[发明专利]一种应用于高压固态电力电子开关的叠层母排

说明书

技术领域

本发明涉及叠层母排技术领域，更具体的，涉及一种叠层母排及高压固态电力电子开关。

背景技术

固态电力电子开关是一种全部由半导体器件构成的开关装置，具有开关速度快，可控性强，寿命长的特点,同时为了应用于高电压领域，须将多个半导体器件串联使用以达到较高的电压等级，该方案效果好同时成本低，故得到了广泛的关注与应用。

在半导体器件串联使用时，由于各个半导体器件之间的细微差异以及线路的寄生电感等影响，会导致开关过程中各器件承压不均衡，极大的影响了开关的使用寿命和工作效率，甚至会造成器件击穿损坏。保证半导体器件在开关过程中的电压分布均衡是实现高压固态电力电子开关的关键。

对此现有技术有多种解决方法：一种是在驱动端采用反馈控制实现器件电压动态调整，另一种是在功率端并联动态缓冲电路、静态均压电路。前者主要采用无源器件构成高速反馈网络在每次开关暂态过程中调整驱动信号的幅值或时序，控制精度高，效果好，但电路结构复杂，随着器件串联数目增多，控制复杂度也大幅提升。后者主要通过缓冲电路来吸收线路中存在的电感能量以避免过电压，通过静态均压电路来减缓半导体器件因漏电流不同而导致的静态电压不均衡问题，结构简单，即使器件串联数目增多，也不会提升控制复杂度。当前高压固态开关领域内均通过两种方案的结合解决串联半导体电压不均衡问题。

在对现有技术的研究和实践中，本发明的发明人发现：由于串联半导体数目较多，再加上与其并联的动态缓冲电路及静态均压电路，会导致电路中连接线路过多过长，增加了线路电感，造成开关暂态峰值电压升高；增加了开关组装、测试、维修的难度；增大了装置体积，降低了开关的功率密度。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种应用于高压固态开关的叠层母排。叠层母排是一种多层复合结构连接排，包括至少两层导体层，所述导体层包括铜条，至少一个输入端和输出端，外部电流经输入端进入，经导体片后连接到半导体器件的不同电极，经半导体器件处理后，再由输出端输出，可应用于大功率电力电子装置中。

本发明可通过垂直地面放置叠层母排调节各串联器件的对地分布电容，通过叠层母排降低了开关的配线难度，同时极大的减少了线路电感，有效抑制器件的关断过电压，简化了动态缓冲电路及静态均压电路线路，采用平行导体片连接半导体器件的不同电极，额外形成了极间缓冲电容，降低了缓冲电路中电容的容值要求，在降低成本的同时使开关结构更加紧凑，后期使用、维护更加简单；本发明提供了3个半导体开关器件串联所用的最小叠层母排，通过添加各子排导体片的数目，可应用于串联更多半导体器件，扩大应用范围。

本发明提供了一种高压固态电力电子开关叠层母排，包括第一绝缘子排(1)、第二连接子排(2)、第二绝缘子排(3)、正子排(4)、第三绝缘子排(5)、负子排(6)、第四绝缘子排(7)、第一连接子排(8)、第五绝缘子排(9)，其中：

所述第一绝缘子排(1)，第二绝缘子排(3)，第三绝缘子排(5)，第四绝缘子排(7)和第五绝缘子排(9)由绝缘材料制成，均为L型，包括一个水平面和一个垂直面；在各子排水平面上均设有三组绝缘开孔，每组开孔由三个绝缘开孔组成，用于外接半导体开关器件；所述绝缘开孔填充绝缘垫，保证各极之间绝缘性能及方便半导体器件连接，所有子排上的绝缘开孔尺寸相同；

所述第二连接子排(2)包括第一导体片组，其包括三块互不连接的导体片(21、22、23)，每块导体片呈L型，包括一个水平面和一个垂直面，三块导体片的水平面和垂直面均共面；垂直面至少包括一个接线端子；所述三块导体片水平面上方均设有1个导电螺柱，用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E1/C2极，垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路；

所述正子排(4)包括互不相连的第二导体片(41)、第三导体片(42)，每块导体片呈L型，包括一个水平面和一个垂直面，两个导体片(41)、(42)的水平面和垂直面均共面；垂直面至少包括一个接线端子；所述导体片(41)水平面还包括1个接线端子，用于连接电源正极，水平面上方设有1个导电螺柱，用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极，垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路；所述导体片(42)水平面上方设有包括2个导电螺柱，右侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的E2极，左侧螺柱用于连接该导体片对应的半导体开关器件的C1极，垂直面接线端子用于连接外接的缓冲电路与均压电路；