[发明专利]一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路

说明书

本发明公开了一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路，所述功率模块包括工作电源、模块控制电路板、驱动电路板、由电力电子元件构成的功率电路、金属外壳与散热器，通过在功率模块金属外壳与模块控制电路板的接地端之间跨接了一个阻容支路，构成了一组抗扰电路，可避免功率模块内部因元件之间的电位差剧烈变化所引发的运行异常和故障。

技术领域

本发明属于电力电子领域，尤其涉及一种用于中高压电力电子变压器的功率模块的抗扰电路。

背景技术

中高压电力电子变压器主要用于配电领域，电压等级可以是从6kV到35kV以上。中高压电力电子变压器通常是由多个功率模块级联构成的，目前的主流拓扑包括H桥级联(也称为链式)和MMC(也称为M2C，或者模块化多电平)。举例来说，附图1给出了一种10kV三相链式换流器的电气原理示意图，其中每相有14个功率模块级联，三相形成星形接法，总的线电压为10kV。

功率模块主要由金属外壳、电力电子器件、直流母线(DC1和DC2)、交流母线(AC1和AC2)、散热器、驱动电路板、模块控制电路板、工作电源等组成。其中，工作电源主要是为模块控制电路板以及驱动电路板供电，根据具体设计方案，其电源进线大多是功率模块的直流母线DC1和DC2。

单个功率模块的交流输出电压较低(几百伏至几千伏)，多个功率模块级联起来之后则可以承受高电压(几千伏至几百千伏)。

功率模块内部各元件有多个部分不共地，这些部分的电位是悬浮的，因此各元件之间必然存在电位差,如附图2所示。当功率模块处于高电位时，其内部各元件之间的电位差可能会很大，容易引发元件之间的干扰，特别是对模块控制板和驱动电路板的干扰；此时，必须采取恰当的抗扰措施。

目前大多采用的抗扰电路为：用阻容电路(R1、C1、R2、C2)将功率模块正负直流母线(DC1和DC2)的中点引出，与功率模块的金属外壳(或散热器)相连，如图3所示。因为散热器是通过螺栓与金属外壳固定在一起的，所以这种方法能够保证金属外壳和散热器与功率模块正负直流母线之间的电压不超过直流电压的一半。但是，这种方法并没有消除驱动电路板、模块控制电路板、工作电源等元件的悬浮电位，不能有效降低它们与金属外壳之间的电位差，仍然存在电磁干扰的问题，会导致模块控制电路板和驱动电路板工作异常，甚至出现故障。

本发明致力于解决现有技术中存在的以上问题。

发明内容

本发明在功率模块金属外壳与模块控制电路板的接地端之间跨接一个阻容支路(R3和C3)，构成一组抗扰电路。

功率模块的电源进线与功率模块金属外壳之间、以及功率模块交流出线与功率模块金属外壳之间都存在寄生电荷，这些寄生电荷虽然电荷量很小(相当于皮法级的寄生电容)，但引起的局部电位变动可能较剧烈，可达几千伏。这些电荷的变化会影响模块控制电路板的对地电位。R3和C3的作用是吸收模块控制电路板与功率模块金属外壳之间的寄生电荷，可将工作电源、模块控制电路板、驱动电路板、正负直流母线以及功率模块出线等一系列元件与功率模块金属外壳之间的电位差箝制于较低的水平。通过上述分析可以，R3的参数选择依据为：额定电压不低于功率模块的直流电压；在确定了额定电压之后，具体阻值的选择通常应保证电阻的额定功率不超过20W，因此阻值通常在100kΩ到1MΩ之间；C3的参数选择依据为：额定电压不低于功率模块的直流电压，额定电流为几百毫安至几个安培，容值范围可考虑几百纳法至几个微法之间。

本发明公开了一种电力电子变压器功率模块的抗扰电路，所述功率模块包括工作电源、模块控制电路板、驱动电路板、由电力电子元件构成的功率电路、金属外壳与散热器，其特征在于，在功率模块金属外壳与模块控制电路板的接地端之间跨接了一个阻容支路，构成一组抗扰电路，该阻容支路中电阻R3与电容C3并联。