具有用于电振铃的衰减元件的电力转换器布置结构制造技术

提供了具有用于电振铃的衰减元件的电力转换器布置结构，该电力转换器布置结构包括：半导体开关系统，其包括至少一个可控制开关；电容器单元，其包括具有电容值的至少一个电容器，该电容器单元可操作地连接至半导体开关系统；导体布置结构，其包括适于在电容器单元与半导体开关系统之间传导电流的至少一个导体，至少一个导体具有电阻和电感，通过电阻、电感和电容形成谐振电路，电力转换器布置结构包括用于使谐振电路中的电振铃衰减的至少一个衰减元件，至少一个衰减元件与谐振电路导电性隔离，至少一个衰减元件包括铁磁材料，至少一个衰减元件磁耦合至至少一个导体，使得至少一个导体的电流强度的变化在至少一个衰减元件内感应出涡电流。

Arrangement structure of power converter with attenuator for electric ringing

【技术实现步骤摘要】
具有用于电振铃的衰减元件的电力转换器布置结构
本专利技术涉及电力转换器布置结构中的电振铃的衰减，并且更具体地涉及包括用于使电力转换器的谐振电路中的电振铃衰减的磁耦合衰减元件的电力转换器布置结构。
技术介绍
由于电路的电抗部件、电容和电感，打开和关闭电路导致电路中的电振铃。电容和电感形成LC电路，也称为谐振电路。LC电路的各个电抗部件通过导体彼此电连接，所述导体通常主要是电阻性的。由于导体的物理特性，导体之间总是存在一定量的寄生电容，导体之中也存在一定量的寄生电感。因此，具有至少两个并联安装的导体的任何电路将总是形成具有电阻特性、电感特性和电容特性的RLC电路。通过电路的打开或关闭或者诸如电路的电流的其他突然变化等导致的电振铃发生是因为存储至电路的电抗部件(L/C)的能量开始在它们之间波动直到谐振能量通过电阻耗散成热量。RLC电路的电阻部件R的电阻值(以ohms为单位)越高，则电振铃衰减得越快。电振铃现象在电力转换器布置结构中特别有害，其中，电力转换器半导体的开关频率高，通常在几百赫兹直到数十千赫兹的范围内。这样的电力转换器布置结构可以包括逆变器、变频器、DC-DC斩波器等，或者替选地，电力转换器布置结构可以形成所述装置的一部分。例如，一个变频器(变速传动装置)、逆变器、DC-DC斩波器等可以包括一个或更多个所述电力转换器布置结构。当通过关断(非导通状态)对DC链路与半导体开关之间的操作电流进行控制的半导体开关来突然降低DC链路与半导体开关之间的RLC电路中流动的操作电流时，在电力转换器中可以产生用于谐振的脉冲。因此，当谐振电路中的操作电流突然减小时，不再通过电流来保持存储到导体的电感的磁能，并且在电感的虚拟端子上形成电压(U＝dI/dt)。所产生的高于谐振电路中的电容器电压的电压产生通过电容器的电流以对谐振电路的电容器充电。因为电感器的存储磁能的减少使得电感器的电流强度变化率(dI/dt)降低，因此电感器的虚拟端子上的电压也减小，这导致现在由于所述充电而在其端子之间具有比电感器高的电压的电容器将电抗性电流馈送回电感器，因此循环以谐振方式继续。由于电路中存在电阻，因此谐振电抗能最终耗散成热量并使电路达到平衡。开关频率越高，则在下一次开关操作之前使振铃衰减的时间越短。在某些情况下，在DC链路电容器与电力转换器开关之间形成的RLC电路的电阻具有小的值(例如小于1mOhm)并且开关频率相对高(例如高于1kHz)的情况下，由电力转换器的半导体的一次开关操作导致的电振铃可能不会衰减，直到下一次开关操作发生。如果振铃(电流或电压)的电相恰好处于不利位置，则半导体的下一次开关操作将放大振铃并增加波动能量，这最终会例如由于在半导体开关的端子处的过电压而导致电力转换器发生故障。在上述情况下，由于电力转换器通常被设计得尽可能高效，因此不增加转换器的功耗因而通过降低电力转换器布置结构的效率，不能增加RLC电路的电阻值(这会增加衰减)。减少谐振电路中的电振铃的量的另一种方法是减小RLC电路的电感值和/或电容值。在电力转换器中，DC链路中需要一定量的电容用于操作电力转换器。因此，RLC电路的电容值几乎不能减少。通常将连接电力转换器的半导体(开关)与DC链路电容的正极与负极的导体(汇流条布置)形成为平板，所述平板被布置为尽可能彼此靠近，相反的极通过通常由塑料制成绝缘板彼此分隔开。由于相反极性的导体形成为彼此叠置的板并且尽可能彼此靠近放置，因此这种布置在分隔开的导体之间产生大量的寄生电容。该寄生电容使谐振电路闭合，从而形成包括DC链路电容、导体的电感、导体的电阻以及分隔开的导体之间的寄生电容的CLC电路或CLRC电路。将彼此叠置的导体彼此尽可能彼此靠近地布置减小了这样形成的汇流条布置具有的电感量。即使以这样的方式布置导体，也不能完全去除电感，并且振铃现象仍旧是个问题，特别是当半导体开关的较高开关频率的趋势持续时。较高的开关频率是优选的，因为提高了所产生的电力的质量(在THD方面)，并且这减少了对昂贵的滤波(例如电力转换器布置结构的输出处的LCL滤波器)的需求。此外，较新的半导体类型(例如IGBT，尤其是碳化硅SiC)能够实现比以前更高的开关频率，而不会增加用于开关操作的大量损耗。高频电振铃在电力转换器布置结构的电路中产生电磁干扰、过电压和增加的损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种减轻以上缺点的布置结构。本专利技术的目的通过下面描述的电力转换器布置结构来实现。本专利技术基于如下构思：将铁磁衰减元件布置成与电力转换器布置结构的RLC电路(谐振电路)的导体的电感磁耦合。铁磁衰减元件被配置成使得在铁磁材料内产生涡电流，该涡电流由变化的磁通量引起，该变化的磁通量由通过电力转换器布置结构的RLC电路的导体的电感的电流的变化强度产生。在本专利技术的优选实施方式中，铁磁衰减元件被配置成在电力转换器布置结构的RLC电路的电振铃(谐振)的频率范围内产生与在电力转换器布置结构的半导体开关的频率范围内相比的显著较多的涡电流。在另一个优选实施方式中，铁磁衰减元件被机械地和电气地布置在电力转换器布置结构的相反电压DC链路导体之间，衰减元件通过绝缘体与导体分隔开。替选地，铁磁衰减元件被布置在电力转换器布置结构的相反电压DC链路导体的相对侧上。本专利技术的布置结构的优点在于：电力转换器布置结构的谐振电路中的振铃可以被衰减，这减少了EMC发射，减少了有害的过电压尖峰并且减少了谐振电路中的功率损耗。附图说明在下文中，将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本专利技术，在附图中图1示出了根据本专利技术的电力转换器布置结构的简化电气示意图；图2示出了根据本专利技术的电力转换器布置结构的简化电气示意图；以及图3示出了根据本专利技术的电力转换器布置结构的实施方式。具体实施方式图1示出了具有RLC电路的电力转换器布置结构10的简化等效电路。一般地，图1示出了电路，在该电路中半导体开关系统100经由导体布置结构200电子地/操作地/导通地连接至电容器单元300。半导体开关系统100包括可控半导体开关SW100，其包括具有栅极(未示出)、集电极和发射极的已知的半导体开关单元，例如IGBT、SiC等。半导体开关SW100的集电极与发射极连接至半导体开关系统100端子TE101和TE102，用于将半导体开关SW100导电性地连接至外部电路，例如导体布置结构200。半导体开关系统100还包括配置成经由半导体开关SW100的栅极引脚来控制半导体开关SW100的控制器(未示出)和控制电路(未示出)。在图1中，为了简化，仅示出了一个半导体开关SW100，然而，有时在电力转换器应用中，将两个或更多个半导体开关彼此串联连接并且将负载(例如电机线圈、栅格相位阻抗等)电连接在两个或更多个半导体开关之间。因此，半导体开关系统100可以包括彼此串联或者并联的一个或更多个半导体开关SW100。在最简单的形式中，半导体开关系统100包括一个半导体开关SW100，并且半导体开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力转换器布置结构(10)，包括：/n半导体开关系统(100)，其包括至少一个可控制开关(SW100)；/n电容器单元(300)，其包括具有电容值的至少一个电容器(C301)，所述电容器单元(300)可操作地连接至所述半导体开关系统(100)；/n导体布置结构(200)，其包括适于在所述电容器单元(300)与所述半导体开关系统(100)之间传导电流的至少一个导体(210、220)，其中，所述至少一个导体(210、220)具有电阻(R203、R205)和电感(L202、L204)，并且其中，通过所述电阻(R203、R205)、所述电感(L202、L204)和所述电容(C301)形成谐振电路，/n其特征在于，所述电力转换器布置结构(10)包括用于使所述谐振电路中的电振铃衰减的至少一个衰减元件(400)，其中/n所述至少一个衰减元件(400)与所述谐振电路导电性隔离，并且/n其中，所述至少一个衰减元件(400)包括铁磁材料，并且/n其中，所述至少一个衰减元件(400)磁耦合至所述至少一个导体(210、220)，使得所述至少一个导体(210、220)的电流强度的变化在所述至少一个衰减元件(400)内感应出涡电流。/n...

【技术特征摘要】
20181025 EP 18202552.81.一种电力转换器布置结构(10)，包括：
半导体开关系统(100)，其包括至少一个可控制开关(SW100)；
电容器单元(300)，其包括具有电容值的至少一个电容器(C301)，所述电容器单元(300)可操作地连接至所述半导体开关系统(100)；
导体布置结构(200)，其包括适于在所述电容器单元(300)与所述半导体开关系统(100)之间传导电流的至少一个导体(210、220)，其中，所述至少一个导体(210、220)具有电阻(R203、R205)和电感(L202、L204)，并且其中，通过所述电阻(R203、R205)、所述电感(L202、L204)和所述电容(C301)形成谐振电路，
其特征在于，所述电力转换器布置结构(10)包括用于使所述谐振电路中的电振铃衰减的至少一个衰减元件(400)，其中
所述至少一个衰减元件(400)与所述谐振电路导电性隔离，并且
其中，所述至少一个衰减元件(400)包括铁磁材料，并且
其中，所述至少一个衰减元件(400)磁耦合至所述至少一个导体(210、220)，使得所述至少一个导体(210、220)的电流强度的变化在所述至少一个衰减元件(400)内感应出涡电流。


2.根据权利要求1所述的电力转换器布置结构(10)，其中，所述半导体开关系统(100)具有至少一个开关频率fSW或者至少一个开关频率范围fSW_range，并且
所述谐振电路具有至少一个谐振频率fres或者至少一个谐振频率范围fres_range，其中
所述至少一个谐振频率fres或者至少一个谐振频率范围fres_range与所述至少一个开关频率fSW或者所述至少一个开关频率范围fSW_range不同，并且其中
所述至少一个衰减元件(400)适于在所述谐振电路的所述至少一个谐振频率fres处或者所述至少一个谐振频率范围fre...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·金努宁，马蒂·莱蒂宁，尤卡佩卡·基蒂莱，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH