所述直流电压端子(42)中的至少一个直流电压端子或所述交流电压端子(41)中的至少一个交流电压端子连接，其中所述隔片(15)沿着这一个半导体模块(4)的表面设置。2.根据权利要求1所述的相位模块(1)，其中所述第一汇流排和所述第二汇流排(11、12)至少逐段地彼此间以一间距设置，该间距的值处于一个确保所述第一汇流排和所述第二汇流排(11、12)之间的安全绝缘的数量级中。3.根据权利要求1或2所述的相位模块(1)，其中所述第一汇流排和所述第二汇流排(11、12)至少逐段地彼此间以一间距设置，该间距的值低于所述第一汇流排和/或所述第二汇流排(11、12)的厚度或宽度的值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的相位模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·博伊葛克，于尔根·伯默尔，吕迪格·克勒费尔，埃伯哈德·乌尔里希·克拉夫特，简·魏格尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE