基于XHP封装器件的三电平并联结构及变流器设备的制作方法

基于xhp封装器件的三电平并联结构及变流器设备
技术领域
1.本实用新型涉及变流器技术领域，特别地涉及一种基于xhp封装器件的三电平并联结构及变流器设备。


背景技术：

2.三电平结构由于其结构特性，可实现将低电压等级的半导体器件应用在高压领域，同时又能保证输出电压变化率较小、正弦度较高、谐波含量较低，因此三电平结构已经在变流器领域有了广泛的应用。但目前为止三电平结构中使用的半导体器件封装多为primepack、econodual等，少有xhp封装器件的三电平结构，而基于xhp封装的并联三电平更是稀少。
3.因此，提出了一种基于xhp封装器件的三电平并联结构，在保有三电平结构优势的基础上，实现xhp封装器件在三电平并联上的应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中没有针对xhp封装器件的三电平并联结构的问题，本技术提出了一种基于xhp封装器件的三电平并联结构及变流器设备。
5.第一方面，本实用新型提出了一种基于xhp封装器件的三电平并联结构，包括多个通过母排并联的功能模块，所述功能模块包括第一至第三半导体器件，所述多个功能模块中的第一至第三半导体器件的布局结构相同且所述多个功能模块整体呈阵列式布局；
6.其中，每个所述功能模块的第一半导体器件能够通过所述母排与其自身的第二、第三半导体器件以及其余所述功能模块的第二、第三半导体器件分别构成换流回路。
7.在一个实施方式中，所述母排为分体式结构，其包括第一部分与第二部分；
8.所述第一部分用于使所述多个功能模块中的第一半导体器件和第二半导体器件与支撑电容连接；
9.所述第二部分用于连接每个所述功能模块的第一半导体器件与第三半导体器件、第三半导体器件与第二半导体器件以及其自身的第一半导体器件与其他所述功能模块的第三半导体器件。
10.在一个实施方式中，所述母排还包括第三部分，所述第三部分用于使所述多个功能模块中的第三半导体器件与负载端连接。
11.在一个实施方式中，所述多个功能模块整体呈线性阵列式布局。
12.在一个实施方式中，所述母排上对应每个所述功能模块，具有连接其第一半导体模块的第一连接孔组、连接其第二半导体模块的第二连接孔组以及连接其第三半导体模块的第三连接孔组；
13.所述第一至第三连接孔组各自的多个连接孔均为对称分布结构，所述第一至第三连接孔组的整体呈对称布局。
14.在一个实施方式中，所述多个功能模块所对应的所有的所述第一至第三连接孔组
的整体在所述母排上均匀且对称分布，且其对称轴为所述母排的垂直平分线。
15.在一个实施方式中，所述母排的所述第一至第三连接孔组的连接孔处均设置有连接件，所述连接件顶部凸出于所述母排的表面。
16.在一个实施方式中，所述第一半导体器件、第二半导体器件以及第三半导体器件呈品字形布局，且所述第一半导体器件与第二半导体器件并列。
17.在一个实施方式中，所述功能模块的第一半导体器件具有第一外管与第一钳位二极管，其第二半导体器件具有第二外管与第二钳位二极管，其第三半导体器件具有第一内管与第二内管。
18.第二方面，本实用新型提出了一种变流器设备，包括上述的三电平并联结构。
19.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。
20.本实用新型提供的一种基于xhp封装器件的三电平并联结构及变流器设备，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
21.本实用新型的一种基于xhp封装器件的三电平并联结构及变流器设备，基于并联电路结构，进一步基于母排连接设计多个功能模块相互交错并列的并列结构，使得并列结构中的各桥臂之间的电流都存在相向流动，从而在保证了均流效果的同时，最大程度的降低了该电路结构的杂感，从而降低系统的过电压。
附图说明
22.在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
23.图1显示了本实用新型的三电平并联结构对应的电路拓扑图；
24.图2显示了本实用新型的三电平并联结构对应的半导体器件构成图；
25.图3显示了本实用新型的三电平并联结构的结构示意图；
26.图4显示了本实用新型的三电平并联结构的换流回路示意图。
27.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
28.附图标记：
29.1-功能模块，11-第一半导体器件，12-第二半导体器件，13-第三半导体器件， 2-母排，21-第一部分，22-第二部分，23-第三部分，3-连接孔，31-连接件。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
31.本实用新型的实施例提供了一种基于xhp封装器件的三电平并联结构，包括多个通过母排2并联的功能模块1，功能模块1包括第一至第三半导体器件13，多个功能模块1中的第一至第三半导体器件13的布局结构相同且多个功能模块1 整体呈阵列式布局；
32.其中，每个功能模块1的第一半导体器件11能够通过母排2与其自身的第二、第三半导体器件13以及其余功能模块1的第二、第三半导体器件13分别构成换流回路。
33.具体地，参照附图图1，本实用新型的三电平并联结构基于图1所示的电路拓扑图，以图中单相的电路为例，s1与s4分别为第一外管与第二外管、s2与 s3分别为第一内管与第二内管、da1与da2分别为第一钳位二极管与第二钳位二极管，m1与m2分别为连接点。
34.参照附图图2，针对图1所示的三桥臂的三电平并联结构，相应的半导体器件的构成形式可以有多种，考虑到尽量缩短换流回路以及尽量使得换流回路在相应的半导体器件内部完成，以最大程度减小回流的杂散电感，使第一外管与第一钳位二极管、第二外管与第二钳位二极管、第一内管与第二内管分别构成半导体器件，即对应第一半导体器件11、第二半导体器件12以及第三半导体器件13，如附图图2所示。
35.因此，优选地，功能模块1的第一半导体器件11具有第一外管与第一钳位二极管，其第二半导体器件12具有第二外管与第二钳位二极管，其第三半导体器件13具有第一内管与第二内管。
36.参照附图图3，本实用新型的三电平并联结构中的每个功能模块11中的多个半导体器件的布局结构完全相同，并且多个功能模块11整体呈阵列式布局，这样在功能模块11结合母排22后，对于并联结构整体而言，每一组桥臂以及桥臂之间的电流方向完全对称，保证母排22上磁场的对称性并相互抵消，以降低杂散电感。
37.优选地，多个功能模块11整体呈线性阵列式布局。
38.具体地，如附图图3所示，线性阵列式布局的多个功能模块1，完成呈轴对称结构，这样母排2也适应性地设置为矩形，充分保证了母排2上电流的对称性。此外，基于线性阵列式布局，如果需要进一步增加并联的桥臂数量时，只需将母排2向两侧延展即可，大大提高了电路结构的扩展性。
39.参照附图图4(箭头线为换流的电流流动路径与方向)，本实用新型的三电平并联结构采用交错并联的方式，即并不是简单地将多个功能模块1的输入端与输出端分别直接并列的方式，而是使每个功能模块1的内部的相应的半导体器件与其余功能模块1的相应半导体器件进行进一步并列。
40.参照附图图4，以最右侧的功能模块1为例，电流经母排2上的连接点(p) 由最右侧的第一半导体器件11流入，经过第一半导体器件11后由母排2上的连接点(m1)分别进入其所在的功能模块1的第三半导体器件13以及其余所有的功能模块1的第三半导体器件13，电流分别经过相应的第三半导体器件13后再由母排2上的连接点(m2)进入对应的第二半导体器件12，最后经母排2上的连接点(c)流出。对于所有功能模块1来讲，并联后的多个功能模块1分别具有电流输入，而经每个功能模块1输入的电流都会在经过第一半导体器件11后，进一步通过母排2向其余的功能模块1进行分流，进而形成如附图图4所示的交错并联结构以及相互交错的电流流动路径。
41.如附图图4所示的电流流动路径，每一组桥臂之间的电流都存在相向流动，从而在保证了均流效果的同时，最大程度的降低了该电路结构的杂散电感，从而降低系统的过电压。
42.在一个实施例中，母排2为分体式结构，其包括第一部分21与第二部分22；
43.第一部分21用于使多个功能模块1中的第一半导体器件11和第二半导体器件12与支撑电容连接；
44.第二部分22用于连接每个功能模块1的第一半导体器件11与第三半导体器件13、第三半导体器件13与第二半导体器件12以及其自身的第一半导体器件 11与其他功能模块1的第三半导体器件13。
45.具体地，如附图图3所示，母排2采用分体式结构，其原因在于，本实用新型的半导
体器件采用xhp封装的器件，该种封装的器件的主端子与辅助端子基本位于同一水平面，如果采用一体式母排2，那么会导致半导体器件出线端的适配板出线困难，因此采用分体式的母排2，便于出线。
46.优选地，母排2还包括第三部分23，第三部分23用于使多个功能模块1中的第三半导体器件13与负载端连接。
47.具体地，如图图3所示，第三部分23用于将多个功能模块1的第二半导体器件12并联至负载端。
48.在一个实施例中，母排2上对应每个功能模块1，具有连接其第一半导体模块的第一连接孔组、连接其第二半导体模块的第二连接孔组以及连接其第三半导体模块的第三连接孔组；
49.第一至第三连接孔组各自的多个连接孔3均为对称分布结构，第一至第三连接孔组的整体呈对称布局。
50.优选地，多个功能模块1所对应的所有的第一至第三连接孔组的整体在母排 2上均匀且对称分布，且其对称轴为母排2的垂直平分线。
51.具体地，如图图3与图4所示，每个连接孔组都包括多个连接孔3，该连接孔3主要用于母排2与对应半导体器件的连接。对称布局的连接孔组，能够保证电流流向、路径的对称性。
52.其中，第一连接孔组分为三个部分，一部分(p)对应第一半导体器件的第一外管，一部分(n)对应第一半导体器件的第一钳位二极管，另一部分(m1) 对应第一半导体器件用于连接第三半导体器件的连接端。第二连接孔组也分为三个部分，一部分对应第二半导体器件的第二外管(c)，一部分(n)对应第二半导体器件的第二钳位二极管，另一部分(m2)对应第二半导体器件用于连接第三半导体器件的连接端。第三连接孔组分为两部分，一部分(m1)对应第三半导体器件用于连接第一半导体器件的连接端，一部分(m2)对应第三半导体器件用于连接第二半导体器件的连接端。同时，第三连接孔组还包括对应第三半导体器件用于连接负载端的一部分。
53.此外，母排2上还具有用于连接支撑电容的电容连接孔组，如附图图3所示，电容连接孔组中的多个连接孔3同样呈对称分布结构，并且对应两个支撑电容的连个电容连接孔组同样也轴对称。
54.在一个实施例中，母排2的第一至第三连接孔组的连接孔3处均设置有连接件31，连接件31顶部凸出于母排2的表面。
55.具体地，由于半导体器件对应出线端的适配板为弱电信号，容易受到母排2 上电流的干扰；因此附图图3所示，设置顶部凸出于母排2的表面的连接件31，这样通过连接件31来使适配板与母排2间隔一定距离，避免产生干扰。
56.在一个实施例中，第一半导体器件11、第二半导体器件12以及第三半导体器件13呈品字形布局，且第一半导体器件11与第二半导体器件12并列。
57.具体地，如附图图3余图4所示，将第一至第三半导体器件13设置为品字形，这样便于器件的布局，同时适配分体式的母排2。
58.本实用新型的实施例还提供了一种变流器设备，包括上述的三电平并联结构，进而具备其所具备的全部技术效果。
59.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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，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。
60.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。