一种三电平逆变器功率单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，更具体地说，是涉及一种三电平逆变电路及其模块化结构。
【背景技术】
[0002]三电平逆变器是在二电平逆变器基础上进行改造的新型逆变器，三电平逆变器通过三相桥将直流变换为交流输出，本发明将三电平逆变器三相桥的每一个桥臂视为一个三电平逆变功率单元，三电平逆变功率单元即为三电平逆变器的基本组成部分，三电平逆变器通过三个三电平逆变功率单元将直流电压变为多电平阶梯波输出电压，可以使输出电压波形的等效值更加接近正弦波。三电平逆变器是一种可用于高压大功率的PWM逆变器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点。但由于三电平逆变器相对于二电平逆变器结构更为复杂，如何进行结构设计是三电平逆变器的重点。
【发明内容】
[0003]所述三电平逆变功率单元均包括3个IGBT半桥型模块，其中1个IGBT半桥型模块采用短接栅极的方法构成2个钳位二极管；2个IGBT半桥型模块用作上下桥臂，其中用作上桥臂IGBT半桥模块的两个单元的短接点与钳位二极管的阳极连接，用作下桥臂的两个单元的短接点与另一个钳位二极管的阴极连接；构成2个钳位二极管的1个IGBT半桥型模块与2个IGBT半桥型模块呈品字形排布，构成单相桥；
[0004]所述三电平逆变单元模块其特征在于1个IGBT半桥模块短接栅极构成2个钳位二极管。
[0005]所述三电平逆变单元模块其特征在于2个IGBT半桥型模块用作上下桥臂，其中用作上桥臂IGBT半桥模块的两个单元的短接点与钳位二极管的阳极连接，用作下桥臂的两个单元的短接点与另一个钳位二极管的阴极连接；
[0006]所述三电平逆变单元模块其特征在于构成2个钳位二极管的1个IGBT半桥型模块与2个IGBT半桥型模块呈品字形排布，构成单相桥。
[0007]所述三电平逆变单元放置在散热器上，通过叠层母排连接IGBT各点构成单相桥。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的主拓扑示意图
[0009]图2是本发明的单元模块排布示意图
[0010]图3是本发明IGBT与母排连接方式
[0011]图4-6是本发明的母排示意图
[0012]具体实施方法
[0013]以下是本发明的技术方案详述。
[0014]如图1所示，本发明为一种三电平逆变单元模块，每一相单元模块由三组电路单元构成，其中两组电路单元分别包括串联的两个IGBT，另外一组电路单元拥有与其它两组电路单元相同的结构，但本发明仅利用了其中二极管的部分。以R相为例，本发明将其中两组电路单元T1、T2串联使用，上面一组电路单元Τ1的两个IGBT, Trl、Tr2为串联结构，Trl、Tr2分别伴有体二极管DT1、DT2。下面一组电路单元T2结构与上面一组电路单元T1相同。本发明将上面一组电路单元T1内部Trl的集电极与母线P连接起来，将Tr2的发射极与下面一组电路单元T2内部Tr3的集电极连接起来，然后将电路单元T2内部的Tr4的发射极与母线N连接起来，交流出线R分别与电路单元T1内部Tr2的发射极以及电路单元T2内部Tr3的集电极连接起来。将剩余一组电路单元D1的Drl的阴极与电路单元T1内部Trl的发射极以及Tr2的集电极连接起来，Drl的阳极与母线0相连，将电路单元D1内部Dr2的阴极与母线0相连，将Dr2的阳极与电路单元T2内部Tr3的发射极以及Tr4的集电极连接起来。在母线P0以及ON的中间连接电容组。
[0015]如图2所示，以R相为例T1、T2、D1有相同内部电路单元结构，三组电路单元呈品字型排布，母线排Ρ0Ν跨过电路单元D1从T1、T2的中间穿过，母线P与电路单元T1内部Trl的集电极(电路单元T1的4引脚)相连，母线P的另外一端与直流支撑电容组P端相连。母线N与电路单元T2内部Tr4的发射极(电路单元T2的3引脚)相连，母线N的另外一段与直流支撑电容组的N端相连。母线0与电路单元D1内部Drl的阳极以及Dr2的阴极(电路单元D1的10、11引脚)相连，母线0的另外一段与直流支撑电容组的0端相连。交流出线端R分别与电路单元T1内部Tr2的发射极(电路单元T1的3引脚)以及电路单元T2内部Tr3的集电极(电路单元T2的4引脚)连接起来。另外将电路单元D1内部Drl的阴极(电路单元D1的4引脚)与电路单元T1内部Trl的发射极以及Tr2的集电极(电路单元T1的10,11引脚)连接起来，将电路单元D1内部Dr2的阳极(电路单元D1的3引脚)与电路单元T2内部Tr3的发射极以及Tr4的集电极(电路单元T2的10、11引脚)连接起来。这样就构成了 R相的电路单元模块，其它S、T相均采用相同的拓扑结构。
[0016]将这种三电平逆变单元拓扑设计为模块化结构，包含Tl、T2、D1，按照图2顺序排布形成一个三电平逆变单元模块，然后将三个三电平逆变单元模块安装在散热器上，三个三电平逆变单元模块分别与直流支撑电容组相连，这种三电平模块可以极大的减小主电路的杂散电感，降低IGBT关断时的关断过电压，减小IGBT的电压应力。
[0017]本技术领域中的技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种三电平逆变器功率单元，设于直流电与三相或交流电之间，其特征在于:每一相单元模块均包括3个IGBT半桥型模块，其中1个IGBT半桥型模块采用短接栅极的方法构成2个钳位二极管；2个IGBT半桥型模块用作上下桥臂，其中用作上桥臂IGBT半桥模块的两个单元的短接点与钳位二极管的阳极连接，用作下桥臂的两个单元的短接点与另一个钳位二极管的阴极连接；构成2个钳位二极管的1个IGBT半桥型模块与2个IGBT半桥型模块呈品字形排布，构成单相桥。2.如权利要求1所述的一种三电平逆变器功率单元，其特征在于IGBT放置在散器上，通过母排连接IGBT各点构成单相桥。
【专利摘要】本实用新型的三电平逆变<b>器</b>功率单元的每一相单元均包括3个IGBT半桥型模块，本实用新型将1个IGBT半桥型模块作为含有2单元的钳位二极管；2个IGBT半桥型模块用作上下桥臂，其中用作上桥臂IGBT半桥模块的两个单元的短接点与钳位二极管的阳极连接，用作下桥臂的两个单元的短接点与另一个钳位二极管的阴极连接；含有2单元钳位二极管的1个IGBT半桥型模块与2个IGBT半桥型模块呈品字形排布，放置在散热器上，通过叠层母排连接IGBT各点构成单相桥；本实用新型三电平技术的逆变功率单元具有相互独立、安装简单、低杂散电感等特点。
【IPC分类】H02M7/5387, H02M7/49, H02M7/501
【公开号】CN204993104
【申请号】CN201520468419
【发明人】关健宁, 刁乃哲, 孙先瑞, 宋崇辉, 边春元
【申请人】山西科达玉成变频器有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月3日