[发明专利]变流器功率单元及其母线排

说明书

技术领域

本申请涉及一种大功率变流器，尤其是涉及一种大功率变流器的功率单元及其母线排的结构。

背景技术

当今电力电子技术的发展是向着高频化、大功率化以及功率密度更大化的方向。在大功率(几百kw到几Mw的功率等级)的变流器中高频化的体现是选用更高的开关频率(从几kHz到几十kHz)，大功率化的体现是选用更大额定电流的功率模块(IGBT/IGCT等)，而功率密度更大化的要求是在单位体积内的功率要越做越大，也就是说在相同的功率等级下需要变流器的体积越来越小。

随之而来就有越来越多的新技术应用于大功率变流器中，比如利用多个IGBT模块的并联来达到更大电流的输出能力(即相同输出电压下的更大功率)，利用叠层母线排(Laminated bus bar)的设计来减小直流母线电容内部的杂散电感以及直流母线电容与IGBT功率模块之间的杂散电感等等。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种大功率变流器的功率单元及其母线排，具体而言，本发明通过改进功率单元及其母线排的结构和布置方式，使得直流母线电容内部互联的杂散电感以及直流母线电容与功率开关模块之间的杂散电感最小化。

本发明的进一步的目的在于使得功率开关模块与直流母线电容之间具有均等的杂散电感，并且使得变流器的各功率单元具有较小的体积，从而整个系统具有较高的功率密度。

为实现上述发明目的，提供一种变流器功率单元，包括：散热器；n个功率开关模块，设置在所述散热器上，每一个所述功率开关模块具有正极和负极，其中n≥1且n为自然数；第一叠层母线排组，包括第一母线排和第二母线排，其中所述第一母线排连接所述功率开关模块的正极，而所述第二母线排连接所述功率开关模块的负极；电容组，包括m个电容，所述电容组包括正极和负极，其中m≥1且m为自然数；以及第二叠层母线排组，包括第三母线排和第四母线排，其中所述第三母线排连接所述电容组的正极，所述第四母线排连接所述电容组的负极，其中所述第一母线排与所述第三母线排相连接，所述第二母线排与所述第四母线排相连接；以及所述n个功率开关模块构成的区域在第一平面上的垂直投影区域设为第一投影区域，所述电容组在所述第一平面上的垂直投影区域设为第二投影区域，所述第一投影区域与所述第二投影区域具有一交叠区域，其中，所述第一平面为与所述电容组的轴向相垂直的平面。

根据实施例，所述第一母线排和所述第二母线排的每一个分别包括：功率开关模块连接部，位于所述第一母线排或所述第二母线排的一边且分别连接至每一个所述功率开关模块的正极或负极，所述功率开关模块连接部上设有功率开关模块连接孔；以及电容组连接部，位于所述第一母线排或所述第二母线排的另一边且分别连接至所述第三母线排或所述第四母线排，所述电容组连接部上设有电容组连接孔。

根据实施例，所述第一母线排和所述第二母线排的每一个还分别包括：支撑部，分别与所述第一母线排或所述第二母线排的所述功率开关模块连接部和所述电容组连接部连接，所述第一母线排的支撑部与所述第二母线排的支撑部相邻叠置形成支撑部并排结构，所述第一母线排的功率开关模块连接部和电容组连接部设置于所述支撑部并排结构的一侧，所述第二母线排的功率开关模块连接部和电容组连接部设置于所述支撑部并排结构的另一侧。

根据实施例，所述第一母线排和所述第二母线排各自的功率开关模块连接部、电容组连接部以及所述支撑部并排结构共同构成了“工”字形，其中所述支撑部并排结构构成所述“工”字形的中间竖条，分别位于所述支撑部并排结构两侧的两个所述功率开关模块连接部共同构成所述“工”字形的下横条，以及分别位于所述支撑部并排结构两侧的两个所述电容组连接部共同构成所述“工”字形的上横条。

根据实施例，两个所述功率开关模块连接部和两个所述电容组连接部分别为完整的条排或有缺口的不完整的条排。

根据实施例，两个所述支撑部具有预设长度和预设宽度。

根据实施例，所述的预设长度大于等于沿所述第一投影区域的长度方向而位于其两端的两个所述功率开关模块相同极性端之间的距离。

根据实施例，所述支撑部并排结构的两个支撑部之间设置有绝缘层。

根据实施例，所述支撑部并排结构的两个支撑部的间隔距离小于等于所述功率开关模块的正极与负极之间的距离。

根据实施例，所述第一母线排和所述第二母线排沿所述支撑部并排结构的长度延伸方向镜像对称设置。

根据实施例，所述功率开关模块连接孔或所述电容组连接孔相对于所述支撑部的所述预设长度的垂直平分面对称设置。