专利名称：功率电子积木模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率电子学电路领域。它是基于根据3^z:权利要求前序部分所
述的功率电子积木模块(power electronic building block)。
背景技术：
具有紧压封装半导体(press pack semiconductor)的功率电子积木模块正在 经历向机械化和功率集成化的更高水平的发展过程。
如果可以按照充分低的把开关过电压峰值限制在安全运行水平的电感棘 实现漏电感，那么可以不需要dv/dt限制网络而使如集成门极换向晶闸管(IGCT)
这样的快速开关器件工作。为了实现所述漏电感的水平，需要一种功率电子积 木模块的半导体元件的紧凑配置。由于需要冷却装置和夹紧压力来保证稳定可 靠的电流传导，因此不易获得所需的漏电感。此外，在功率电路维修的情况下， 需要快速更换半导体元件。所有元件必须从侧面可触及，例如前侧。此外，目 前新型变换器的发展基于模块单元，即战功率电子积桐莫±对己为通用名称)。 不需要打开1H^令却系统就可以更换功率电子积木模块必须是可能的。
发明内容
因此，本发明的技术问题在于实现避^Jl述缺陷的功率电子积木模块。 Mil权利要求1的特征来解决该技术问题。在从属权利要求中限定了本发 明的有利扩展方案。
根据本发明的功率电子积木模块包括至少一个连接在中性点箝位连接 (neutral point clamped connection)中的相位变换器电路，其中每个相位变换器电 路包括具有多个可控功率半导体开关的堆栈、具有多个箝位二极管的堆栈、具 有多个二极管的堆栈，其中每个二极管与相关联的可控功率半导体开关反并联 连接。而且，每个相位变换器电路具有箝位电感，尤其是外部连接，其中箝位 电感彼，接。根据本发明的功率电子积木模块具有低的漏电感。而且，元件例如半导体 元件从一侧很容易角級。因此，对于功率电子积7l^莫块的维修，元件和域齡 相位变换器电路很容易更换。
这些以及进一步的目的、本发明的优势及特点将从下述结合附图对发明的 优选实施例的详细说明而变得明显。
在附图中
附图1根据本发明的在中性点箝位连接的功率电子积木，莫块第一实施例的三 维视图，
附图2根据附图1的功率电子积W穀媳一实施例的俯视亂
附图3根据附图1的功率电子积7t^莫块第一实施例的相位变换器电路的电路
图，
附图4根据附图i的功率电子积7Mi块第一实施例的水流图，
附图5根据本发明的在有源中性点箝位连接的功率电子积木模块第二实施例 的三维视图，以及
附图6根据附图5的功率电子积木模块第二实施例的相位变换器的电路图。
在附图中使用的参考标记和其含义以简要的方式列在参考标记表中。原则 上，附图中相同的参考标记表示同样的部分。所述实施例是表明本发明主题的 一个例子，但是本发明并不局限于此。
具体实施方式
附图1示出了根据本发明的中性点箝位连接中的功率电子积，块第一实 施例的三维视图。附图2示出了根据附图1的功率电子积祸莫块第一实施例的 俯视亂附图3示出了根据附图1的功率电子积^i央第一实施例的相位变换 器电路的电路图，以及附图4示出了根据附图1的功率电子积木模块第一实施 例的水流图。
根据附图1的功率电子积^^莫块一般包括至少一个连接在中性点箝位连接 中的相位变换器电路，其中每个相位变换器电路包括具有多个可控功率半导体 开关1的堆栈A、具有多，位二极管2的堆栈B、 有多个二极管3的堆栈C，其中每个二极管3与相关联的可控功率半导体幵关1反并,接，并且其中 每个相位变换器电路具有一特殊外部连接的箝位电感，其中这些箝位电感彼此 连接。 一种i^的可控功率半导体开关可被实施为集成门极换流晶闸管(IGCT)、 绝缘栅双极性晶体斷IGBT)或门极可关断晶闸管(GTO)。一般也可以实施为其他 可控功率半导体开关。根据本发明的具有优势的功率电子积木模块具有低漏电 感。而且，元件l、 2、 3，例如半导体l、 2、 3，非常容易从侧面角級。因此， 对于功率电子积木模块的维修来说，容易更换元件和/或整个相位变换器电路。
根据附图1的功率电子积木模块被实施为在箝位电感之间具有两个完整的 相位变换器电路(yoke pair)的三电平中性点箝位(NPC)配置。它们被盘形绝缘体隔开。
根据附图1的具有多个可控半导体幵关1的堆栈A位于前部，而具有多个 反并联二极管3的堆栈C位于所述半导体堆栈A的右后侧。具有多个箝位二极 管2的堆栈B位于所述半导体堆栈A左后侧。
功率电子积木模块的功率端子位于功率电子积木4莫块后侧彼此的顶部。各 堆栈A、 B、 C内部的电连接被实施为柔性或刚性金属母线。而且，在堆栈元件 1、 2、 3和相关联的相位变换器电路的箝位电感之间的每个堆栈A、 B、 C顶部 设置板簧，以保证功率电子积木模块整个工作期间的稳定的夹紧压力。
如附图4中所示的每个相位变换器电路包括与各堆栈A、 B、 C关联的热沉 KD，并且热沉KD连接至一个公共流体冷却回路4。流体冷却回路4的连接被 实施为自密封耦合。当公共流術衬晒路4管子中充满水时，这些耦合允许管 子断开连接。所述的冷却流体iM是水。水可以流入功率电子积木模块一侧的 张力杆对的底部或顶部，皿塑料管从这里分流到热沉KD，此后，在到达顶部 之前在张力杆对的另一侧汇集。功率电子积木模块内部的热沉KD或热沉部分 可以串联连接，从前面的张力杆对来提供用于具有多个可控半导体开关1的堆 栈A的热沉，从后面的张力杆对来提供主二极管和辅助二极管热沉。
此外，根据附图3的箝位电容Ccl、 Cc2用来限制开关过电压峰值，并且集 成在功率电子积7Mi块的侧面，用于保证功率电子积木模块中的开关装置之间 分,称电压的对称电阻也位于左侧。
附图5示出了根据本发明的在有源中性点箝位连銜ANPC)的功率电子积木 模块第二实施例的三维视图，以及附图6示出了根据附图5的功率电子积木模i賴二实施例的相位变换器电路的电路图。根据附图6，針相位变换器电, 括设置在相位变换器电路前部的限压网络，尤其是位于左前侧。该网络的配置 也有益于低的漏电感和低的容量。与附图1和附图4的第一实施例相比，该网 络允许更大的输出电流和较高的功率。
根据附图5，功率电子积木模块的有源中性点箝位结构内部的元件构造与根 据附图1的第一实施例不同，此外，根据附图5的功率电子积木模块在堆栈A、 B、 C中的一个或多个中包括一对进一步可控的半导体开关。这些进一步可控的
^1^莫块中的元件发生故l^的情况下，该保护(crowbar)晶闸管用于传^故障电 流。
在现有设计中，所有热沉KD直接连接到主水输入端。在具有多个相位变 换器电^(多相卿的功率电子积;1^莫块中，J^的冷却可以分为用于^相位变 换器的独立的冷却装置。^H虫立装置的水流可进行串联切换。
附图标记列表
1 可控功率半导体开关
2 箝位二极管
3 反并联二极管
4 流体冷却回路
A 具有多个可控功率半导体开关的堆栈
B 具有多个箝位二极管的堆栈
C 具有多个反并联二极管的堆栈
KD 热沉
权利要求1.功率电子积木模块，所述功率电子积木模块包括至少一个连接在中性点箝位连接中的相位变换器电路，其特征是，每个相位变换器电路包括具有多个可控功率半导体开关(1)的堆栈(A)、具有多个箝位二极管(2)的堆栈(B)和具有多个二极管(3)的堆栈(C)，其中每个二极管(3)与相关联的可控功率半导体开关(1)反并联连接，并且每个相位变换器电路具有箝位电感，其中所述箝位电感彼此连接。
2. 根据权利要求1戶脱的功率电子积7Mi块，其特征是，^相位变换器电路包括与各堆樹A、B、C湘关联的热沉(KD)，并且该热沉(KD)连接至公共流術辨晒斷4)。
3. 根据权利要求2戶，的功率电子积賴莫块，其特征是，戶，流体Jti卩回斷4)的连接被实施为自密封耦合。
4. 根据权利要求l至3之一戶腿的功率电子积7Mi块，其中^h堆栈(A、B、 C)内部的电连擬皮实施为柔性或刚性的金属母线。
5. 根据权利要求1至3之一戶脱的功率电子积7Mi块，其特征是，在堆栈元衔l、 2、 3)和戶/M相关联的相位变换器电路的箝位电感之间的每个堆栈(A、 B、 C)的顶部體板簧。
6. 根据权利要求1至3之一戶脱的功率电子积7Mi块，其特征是，針相位变换器电S飽括设置在相位变换器电路前部柳艮压网络。
专利摘要本实用新型公开了一种功率电子积木模块，其包括至少一个中性点箝位连接的相位变换器电路。为了增加漏电感、元件易接近和功率电子积木模块的维修，每个相位变换器电路包括一个具有多个可控功率半导体开关(1)的堆栈(A)、一个具有多个箝位二极管(2)的堆栈(B)和一个具有多个二极管(3)的堆栈(C)，其中每个二极管(3)与相连接的可控功率半导体二极管(1)反并联连接。进一步地，每个相位变换器电路具有一个特殊外部连接的箝位电感，其中箝位电感彼此连接。
文档编号H02M5/22GK201352765SQ20082017987
公开日2009年11月25日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者B·奥德加德, O·阿佩尔多恩 申请人:Abb瑞士有限公司