[发明专利]具有并联连接的半导体开关的功率换流器

说明书

本发明涉及一种换流器(2、4)，所述换流器设计用于传输大于3千瓦的电功率并且具有半桥(6)，所述半桥分别具有至少两个由多个半导体开关(16)组成的并联电路(13、14)。本发明所要解决的技术问题在于，在每个并联电路(13、14)具有非常多的半导体开关(16)时也能以较少的耗费同时转换半导体开关(16)。按照本发明的解决方案规定，并联电路(13、14)分别通过并排布置在共同的电路板(21)上的基本电路(15)构成并且每个基本电路(15)分别具有半导体开关(16)之一并且附加地具有用于半导体开关(16)的栅极驱动电路(17)，所述栅极驱动电路通过控制线路(19)与半导体开关(16)的栅极(G)导电连接，并且在并联电路(13、14)中，最短的控制线路(19)和最长的控制线路(19)在它们相应的长度(18)方面彼此最大相差因数(1.5)。

本发明涉及一种换流器，所述换流器设计用于传输大于3千瓦的电功率。这种换流器在此称为功率换流器。换流器具有半桥电路或者简称半桥，所述半桥分别具有由多个半导体开关组成的并联电路。此外提供一种用于转换半桥的控制装置。

功率换流器要求特殊的半导体开关，亦即例如晶体管，所述晶体管具有足够大的电流承载能力和截止电压，以便能够通过数量尽可能少的半导体开关转换大于3千瓦的电功率。这些半导体开关通常整合在所谓的功率半导体模块中。在此指的是电子构件，在所述电子构件中半导体开关紧密地并排布置在共同的导热载体上。通过接合线将各个单独的具有接线端的半导体开关接线连接，通过接线端将功率半导体模块与周围连接。为了运行这种功率半导体模块，必须连接例如转换电路板，在所述电路板上针对每个半导体开关提供栅极驱动电路，以转换半导体开关。此外，功率半导体模块必须装配在冷却体上，以便将聚集在所述载体中的热从功率半导体模块中导出。

由于紧凑的块状构造形式和与栅极驱动电路的外部连接的必要性，功率半导体模块很难与给定的功率和结构空间数据适配。而由于用于现代变流器技术的大量应用可能性，根据应用情况对功率和结构空间数据产生不同的要求。但与之相对地，只能有限地选择可获得的功率半导体模块。因此在数量有限的可使用的功率半导体模块中选择和使用接近合适的。如果对于一种应用没有合适的功率半导体模块，则必须考虑非最佳的设计有冗余的功率半导体模块，这是不期望的耗费成本的解决方案。

在迄今用于变流器的模块技术中，半导体开关的电流承载能力通过模块内部的MOSFET芯片(MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管)或者IGBT芯片(IGBT-绝缘栅双极型晶体管)的并联电路实现。但这只在半导体开关不超过确定数量时可行，因为由于在半导体开关数量上升时增加的模块内部的接线电感影响半导体开关的协调转换。这阻碍了快速转换式半导体开关的使用。为了得到具有多个半导体开关的并联电路，迄今将多个功率半导体模块并联连接并且彼此分隔开但协调地控制。

本发明所要解决的技术问题在于，在变流器中降低在并联连接的半导体开关中的接线电感的影响。

该技术问题按本发明通过独立权利要求的技术方案解决。本发明的有利扩展设计由从属权利要求的特征给出。

本发明包括换流器，也就是逆变器或者整流器，其设计用于传输大于3千瓦的电功率。换而言之，其指的是功率换流器。尤其规定额定功率大于50千瓦的传输。在换流器中，提供分别具有至少两个由多个半导体开关组成的并联电路的换流器。形成所述至少两个并联电路，因为在交流电压相导体的半桥中，通过第一并联电路、所谓的高压侧电路与直流电压侧的正极导体连接，并且通过第二并联电路、所谓的低压侧电路与直流电压侧的负极导体连接。在高压侧电路和低压侧电路中，也可以分别提供多个并联电路，它们又串联连接，以便由此增大半桥的截止电压值。