一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路的制作方法

本发明属于电力电子领域，尤其涉及一种用于中高压电力电子变压器的功率模块的抗扰电路。

背景技术：

中高压电力电子变压器主要用于配电领域，电压等级可以是从6kv到35kv以上。中高压电力电子变压器通常是由多个功率模块级联构成的，目前的主流拓扑包括h桥级联(也称为链式)和mmc(也称为m2c，或者模块化多电平)。举例来说，附图1给出了一种10kv三相链式换流器的电气原理示意图，其中每相有14个功率模块级联，三相形成星形接法，总的线电压为10kv。

功率模块主要由金属外壳、电力电子器件、直流母线(dc1和dc2)、交流母线(ac1和ac2)、散热器、驱动电路板、模块控制电路板、工作电源等组成。其中，工作电源主要是为模块控制电路板以及驱动电路板供电，根据具体设计方案，其电源进线大多是功率模块的直流母线dc1和dc2。

单个功率模块的交流输出电压较低(几百伏至几千伏)，多个功率模块级联起来之后则可以承受高电压(几千伏至几百千伏)。

功率模块内部各元件有多个部分不共地，这些部分的电位是悬浮的，因此各元件之间必然存在电位差,如附图2所示。当功率模块处于高电位时，其内部各元件之间的电位差可能会很大，容易引发元件之间的干扰，特别是对模块控制板和驱动电路板的干扰；此时，必须采取恰当的抗扰措施。

目前大多采用的抗扰电路为：用阻容电路(r1、c1、r2、c2)将功率模块正负直流母线(dc1和dc2)的中点引出，与功率模块的金属外壳(或散热器)相连，如图3所示。因为散热器是通过螺栓与金属外壳固定在一起的，所以这种方法能够保证金属外壳和散热器与功率模块正负直流母线之间的电压不超过直流电压的一半。但是，这种方法并没有消除驱动电路板、模块控制电路板、工作电源等元件的悬浮电位，不能有效降低它们与金属外壳之间的电位差，仍然存在电磁干扰的问题，会导致模块控制电路板和驱动电路板工作异常，甚至出现故障。

本发明致力于解决现有技术中存在的以上问题。

技术实现要素：

本发明在功率模块金属外壳与模块控制电路板的接地端之间跨接一个阻容支路(r3和c3)，构成一组抗扰电路。

功率模块的电源进线与功率模块金属外壳之间、以及功率模块交流出线与功率模块金属外壳之间都存在寄生电荷，这些寄生电荷虽然电荷量很小(相当于皮法级的寄生电容)，但引起的局部电位变动可能较剧烈，可达几千伏。这些电荷的变化会影响模块控制电路板的对地电位。r3和c3的作用是吸收模块控制电路板与功率模块金属外壳之间的寄生电荷，可将工作电源、模块控制电路板、驱动电路板、正负直流母线以及功率模块出线等一系列元件与功率模块金属外壳之间的电位差箝制于较低的水平。通过上述分析可以，r3的参数选择依据为：额定电压不低于功率模块的直流电压；在确定了额定电压之后，具体阻值的选择通常应保证电阻的额定功率不超过20w，因此阻值通常在100kω到1mω之间；c3的参数选择依据为：额定电压不低于功率模块的直流电压，额定电流为几百毫安至几个安培，容值范围可考虑几百纳法至几个微法之间。

本发明公开了一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路，所述功率模块包括工作电源、模块控制电路板、驱动电路板、由电力电子元件构成的功率电路、金属外壳与散热器，其特征在于，在功率模块金属外壳与模块控制电路板的接地端之间跨接了一个阻容支路，构成一组抗扰电路，该阻容支路中电阻r3与电容c3并联。

优选地，本发明的电力电子变压器功率模块的抗扰电路中，所述功率模块的工作电源具有电源进线1、电源进线2共两路进线，工作电源与模块控制电路板相连接，模块控制电路板与驱动电路板相连接，驱动电路板与由电力电子元件构成的功率电路相连接，该电力电子元件构成的功率电路具有两条直流母线dc1、dc2和两条交流母线ac1、ac2。

优选地，功率电路的直流母线dc1、dc2分别接入工作电源的电源进线1、电源进线2，所述工作电源为一种开关电源，在电源进线2与功率模块的金属外壳之间再跨接一电容c1。

附图说明：

图1是现有技术中10kv链式换流器的电气原理示意图；

图2是现有技术中功率模块主要元器件及其电气连接关系示意图；

图3是现有技术中的一种抗扰电路的示意图；

图4是本发明的电力电子变压器功率模块的抗扰电路；

图5是本发明的实施例的一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路；

附图标记说明如下：

a1-a14、b1-b14、c1-c14均为功率模块；

c1、c3为跨接电容；

r3为跨接电阻；

dc1、dc2为功率电路的两条直流母线；

ac1、ac2为功率电路的两条交流母线。

具体实施方式

实施例1

参照图5，本实施例中，考虑10kv电力电子变压器高压进线端的某个功率模块。单个功率模块的直流母线dc1和dc2之间的电压为直流900v，交流出线ac1和ac2之间的电压为交流430v。如果没有任何抗扰电路，那么模块控制电路板与功率模块金属外壳之间的电位差超过1kv，并能够观察到二者之间有放电打火现象，导致电路板工作异常。

按照图5所示，在功率模块的金属外壳与模块控制板接地端子之间跨接阻容支路，c2的容值均为0.47微法，额定电压为1.2kv，额定电流为1安培。这种情况下，模块控制电路板与金属外壳之间的电位差接近于0，也不会发生放电现象，保证了电路板正常运行。

应用领域

本发明主要用于中高压电力电子变压器的功率模块设计以改善模块控制电路板的抗扰性能，避免功率模块内部因元件之间的电位差剧烈变化所引发的运行异常和故障。涉及的工业应用场合主要是电力电子变压器，电压等级可能从6kv到35kv以上。

本领域技术人员应当知晓，本发明的上述阐述及实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。