CN110971137A - 一种逆变模块 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种逆变模块，该逆变模块为一个多管并联的逆变模块，即其包含的每一相桥臂的上桥臂开关管和下桥臂开关管都是由N个开关管并联构成，分别为N个上开关管和N个下开关管。本申请将每相桥臂中的N个上开关管和N个下开关管一一对称布置于叠层母排上，使得在任一时刻，电流流经N个上开关管的路径长度趋于一致以及流经流经N个下开关管的路径长度趋于一致，从而使各个上开关管的寄生电感参数趋于一致以及使各个下开关管的寄生电感参数趋于一致，即使得逆变模块中的各上开关管在每个时刻的电流一致以及各下开关管在每个时刻的电流一致，进而使得逆变器模块的均流效果得到提高。

Description

一种逆变模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种逆变模块。

背景技术

目前，在逆变模块的设计时，大多会采用叠层母排将分立的开关管按照需求进行连接，使自身的内部结构更加紧凑，从而使自身成本降低。但是，逆变模块设计中最重要的还是对开关管容量的充分利用。

而各开关管之间的均流效果是限制逆变模块对自身开关管容量的充分利用的关键因素，因此现有技术中着重对叠层直流母排进行设计，以使逆变模块的动态杂散参数降低，从而使得逆变模块的电压尖峰减小。

但是，目前现有技术中的逆变模块整体均流效果仍然较差，亟需一种逆变模块以提高现有技术中逆变模块的均流效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种逆变模块，具体展示了多管并联的逆变模块中各个并联开关管的布置方式和逆变模块出线的引出方式，能够使逆变模块的动静态寄生参数得到优化，从而使逆变器均流效果得到优化。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请提供一种逆变模块，包括：叠层母排和至少一相桥臂；每相桥臂均包括上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管包括N个上开关管，所述下桥臂开关管包括N个下开关管；N为正整数；其中：

每相桥臂中，所述N个上开关管和所述N个下开关管一一对称布置于所述叠层母排上；

各个所述上开关管和各个所述下开关管分别与所述叠层母排相连。

可选的，所述叠层母排包括：直流正极母排、直流负极母排、交流母排以及出线母排；

所述直流正极母排、所述直流负极母排及所述交流母排通过绝缘材料实现叠层设置；

各个所述上开关管和各个所述下开关管分别与所述交流母排、所述直流正极母排及所述直流负极母排相连；

所述出线母排的引出端设置于所述交流母排的一侧。

可选的，所述出线母排的预设位置上设置有通孔，以使每相桥臂中各个所述上开关管与各自对应的所述下开关管的连接点到所述出线母排输出端之间的汇流路径长度相等。

可选的，所述通孔的截面形状为圆形或椭圆形。

可选的，所述N个上开关管的输出引脚和所述N个下开关管的输入引脚分别与所述交流母排上相应的翼片相连。

可选的，所述出线母排的引出端位于所述交流母排上与所述对称布置的中心线相平行的任一侧。

可选的，所述出线母排的引出端位于所述交流母排上与所述对称布置的中心线相垂直的任一侧。

可选的，所述出线母排与所述交流母排之间保持预设夹角。

可选的，所述出线母排与所述交流母排垂直。

可选的，所述上开关管和所述下开关管均为SIC MOS晶体管、IGBT模块或MOS晶体管中的任一种。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种逆变模块，包括：叠层母排和至少一相桥臂，每相桥臂均上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管包括N个上开关管，所述下桥臂开关管包括N个下开关管，N为正整数。与现有技术相比，本申请提供的方案将每相桥臂中的N个上开关管和N个下开关管一一对称布置于叠层母排上，使得电流在任一时刻流经各个上开关管的路径长度趋于一致以及流经各个下开关管的路径长度趋于一致，从而使逆变模块的动态寄生电感参数得到优化，进而使得逆变模块的动态均流效果得到提高，逆变模块的整体均流效果得到提高。并且，本申请还通过在出线母排的预设位置上设置通孔，使每相桥臂中各对上下开关管的连接点到出线母排输出端之间的汇流路径长度相等，从而使逆变模块的静态寄生电感参数得到优化，进而各对上下开关管之间的静态均流效果得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1和图2为本申请实施例提供不同观察角度的逆变模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的逆变模块的等效电路的电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术中的逆变模块整体均流效果较差的问题，本申请实施例提供一种逆变模块，其具体结构包括：叠层母排以及至少一相桥臂；每相桥臂包括上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管包括N个上开关管，所述下桥臂开关管包括N个下开关管；其中，N为正整数。

每相桥臂中的N个上开关管和N个下开关管一一对称布置于叠层母排上，并且各个上开关管和各个下开关管分别与叠层母排相连。

可选的，N个上开关管和N个下开关管均为SIC MOS晶体管(SIC Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块或MOS晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)中的任一种。

由于逆变模块包括至少一相桥臂，所以可以将逆变模块简化，即以逆变模块包括一相桥臂为例进行说明；又由于每相桥臂包括N个上开关管和N个下开关管，所以也可以以任意N值进行举例说明，比如以每相桥臂包括六个上开关和六个下开关管为例进行说明；简化后的逆变模块的具体结构如图1和图2所示，其中，六个上开关管分别为第一上开关管Q1-1、第二上开关管Q1-2、第三上开关管Q1-3、第四上开关管Q1-4、第五上开关管Q1-5和第六上开关管Q1-6，而六个下开关管分别为第一下开关管Q2-1、第二下开关管Q2-2、第三下开关管Q2-3、第四下开关管Q2-4、第五下开关管Q2-5和第六下开关管Q2-6。

下面为了能够简单的说明，将逆变模块进行电路的等效变化；其中，由于在实际工作中，各个开关管与叠层母排的连接会导致其输入端和输出端各产生一个寄生电感，即可以将在开关管的输入端产生的寄生电感记为输入动态电感，并可以将在开关管的输出端产生的寄生电感记为输出动态电感，因此，在电路的等效变换过程中，为了能够更简单的表明电路电连接关系，将开关管和与其对应的输入动态电感及输出动态电感等效于开关支路；并且，在任一上开关管和与其相连的下开关管的汇流路径上会产生一个寄生电感，即可以将该寄生电感记为该上开关管和该下开关管的静态电感。

该逆变模块进行等效变化后的等效电路如图3所示，包括：第一上开关支路101、第二上开关支路102、第三上开关支路103、第四上开关支路104、第五上开关支路105、第六上开关支路106、第一下开关支路201、第二下开关支路202、第三下开关支路203、第四下开关支路204、第五下开关支路205、第六下开关支路206、第一静态电感Le1、第二静态电感Le2、第三静态电感Le3、第四静态电感Le4、第五静态电感Le5和第六静态电感Le6。

其中，第一上开关支路101、第二上开关支路102、第三上开关支路103、第四上开关支路104、第五上开关支路105和第六上开关支路106的输入端均相连，连接点作为逆变模块的直流侧正极；第一下开关支路201、第二下开关支路202、第三下开关支路203、第四下开关支路204、第五下开关支路205和第六下开关支路206的输出端均相连，连接点作为逆变模块的直流侧负极。

第一上开关支路101的输出端、第一下开关支路201的输入端以及第一静态电感Le1的一端均相连；第二上开关支路102的输出端、第二下开关支路202的输入端以及第二静态电感Le2的一端均相连；第三上开关支路103的输出端、第三下开关支路203的输入端以及第三静态电感Le3的一端均相连；第四上开关支路104的输出端、第四下开关支路204的输入端以及第四静态电感Le4的一端均相连；第五上开关支路105的输出端、第五下开关支路205的输入端以及第五静态电感Le5的一端均相连；第六上开关支路106的输出端、第六下开关支路206的输入端以及第六静态电感Le6的一端均相连。

第一静态电感Le1的另一端、第二静态电感Le2的另一端、第三静态电感Le3的另一端、第四静态电感Le4的另一端、第五静态电感Le5的另一端以及第六静态电感Le6的另一端均相连，连接点作为逆变模块的交流侧输出端。

具体而言，第一上开关支路101具体结构如图3所示，包括:第一正输入动态电感La1、第一上开关管Q1-1和第一正输出动态电感Lb1。

第一正输入动态电感La1的一端作为第一上开关支路101的输入端，第一正输入动态电感La1的另一端与第一上开关管Q1-1的输入端相连，第一上开关管Q1-1的输出端与第一正输出动态电感Lb1的一端相连，第一正输出动态电感Lb1的另一端作为第一上开关支路101的输出端。

需要说明的是，其余开关支路的具体结构与第一上开关支路101的具体结构相似，可参考上述第一上开关支路101的具体结构推导得到，此处不再一一赘述；另外，还需要说明的是，在实际应用中，将第一上开关支路101中的第一正输入动态电感La1与第一正输出动态电感Lb1之和记为第一正动态电感，其余开关支路与此相同，此处不再一一赘述。

由于第一上开关管Q1-1和第一下开关管Q2-1对称布置于叠层母排上，使得换流路径最短，同理其他对上下开关管也对称布置于叠层母排上，其换流路径也最短，进而使电流流经各个上开关管的路径长度趋于一致、流经各个下开关管的路径长度趋于一致，即在等效电路中，各个上开关支路的正动态电感趋于一致，以及，各个下开关支路的负动态电感趋于一致，因此各个上开关管之间动态均流效果以及各个下开关管之间的动态均流效果均得到提高。

由上述说明可知，在本申请提供的方案中，每相桥臂中的N个上开关管和N个下开关管一一对称布置于交流母排上，使得电流在任一时刻流经各个上开关管的路径长度趋于一致以及流经各个下开关管的路径长度趋于一致，从而使逆变模块的动态寄生电感参数得到优化，逆变模块的动态均流效果得到提高，逆变模块的整体均流效果得到提高。

在上述实施例的基础上，本申请另一实施例提供叠层母排的一种具体实施方式，如图1所示，其具体结构包括：直流正极母排(图中未展示)、直流负极母排(图中未展示)、交流母排20以及出线母排10。

其中，直流正极母排、直流负极母排及交流母排20通过绝缘材料实现叠层设置。

而各个上开关管的输入端分别与直流正极母排相连，各个下开关管的输出端分别与直流负极母排相连；各个上开关管的输出端和各个下开关管的输入端分别与交流母排20相连。

需要说明的是，在实际应用中，各个上开关管的输出端的实现方式为输出引脚，各个下开关管的输入端的实现方式为输入引脚，因此各个上开关管的输出端和各个下开关管的输入端均与交流母排20相连的具体实现方式为：交流母排20上设置有2N个翼片，各个上开关管的输出引脚和各个下开关管的输入引脚分别与交流母排20上相应的翼片相连。

并且，在本实施例中，出线母排10的引出端11设置于交流母排20的一侧。具体而言，出线母排10的引出端11可以位于交流母排20上与对称布置的中心线相平行的任一侧(如图1所示)，也可以位于交流母排20上与对称布置的中心线相垂直的任一侧(未进行图示)，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

另外，在本实施例中，出线母排10与交流母排20之间保持预设夹角，其中，预设夹角是预先根据实际情况设定的角度，取值范围为0°～180°；不过，需要说明的是，预设夹角为90°是逆变模块的最优实施方式，可应用于大多数场景，而预设夹角为其他角度往往只能应用于某些特殊的场景。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本申请实施例提供逆变模块的另一种具体实施方式，相较于上述实施例而言，本申请实施例提供的逆变模块的实施方式与上述实施例提供的逆变模块实施方式的区别为：

出线母排10的预设位置上设置有通孔13(如图1所示)，这样可以使每相桥臂中各个上开关管与各自对应的下开关管的连接点到出线母排10的输出端12之间的汇流路径的长度相等。

需要说明的是，预设位置是根据叠层母排的具体结构和开关管的实际布置情况在出线母排10上预先选定的位置。

为了更好的说明，和上述实施例一样，下面以逆变模块包括一相桥臂，且一相桥臂包括六个上开关管和六个下开关管为例进行说明。

在实际应用中，若出线母排10的引出端11从图1所示的位置引出，结合图2可以发现，其出线母排10的引出端11靠近第四下开关管Q2-4和第五下开关管Q2-5，则第四上开关管Q1-4与第四下开关管Q2-4的连接点以及第五上开关管Q1-5与第五下开关管Q2-5的连接点到出线母排10的输出端12的路径长度最短，而第一上开关管Q1-1与第一下开关管Q2-1的连接点到出线母排10的输出端12的路径长度最长；所以，在出线母排10的预设位置处设置通孔13，将第四上开关管Q1-4与第四下开关管Q2-4的连接点以及第五上开关管Q1-5与第五下开关管Q2-5的连接点到出线母排10的输出端12的路径加长，从而使得各对上下开关管连接点到出线母排10的输出端12的路径长度趋于一致，即在等效电路中，第一静态电感Le1至第六静态电感Le6的电感值趋于一致，因此各对上下开关管之间的静态均流效果得到提高。

从而由此同理可以推出，当出线母排10的引出端11更换位置，则通孔13也适应性改变自身的位置，进而实现上述提高逆变模块整体的静态均流效果的功能，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

由上述内容可以得知，相较于上述实施例而言，本实施例通过提高静态均流效果，使得逆变模块的整体均流效果进一步提高。

可选的，在实际应用中，通孔13的形状可以是圆形，也可以是椭圆形，此处不做具体限定，可视实际情况进行选取，只要能够实现上述效果的形状均在本申请的保护范围内。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种逆变模块，其特征在于，包括：叠层母排和至少一相桥臂；每相桥臂均包括上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管包括N个上开关管，所述下桥臂开关管包括N个下开关管；N为正整数；其中：

每相桥臂中，所述N个上开关管和所述N个下开关管一一对称布置于所述叠层母排上；

各个所述上开关管和各个所述下开关管分别与所述叠层母排相连。

2.根据权利要求1所述的逆变模块，其特征在于，所述叠层母排包括：直流正极母排、直流负极母排、交流母排以及出线母排；

所述直流正极母排、所述直流负极母排及所述交流母排通过绝缘材料实现叠层设置；

各个所述上开关管和各个所述下开关管分别与所述交流母排、所述直流正极母排及所述直流负极母排相连；

所述出线母排的引出端设置于所述交流母排的一侧。

3.根据权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述出线母排的预设位置上设置有通孔，以使每相桥臂中各个所述上开关管与各自对应的所述下开关管的连接点到所述出线母排输出端之间的汇流路径长度相等。

4.根据权利要求3所述的逆变模块，其特征在于，所述通孔的截面形状为圆形或椭圆形。

5.根据权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述N个上开关管的输出引脚和所述N个下开关管的输入引脚分别与所述交流母排上相应的翼片相连。

6.根据权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述出线母排的引出端位于所述交流母排上与所述对称布置的中心线相平行的任一侧。

7.根据权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述出线母排的引出端位于所述交流母排上与所述对称布置的中心线相垂直的任一侧。

8.根据权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述出线母排与所述交流母排之间保持预设夹角。

9.根据权利要求8所述的逆变模块，其特征在于，所述出线母排与所述交流母排垂直。

10.根据权利要求1-9任一项所述的逆变模块，其特征在于，所述上开关管和所述下开关管均为碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管SIC MOS晶体管、绝缘栅双极性晶体管模块IGBT模块或金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOS晶体管中的任一种。

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