專利名稱：功率電子積木模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率電子學電路領域。它是基于根據(jù)3^z:權(quán)利要求前序部分所
述的功率電子積木模塊(power electronic building block)。
背景技術：
具有緊壓封裝半導體(press pack semiconductor)的功率電子積木模塊正在 經(jīng)歷向機械化和功率集成化的更高水平的發(fā)展過程。
如果可以按照充分低的把開關過電壓峰值限制在安全運行水平的電感棘 實現(xiàn)漏電感，那么可以不需要dv/dt限制網(wǎng)絡而使如集成門極換向晶閘管(IGCT)
這樣的快速開關器件工作。為了實現(xiàn)所述漏電感的水平，需要一種功率電子積 木模塊的半導體元件的緊湊配置。由于需要冷卻裝置和夾緊壓力來保證穩(wěn)定可 靠的電流傳導，因此不易獲得所需的漏電感。此外，在功率電路維修的情況下， 需要快速更換半導體元件。所有元件必須從側(cè)面可觸及，例如前側(cè)。此外，目 前新型變換器的發(fā)展基于模塊單元，即戰(zhàn)功率電子積桐莫±對己為通用名稱)。 不需要打開1H^令卻系統(tǒng)就可以更換功率電子積木模塊必須是可能的。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的技術問題在于實現(xiàn)避^Jl述缺陷的功率電子積木模塊。 Mil權(quán)利要求1的特征來解決該技術問題。在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā) 明的有利擴展方案。
根據(jù)本發(fā)明的功率電子積木模塊包括至少一個連接在中性點箝位連接 (neutral point clamped connection)中的相位變換器電路，其中每個相位變換器電 路包括具有多個可控功率半導體開關的堆棧、具有多個箝位二極管的堆棧、具 有多個二極管的堆棧，其中每個二極管與相關聯(lián)的可控功率半導體開關反并聯(lián) 連接。而且，每個相位變換器電路具有箝位電感，尤其是外部連接，其中箝位 電感彼，接。根據(jù)本發(fā)明的功率電子積木模塊具有低的漏電感。而且，元件例如半導體 元件從一側(cè)很容易角級。因此，對于功率電子積7l^莫塊的維修，元件和域齡 相位變換器電路很容易更換。
這些以及進一步的目的、本發(fā)明的優(yōu)勢及特點將從下述結(jié)合附圖對發(fā)明的 優(yōu)選實施例的詳細說明而變得明顯。

在附圖中
附圖1根據(jù)本發(fā)明的在中性點箝位連接的功率電子積木，莫塊第一實施例的三 維視圖，
附圖2根據(jù)附圖1的功率電子積W穀媳一實施例的俯視亂
附圖3根據(jù)附圖1的功率電子積7t^莫塊第一實施例的相位變換器電路的電路
圖，
附圖4根據(jù)附圖i的功率電子積7Mi塊第一實施例的水流圖，
附圖5根據(jù)本發(fā)明的在有源中性點箝位連接的功率電子積木模塊第二實施例 的三維視圖，以及
附圖6根據(jù)附圖5的功率電子積木模塊第二實施例的相位變換器的電路圖。
在附圖中使用的參考標記和其含義以簡要的方式列在參考標記表中。原則 上，附圖中相同的參考標記表示同樣的部分。所述實施例是表明本發(fā)明主題的 一個例子，但是本發(fā)明并不局限于此。
具體實施方式
附圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的中性點箝位連接中的功率電子積，塊第一實 施例的三維視圖。附圖2示出了根據(jù)附圖1的功率電子積禍莫塊第一實施例的 俯視亂附圖3示出了根據(jù)附圖1的功率電子積^i央第一實施例的相位變換 器電路的電路圖，以及附圖4示出了根據(jù)附圖1的功率電子積木模塊第一實施 例的水流圖。
根據(jù)附圖1的功率電子積^^莫塊一般包括至少一個連接在中性點箝位連接 中的相位變換器電路，其中每個相位變換器電路包括具有多個可控功率半導體 開關1的堆棧A、具有多，位二極管2的堆棧B、 有多個二極管3的堆棧C，其中每個二極管3與相關聯(lián)的可控功率半導體幵關1反并,接，并且其中 每個相位變換器電路具有一特殊外部連接的箝位電感，其中這些箝位電感彼此 連接。 一種i^的可控功率半導體開關可被實施為集成門極換流晶閘管(IGCT)、 絕緣柵雙極性晶體斷IGBT)或門極可關斷晶閘管(GTO)。一般也可以實施為其他 可控功率半導體開關。根據(jù)本發(fā)明的具有優(yōu)勢的功率電子積木模塊具有低漏電 感。而且，元件l、 2、 3，例如半導體l、 2、 3，非常容易從側(cè)面角級。因此， 對于功率電子積木模塊的維修來說，容易更換元件和/或整個相位變換器電路。
根據(jù)附圖1的功率電子積木模塊被實施為在箝位電感之間具有兩個完整的 相位變換器電路(yoke pair)的三電平中性點箝位(NPC)配置。它們被盤形絕緣體隔開。
根據(jù)附圖1的具有多個可控半導體幵關1的堆棧A位于前部，而具有多個 反并聯(lián)二極管3的堆棧C位于所述半導體堆棧A的右后側(cè)。具有多個箝位二極 管2的堆棧B位于所述半導體堆棧A左后側(cè)。
功率電子積木模塊的功率端子位于功率電子積木4莫塊后側(cè)彼此的頂部。各 堆棧A、 B、 C內(nèi)部的電連接被實施為柔性或剛性金屬母線。而且，在堆棧元件 1、 2、 3和相關聯(lián)的相位變換器電路的箝位電感之間的每個堆棧A、 B、 C頂部 設置板簧，以保證功率電子積木模塊整個工作期間的穩(wěn)定的夾緊壓力。
如附圖4中所示的每個相位變換器電路包括與各堆棧A、 B、 C關聯(lián)的熱沉 KD，并且熱沉KD連接至一個公共流體冷卻回路4。流體冷卻回路4的連接被 實施為自密封耦合。當公共流術襯曬路4管子中充滿水時，這些耦合允許管 子斷開連接。所述的冷卻流體iM是水。水可以流入功率電子積木模塊一側(cè)的 張力桿對的底部或頂部，皿塑料管從這里分流到熱沉KD，此后，在到達頂部 之前在張力桿對的另一側(cè)匯集。功率電子積木模塊內(nèi)部的熱沉KD或熱沉部分 可以串聯(lián)連接，從前面的張力桿對來提供用于具有多個可控半導體開關1的堆 棧A的熱沉，從后面的張力桿對來提供主二極管和輔助二極管熱沉。
此外，根據(jù)附圖3的箝位電容Ccl、 Cc2用來限制開關過電壓峰值，并且集 成在功率電子積7Mi塊的側(cè)面，用于保證功率電子積木模塊中的開關裝置之間 分,稱電壓的對稱電阻也位于左側(cè)。
附圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的在有源中性點箝位連銜ANPC)的功率電子積木 模塊第二實施例的三維視圖，以及附圖6示出了根據(jù)附圖5的功率電子積木模i賴二實施例的相位變換器電路的電路圖。根據(jù)附圖6，針相位變換器電, 括設置在相位變換器電路前部的限壓網(wǎng)絡，尤其是位于左前側(cè)。該網(wǎng)絡的配置 也有益于低的漏電感和低的容量。與附圖1和附圖4的第一實施例相比，該網(wǎng) 絡允許更大的輸出電流和較高的功率。
根據(jù)附圖5，功率電子積木模塊的有源中性點箝位結(jié)構(gòu)內(nèi)部的元件構(gòu)造與根 據(jù)附圖1的第一實施例不同，此外，根據(jù)附圖5的功率電子積木模塊在堆棧A、 B、 C中的一個或多個中包括一對進一步可控的半導體開關。這些進一步可控的
^1^莫塊中的元件發(fā)生故l^的情況下，該保護(crowbar)晶閘管用于傳^故障電 流。
在現(xiàn)有設計中，所有熱沉KD直接連接到主水輸入端。在具有多個相位變 換器電^(多相卿的功率電子積;1^莫塊中，J^的冷卻可以分為用于^相位變 換器的獨立的冷卻裝置。^H蟲立裝置的水流可進行串聯(lián)切換。
附圖標記列表
1 可控功率半導體開關
2 箝位二極管
3 反并聯(lián)二極管
4 流體冷卻回路
A 具有多個可控功率半導體開關的堆棧
B 具有多個箝位二極管的堆棧
C 具有多個反并聯(lián)二極管的堆棧
KD 熱沉
權(quán)利要求1.功率電子積木模塊，所述功率電子積木模塊包括至少一個連接在中性點箝位連接中的相位變換器電路，其特征是，每個相位變換器電路包括具有多個可控功率半導體開關(1)的堆棧(A)、具有多個箝位二極管(2)的堆棧(B)和具有多個二極管(3)的堆棧(C)，其中每個二極管(3)與相關聯(lián)的可控功率半導體開關(1)反并聯(lián)連接，并且每個相位變換器電路具有箝位電感，其中所述箝位電感彼此連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1戶脫的功率電子積7Mi塊，其特征是，^相位變換器電路包括與各堆樹A、B、C湘關聯(lián)的熱沉(KD)，并且該熱沉(KD)連接至公共流術辨曬斷4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2戶，的功率電子積賴莫塊，其特征是，戶，流體Jti卩回斷4)的連接被實施為自密封耦合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l至3之一戶腿的功率電子積7Mi塊，其中^h堆棧(A、B、 C)內(nèi)部的電連擬皮實施為柔性或剛性的金屬母線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一戶脫的功率電子積7Mi塊，其特征是，在堆棧元銜l、 2、 3)和戶/M相關聯(lián)的相位變換器電路的箝位電感之間的每個堆棧(A、 B、 C)的頂部體板簧。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一戶脫的功率電子積7Mi塊，其特征是，針相位變換器電S飽括設置在相位變換器電路前部柳艮壓網(wǎng)絡。
專利摘要本實用新型公開了一種功率電子積木模塊，其包括至少一個中性點箝位連接的相位變換器電路。為了增加漏電感、元件易接近和功率電子積木模塊的維修，每個相位變換器電路包括一個具有多個可控功率半導體開關(1)的堆棧(A)、一個具有多個箝位二極管(2)的堆棧(B)和一個具有多個二極管(3)的堆棧(C)，其中每個二極管(3)與相連接的可控功率半導體二極管(1)反并聯(lián)連接。進一步地，每個相位變換器電路具有一個特殊外部連接的箝位電感，其中箝位電感彼此連接。
文檔編號H02M5/22GK201352765SQ20082017987
公開日2009年11月25日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者B·奧德加德, O·阿佩爾多恩 申請人:Abb瑞士有限公司