电源转换器装置制造方法及图纸

电源转换器装置，包括直流电源，与直流电源并联的半导体堆，具有多个半导体器件和冷却半导体器件的冷却装置，半导体器件和冷却装置堆叠并互相压置，与直流电源并联的缓冲器电路，具有电容器和二极管的串联电路，和与二极管并联的电阻器，电容器的一端置于紧邻半导体堆以使由电流流入端点产生的磁通量抵消由电流流入半导体堆引起的磁通量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的权利要求享有1999年9月6提出的日本专利申请NO.11-251051的优先权，该申请的整个内容在此引为参考。本专利技术涉及一种运用高速半导体开关器件的电源转换器装置，包括一个抑制浪涌电压的缓冲器电路，特别涉及一种缓冲器电路的线路结构。近年来，在高速开关方面作为电源转换器或者电源逆变器的功率半导体开关器件有显著的进展。例如，GCT(栅传递晶闸管)是一种高速半导体开关器件的电流门触发器，IGBT(绝缘栅双极晶体三极管)、IEGT(注入加强栅晶体管)是高速半导体开关器件的电压门触发器类。这些能够对3-6KV的电压和3-4KA的电流进行开关控制的高速半导体开关器件，已经得到了发展并实际应用。而且，因为半导体开关器件在其关闭时dv/dt阻抗已经得到了提高，所以缓冲器电路力图做得尺寸更小，损耗更低。附图说明图1表示传统的采用GTO为半导体开关器件的NPC(中性点箝位)逆变器的电路图。缓冲器电路2a，3a，4a和5a分别连接到GTO开关器件2，3，4和5。各个缓冲器电路2a-5a抑制在开关控制GTO开关器件2-5时产生的浪涌电压，每个缓冲器电路2a-5a包括一个电容器，一个二极管和一个电阻。近年来，随着高性能GCT、IGBT和IEGT投入使用，紧缩的缓冲器电路或电容器逐渐与直流电源连用。这些高速半导体开关器件在性能上可以在1-2微秒将上千安培的电流切断为0。在切断大电流时，产生了由线路电感和电流上升率(dI/dt)的乘积表示的浪涌电压。如果浪涌电压峰值或电压上升率(dV/dt)高于半导体开关器件的压容量，半导体开关器件就可能永久性破坏。因此，浪涌电压小于半导体开关器件的压容量是重要的。然而，在采用高速半导体开关器件的大容量类型电源转换器中，由于任一个充电和放电缓冲器电路或紧缩的缓冲器电路是与各个半导体开关器件相连，电源转换器尺寸变大且费用增高。由此，需要配置一种装置，通过唯一的紧缩的缓冲器电路按采用小耐压容量的半导体开关器件的电源转换器的相同方式联接到直流电源。也就是说，需要配置毋须将缓冲器电路附在各个半导体开关器件的一种抑制浪涌电压的装置。由此，本专利技术的一个目的是提供一种电源转换器装置，该装置可以降低在开关控制半导体开关器件时产生的浪涌电压，并且保护半导体开关器件免遭浪涌电压的损坏。本专利技术提供一个电源转换器装置，包括一个直流电源，一个半导体堆，与直流电源并联，还具有多个半导体器件和使半导体器件冷却的冷却装置，半导体器件和冷却装置堆叠且相压置，与直流电源并联的缓冲器电路，有一个电容器和二极管的串联电路，和与二极管并联的电阻器，电容器的一端配置为紧邻半导体堆，以使由电流流入端点产生的磁通量抵消由电流流入半导体堆引起的磁通量。结合附图，参考以下详细说明，本专利技术更为完善的价值和许多附加的优点将更容易得到，这一点变得更加能够理解。图1是说明采用GTO的传统三阶NPC逆变器装置的主电路电路图。图2是说明本专利技术第一实施例的三阶NPC逆变器装置的主电路电路图。图3是第一实施例半导体堆的结构主示图。图4是第一实施例半导体堆的透视图。图5是第一实施例中性点汇流排的透视图。图6是第一实施例NPC逆变器装置的U相电路的电流流向的电路图。图7是对第一实施例的NPC逆变器装置的半导体开关器件施加浪涌电压的波形图。图8是第一实施例NPC逆变器装置的二极管瞬态“开”电压的波形图。图9是第二实施例的NPC逆变器的半导体堆的结构主示图。根据图示的实施例，下面将对本专利技术进行详细说明。(第一实施例)结合图2-8，将对本专利技术的第一实施例采用IEGT的三阶NPC逆变器装置进行说明。如图2所示，第一实施例中NPC逆变器装置的主电路包括一个具有平滑电容器1a和1b的直流电源，U相电路，V相电路以及W相电路。电容器1a接在直流电源正极与中性点间。电容器1b接在直流电源负极与中性点间。各个U，V和W相电路都与直流电源相连，且形式相同。U相电路包括半导体开关器件6，7，8，9，第一与第二联接二极管10和11，两个缓冲器电路12。各个半导体开关器件6-9包括一个IEGT和一个与IEGT反向并联的二极管。各个缓冲器电路12分别联接在正极与中性点之间，以及负极和中性点间也各有一个。每个缓冲器电路12包括一个缓冲器电容器12a，缓冲器二极管12b和放电电阻器12c。下面将对安装上述主电路的半导体堆18进行说明。通常，主电路采取空气冷却或水冷却。图3和图4给出了包括图2所述的U相电路的一个半导体堆18水冷却的情况。图4给出了水冷却的冷却管31。如图3和图4，第一和第二联接二极管10和11相互串联，中间隔一个中性点汇流排14C，都置于半导体堆18的中部。即汇流排14C与第一和第二联接二极管10和11的中性点联接。图3中，中性点的右侧是直流电源的正极，中性点的左侧是直流电源的负极。第一联接二极管10，绝缘隔离件16，半导体开关部件6和7，以及为半导体开关部件6，7冷却的散热片13都置于半导体堆18的正极侧。同样第二联接二极管11，绝缘隔离件16，半导体开关部件8和9，以及为半导体开关部件8，9冷却的散热片13都置于半导体堆18的负极侧。半导体开关部件6-9，联接二极管10和11，散热片13，和绝缘隔离件16都堆置并以一定压力互相压叠。按上述结构的半导体堆18与直流电源和缓冲器电路12联接。每个缓冲器电容器12a的外壳12a1都由黄铜或类似材料构成形成端点。外壳12a1置于紧邻半导体堆18，这样由电流流入外壳12a1(终端)产生的磁通量抵消由电流流入半导体堆18产生的磁通量，而且外壳12a1直接与散热片13相连。缓冲器电容器12a的各另一端分为六个端点并包括一个与如图4中的12a1相绝缘的绝缘子12a2。各个端点联接到缓冲器二级管12b的端点(正极或负极)。缓冲器二极管12b的另一端点是中性点，直接联接到冷却缓冲器二极管12b的散热片17。即散热片17与中性点联接。如图5所示，具有联接缓冲器二极管12b并使缓冲器二极管12b冷却的功能的散热片17保证了中性点汇流排14C形成一个NPC逆变器装置的中性点。如图3和5，汇流排14C固定在联接二极管10和11的正极与负极间，该联接二极管10和11置于半导体堆18的中部形成T状。T状汇流排14C的固定面32面积大于散热片17的固定面33面积。上面的描述中，虽然汇流排14C形成的是T状，汇流排还可以形成倒L状。此时，联接二极管10和11的正极和负极都连接到L状汇流排上。只要L状汇流排的固定面面积大于散热片17的固定面33的面积的一半，可以取得与T状汇流排14C相同的效果。参考图3和6，在第一实施例中的半导体堆18中，将对输出一个正电平，一个中性电平和一个负电平的NPC逆变器装置的电联接模式进行说明。由于负电平输出模式的电流方向仅相反，省去对负电平的输出模式的描述。图6中箭头A表示U相电路的电平的输出模式。电流流经正极汇流排14P，半导体开关部件6，半导体开关部件7，和输出汇流排14U。对于半导体堆18具有图3所示的半导体开关部件6和7，电流流经正极汇流排14P，散热片13，半导体开关部件6，散热片13，半导体开关部件7，散热片13，以及图3中箭头A所示的输出汇流排14U。图6中箭头B和C表示U相电路中点电平的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源转换器装置，其特征在于，包括： 一个直流电源； 一个半导体堆，与所述的直流电源并联，具有多个半导体器件和冷却所述半导体器件的冷却装置，所述半导体器件和所述冷却装置堆叠并互相压置；以及 一个缓冲器电路，与所述直流电源并联，具有电容器和二极管组成的串联电路，和与所述二极管并联的电阻器， 所述电阻器的一端置为紧邻所述半导体堆以使由电流流入所述端点产生的磁通量抵消由电流流入所述半导体堆引起的磁通量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤和弘，中嶋亮，市川耕作，
申请(专利权)人：东芝株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]