一种吸收电路、中点箝位型三电平电路及逆变器的制作方法

本实用新型涉及中点箝位型三电平电路技术领域，具体而言，涉及一种吸收电路、中点箝位型三电平电路及逆变器。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，以高压IGBT为代表的性能优异的逆变器的发展引人注目，其中，中点箝位型逆变器得到广泛应用。在中点箝位型三电平逆变器的电路中，IGBT管关断或续流二极管反向恢复时，过高的电流变化率会在IGBT管和二极管两端产生电压尖峰并引起震荡，容易使电路中的IGBT管或二极管等元器件受到损坏，依靠现有技术中的多层复合母排设计不足以消除中点箝位型三电平电路中杂散电感所引起的尖峰电压，不能保证IGBT和二极管的安全工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种吸收电路、中点箝位型三电平电路及逆变器，以减少中点箝位型三电平电路中各元器件的损坏，保障了电路的安全运行。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种吸收电路，包括第一输入端、第二输入端和吸收模块；

所述第一输入端的一端与第一IGBT模块连接；

所述第二输入端的一端与第二IGBT模块连接；

所述吸收模块包括：在所述第一输入端的另一端和所述第二输入端的另一端之间顺序串联的电容C1与二极管D11，在所述第一输入端的另一端和任一母线之间顺序串联的二极管D12和电阻R1；

其中，二极管D11的阳极与电容C1的一端连接，二极管D11的阴极与所述第二输入端的另一端连接；

二极管D12的阴极与所述第一输入端的另一端连接，二极管D12的阳极与电阻R1连接。

可选的，电容C1的电容量为1uF、耐压值为1KV，二极管D11和二极管D12的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R1的阻值为13Ω。

可选的，吸收电路还包括：第三IGBT模块、第一均压模块、第四IGBT 模块和第二均压模块；

所述第三IGBT模块的集电极和所述第一IGBT模块的发射极之间连接有所述第一均压模块；

所述第二IGBT模块的集电极和所述第四IGBT模块的发射极之间连接第二均压模块。

可选的，所述第一均压模块，包括：

在所述第三IGBT模块的集电极和所述第一IGBT模块的发射极之间顺序串联的电容C4、电阻R2和电阻R6，在所述第三IGBT模块的集电极和电阻R6之间连接的二极管D5；其中，二极管D5的阴极连接所述第三IGBT 模块的集电极，二极管D5的阳极连接电阻R6；

在电阻R6和所述第一IGBT模块的发射极之间顺序串联的电容C5和电阻R3，在电阻R6和所述第一IGBT模块的发射极之间连接的二极管D6；其中，二极管D6的阴极连接电阻R6，二极管D6的阳极连接所述第一IGBT 模块的发射极。

可选的，电容C4和电容C5的电容量为470pF、耐压值为2KV，二极管D5和二极管D6的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R6的阻值为100Ω。

可选的，所述第二均压模块，包括：

在所述第二IGBT模块的集电极和所述第四IGBT模块的发射极之间顺序串联的电容C6、电阻R4和电阻R7，在所述第二IGBT模块的集电极和电阻R7之间连接的二极管D7；其中，二极管D7的阴极连接所述第二IGBT 模块的集电极，二极管D7的阳极连接电阻R7；

在电阻R7和所述第四IGBT模块的发射极之间顺序串联电容C7和电阻R5，在电阻R7和所述第四IGBT模块的发射极之间连接的二极管D8；其中，二极管D8的阴极连接电阻R7，二极管D8的阳极连接所述第四IGBT 模块的发射极。

可选的，电容C6和电容C7的电容量为470pF、耐压值为2KV，二极管D7和二极管D8的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R7的阻值为100Ω。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种中点箝位型三电平电路，包括上述吸收电路，还包括：

在正母线和负母线之间顺序串联的所述第三IGBT模块、所述第一 IGBT模块、所述第二IGBT模块和所述第四IGBT模块；

在正母线和负母线之间顺序串联的电容C2和电容C3；

在所述第三IGBT模块的发射极与所述第四IGBT模块的集电极之间顺序串联的二极管D9和二极管D10；其中，二极管D9的阴极连接所述第三IGBT模块的发射极，二极管D9的阳极连接二极管D10的阴极，二极管D10 的阳极连接所述第四IGBT模块的集电极。

可选的，还包括：

在所述第一IGBT模块的发射极和电容C2的一端之间连接的电感L1；

二极管D9的阳极和电容C2的一端相连。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种逆变器，包括上述中点箝位型三电平电路；

所述逆变器用于将直流电转变成交流电。

本申请实施例提供的吸收电路，通过第一输入端的一端与第一IGBT模块连接，第二输入端的一端与第二IGBT模块连接，在所述第一输入端的另一端和所述第二输入端的另一端之间顺序串联的电容C1与二极管D11，在所述第一输入端的另一端和任一母线之间顺序串联的二极管D12和电阻R1，组成了吸收电路。在第一IGBT模块或第二IGBT模块动态变化时，产生的杂散电感会被本申请的提供的吸收电路吸收，抑制了尖峰电压的产生，保障了电路中各个器件的安全性，使得电路安全运行。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种吸收电路的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的一种均压吸收电路的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的一种中点箝位型三电平电路的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的一种传统的3RCD吸收电路的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的一种2RCD吸收电路的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的一种详细的吸收电路的结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的另一种详细的吸收电路的结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的另一种详细的吸收电路的结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的一种详细的均压吸收电路的结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例所提供的一种详细的中点箝位型三电平电路的结构示意图；

图11示出了本实用新型实施例所提供的另一种详细的中点箝位型三电平电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在现有技术中，三电平逆变器的吸收电路主要是将两电平吸收电路拓展到三电平电路中，三电平逆变器无损吸收电路在中高电压应用场合仍旧采用传统RCD吸收电路。

图4为传统的3RCD吸收电路，这种吸收电路可以在IGBT管关断或续流二极管反向恢复时，吸收在IGBT管和二极管两端产生尖峰电压，但是这种3RCD吸收电路所用元器件较多，而且，会导致三电平逆变器内外管电压的不平衡。

如图5所示，为解决上述三电平逆变器的内外管电压的不平衡的问题，将3RCD吸收电路改进成了一种简单的2RCD吸收电路。该2RCD吸收电路解决了上述3RCD吸收电路在三电平逆变器主电路内外管电压不均的问题。但是该2RCD吸收电路在中点箝位型三电平电路中，吸收电容会在充电路径中形成的瞬时短路电流，短路电流叠加在IGBT管上时，增加电流应力，从而会对功率器件安全运行造成威胁，限制了其在实际工程中的应用。

针对以上问题，如图1所示，本申请提供了一种吸收电路，包括：第一输入端101、第二输入端102和吸收模块103；

所述第一输入端101的一端与第一IGBT模块104连接；

这里，第一输入端101用于连接第一IGBT模块104与吸收电路103。

这里，第一IGBT模块104是二极管D2与IGBT管Q2并联组成，二极管D2的阴极接IGBT管Q2的集电极，二极管D2的阳极接IGBT管Q2的发射极。

所述第二输入端102的一端与第二IGBT模块105连接；

这里，第二输入端102用于连接第二IGBT模块105与吸收电路103。

这里，第二IGBT模块105是二极管D3与IGBT管Q3并联组成，二极管D3的阴极接IGBT管Q3的集电极，二极管D3的阳极接IGBT管Q3的发射极。

所述吸收模块103包括：在所述第一输入端101的另一端和所述第二输入端102的另一端之间顺序串联的电容C1与二极管D11，在所述第一输入端101的另一端和母线之间顺序串联的二极管D12和电阻R1；

这里，母线指的是负母线。

其中，二极管D11的阳极与电容C1的一端连接，二极管D11的阴极与所述第二输入端102的另一端连接；二极管D12的阴极与所述第一输入端101的另一端连接，二极管D12的阳极与电阻R1连接。

在具体实施中，电容C1的一端与第一输入端101连接，电容C1的另一端与二极管D11的阳极连接，二极管D11的阴极与所述第二输入端102 的连接；二极管D12的阴极与二极管D11的阳极连接，二极管D12的阳极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接负母线。

在具体实施中，如图6所示的吸收电路的具体元件连接电路图中， IGBT管Q2与IGBT管Q3在任何时刻都至少有一个是导通状态，当IGBT 管Q2、IGBT管Q3其中一只关断时，换流路径较长，路径上的杂散电感都会增加被关断的IGBT管的尖峰电压，通过吸收电路，杂散电感的能量释放到电容C1上，电容C1用来吸收被关断的IGBT管的尖峰电压，保障被关断的IGBT管不会受到尖峰电压的损坏。当IGBT管Q2与IGBT管Q3都处于导通状态时，与电容C1连接的二极管D12就会导通，电容C1存储的能量会通过二极管D12和电阻R1释放一部分。

在吸收电路中电容C1的电容量为1uF、耐压值为1KV，二极管D11和二极管D12的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R1 的阻值为13Ω。

如图7所示，如果母线是正母线，本申请提供了另一种吸收电路的实施例，在所述第一输入端101的另一端和所述第二输入端102的另一端之间顺序串联的二极管D13与电容C10，在所述第一输入端101的另一端和正母线之间顺序串联的电阻R10和二极管D14。

在具体实施中，二极管D13的阳极与第一输入端101连接，二极管 D13的阴极与电容C10的一端连接，电容C10的另一端与所述第二输入端 103的连接；二极管D13的阴极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与二极管D14的阳极连接，二极管D14的阴极连接正母线。

在具体实施中，如图8所示的吸收电路的具体元件连接电路图中， IGBT管Q2与IGBT管Q3在任何时刻都至少有一个是导通状态，当IGBT 管Q2、IGBT管Q3其中一只关断时，换流路径较长，路径上的杂散电感都会增加被关断的IGBT管的尖峰电压，通过吸收电路，杂散电感的能量释放到电容C10上，电容C10用来吸收内管关断时的尖峰电压。当IGBT管 Q2与IGBT管Q3都处于导通状态时，与电容C10连接的二极管D14就会导通，电容C10存储的能量会通过二极管D14和电阻R10释放一部分。

在吸收电路中电容C10的电容量为1uF、耐压值为1KV，二极管D13 和二极管D14的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻 R10的阻值为13Ω。

本实施例中，由电阻、电容、二极管组成的吸收电路，有效的抑制了电路中，IGBT管Q2、IGBT管Q3其中一只关断时产生的尖峰电压，减小了 IGBT管的关断损耗，提高电路中元器件的可靠性。而且在吸收电路的整个工作过程中，吸收电容与吸收电阻的电压仅在微小范围内变化，电流极小，电路损耗也较小，使得整个电路的工作效率得到提高。

这里，吸收电容指得是电容C1和电容C10，吸收电阻指的是电阻R1和电阻R10。

如图2所示，在图1的基础上本申请提供了一种均压吸收电路的结构示意图，包括：第三IGBT模块201、第一均压模块202、第四IGBT模块 203和第二均压模块204；

所述第三IGBT模块201的集电极和所述第一IGBT模块104的发射极之间连接有所述第一均压模块202。

这里，第三IGBT模块201是二极管D1与IGBT管Q1并联组成，二极管D1的阴极接IGBT管Q1的集电极，二极管D1的阳极接IGBT管Q1的发射极。

所述第一均压模块202，包括：在所述第三IGBT模块201的发射极和所述第一IGBT模块202的集电极之间顺序串联的电容C4、电阻R2和电阻R6，在所述第三IGBT模块201的集电极和电阻R6之间连接的二极管D5；其中，二极管D5的阴极连接所述第三IGBT模块201的集电极，二极管D5的阳极连接电阻R6；

在电阻R6和所述第一IGBT模块102的发射极之间顺序串联的电容 C5和电阻R3，在电阻R6和所述第一IGBT模块102的发射极之间连接的二极管D6；其中，二极管D6的阴极连接电阻R6，二极管D6的阳极连接所述第一IGBT模块102的发射极。

其中，电容C4和电容C5的电容量为470pF、耐压值为2KV，二极管 D5和二极管D6的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R6的阻值为100Ω。

所述第二IGBT模块105的集电极和所述第四IGBT模块203的发射极之间连接第二均压模块204。

这里，第四IGBT模块203是二极管D4与IGBT管Q4并联组成，二极管D4的阴极接IGBT管Q4的集电极，二极管D4的阳极接IGBT管Q4的发射极。

所述第二均压模块204，包括：在所述第二IGBT模块105的集电极和所述第四IGBT模块203的发射极之间顺序串联的电容C6、电阻R4和电阻R7，在所述第二IGBT模块105的集电极和电阻R7之间连接的二极管D7；其中，二极管D7的阴极连接所述第二IGBT模块105的集电极，二极管D7的阳极连接电阻R7；

在电阻R7和所述第四IGBT模块204的发射极之间顺序串联电容C7 和电阻R5，在电阻R7和所述第四IGBT模块204的发射极之间连接的二极管D8；其中，二极管D8的阴极连接电阻R7，二极管D8的阳极连接所述第四IGBT模块204的发射极。

其中，电容C6和电容C7的电容量为470pF、耐压值为2KV，二极管 D7和二极管D8的最大整流电流为30A、最高反向工作电压为1.2KV，电阻R7的阻值为100Ω。

在具体实施中，如图9所示的均压吸收电路的具体元件连接电路图，其中，IGBT管Q1为一个半桥模块，IGBT管Q4为一个半桥模块，IGBT管 Q2和IGBT管Q3为一个半桥模块，IGBT管Q1和IGBT管Q4称为外管，IGBT 管Q2和IGBT管Q3称为内管。在IGBT管导通或关断的过程中，由于每个 IGBT管的触发能力不同，开关时间或者性能也是有差异的，这些原因造成IGBT管在开关的过程中会出现开关速度的不一致。如果两个串联的 IGBT内管和IGBT外管都做开通操作时，先开通的IGBT管两端电压先降下来，后开通的那个IGBT管会承受几乎全部的电压。如果两个串联的IGBT 内管和IGBT外管都做关断操作时，后关断的IGBT管两端的电压不变，先关断的IGBT管会承受全部的电压。

当串联的两个IGBT管做相同操作时，均压电路中的电容对先关断的 IGBT管两端的电荷进行调节与控制，或者均压电路中的电容对后开通的 IGBT管两端的电荷进行调节与控制，使串联的IGBT内管和IGBT外管两端的电压达到平衡，起到动态均压的效果。通过采用有电阻、电容、二极管组成的对称的均压电路，在串联的两个IGBT管做相同操作时，能够有效的均衡电路中IGBT内管和IGBT外管的电压，使串联的IGBT内管和IGBT 外管两端的电压达到平衡，起到动态均压的效果。电阻R6和电阻R7在均压电路中起到保护作用。

如图3所示，在图2的基础上本申请提供了一种中点箝位型三电平电路，包括：

在正母线和负母线之间顺序串联的所述第三IGBT模块201、所述第一IGBT模块102、所述第二IGBT模块105和所述第四IGBT模块203；

在正母线和负母线之间顺序串联的电容C2和电容C3；

在所述第三IGBT模块201的发射极与所述第四IGBT模块203的集电极之间顺序串联的二极管D9和二极管D10；其中，二极管D9的阴极连接所述第三IGBT模块201的发射极，二极管D9的阳极连接二极管D10的阴极，二极管D10的阳极连接所述第四IGBT模块203的集电极。

在所述第一IGBT模块102的发射极和电容C2的一端之间连接的电感 L1；

二极管D9的阳极和电容C2的一端相连。

在具体实施中，吸收电路的均压电路使得中点箝位型三电平电路中的 IGBT管的电压均衡，吸收电路中的吸收模块可以在IGBT内管关断时，吸收 IGBT内管两端的电压尖峰，吸收电路中的均压电路和吸收模块共同保障了中点箝位型三电平电路中IGBT管的安全性。

如图10所示，本申请提供了一种详细的中点箝位型三电平电路，当IGBT 管Q2与IGBT管Q3都处于导通状态时，吸收模块中的电容C1吸收的杂散电感能量会通过二极管D12和电阻R1被释放一部分，另一部分会被释放到电容C3上。

如图11所示，本申请提供了另一种详细的中点箝位型三电平电路，当 IGBT管Q2与IGBT管Q3都处于导通状态时，吸收模块中的电容C10吸收的杂散电感能量会通过二极管D14和电阻R10被释放一部分，另一部分会被释放到电容C2上。

本申请提供的中点箝位型三电平电路可以减小IGBT管关断损耗，以及电路中内外管同时操作时电压不均的问题，保护了中点箝位型三电平电路中IGBT内管，抑制了内管关断时产生的电压尖峰。

本申请提供了一种逆变器，包括本申请中的中点箝位型三电平电路，所述逆变器用于将直流电转变成交流电。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。