[发明专利]功率器件的驱动系统

说明书

本公开提供一种功率器件的驱动系统，包含散热板、多个半导体模块、多个门极板、控制板、桥接模块及端子模块。半导体模块设置于散热板上。每个门极板设置于对应的半导体模块上，且包含第一驱动端子。控制板设置于散热板上。桥接模块及端子模块相互电连接并设置于控制板上，并沿控制板的中心朝边缘的方向按序排列。桥接模块包含多个驱动桥接板，每个驱动桥接板电耦接于控制板。端子模块包含多个第二驱动端子，每个第二驱动端子电连接于对应的驱动桥接板及第一驱动端子。

技术领域

本公开涉及一种驱动系统，特别涉及一种功率器件的驱动系统。

背景技术

随着电力电子技术朝大容量、高功率密度、高性能等方面发展，市场对兆瓦(MW)级大功率变流器的需求与日剧增。受到电流容量局限、热源集中、成本高等因素制约，目前的大功率电力电子器件难以直接实现大容量要求。相比之下，电力电子器件并联具备高通流能力、均匀热分布、灵活布局及高性价比等优势。因此，电力电子器件的并联技术越发广泛地被应用于大功率变流器。

目前，半导体器件的并联驱动方案主要有Central drive(集中驱动)和Directdrive(直接驱动)两种架构。Central drive架构如图1所示，控制信号经由一个隔离单元驱动所有并联连接的半导体器件，此架构中仅需一个隔离单元。Direct drive架构如图2所示，多个隔离单元分别与多个半导体器件一一对应以进行控制，隔离单元的数量与半导体器件的数量相同。与Direct drive架构相比，Central drive架构的成本较低、结构简单且拥有良好的驱动一致性，故受到广泛使用。但是实际工程应用中，采用Central drive架构往往会用到长线束来传递驱动及保护信号，这会带来绝缘、电磁兼容、安装与维护等一系列问题，这些问题的存在很大程度上降低了系统的可靠性。

下面以ANPC(active neutral point clamped，有源中点钳位)三电平电路拓扑的驱动系统为例进行说明，其中该驱动系统基于Central drive架构。图3为ANPC电路拓扑，图4为现有的功率器件的驱动系统的具体连接示意图。如图3所示，ANPC电路包括多个功率器件模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及Q6，每个功率器件模块包括多个并联连接的功率器件。多个功率器件模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及Q6的连接关系见图3。由图3可知，功率器件模块Q5和功率器件模块Q6的驱动线电位与其他功率器件模块的驱动线电位最大相差1/2Vbus，其中Vbus为母线电压。在功率器件模块Q1、Q2、Q3及Q4中，相邻功率器件模块之间的驱动线电位差最大为1/2Vbus，例如功率器件模块Q1与Q2、功率器件模块Q2与Q3、功率器件模块Q3与Q4。不相邻的功率器件模块之间的驱动线电位差最大为Vbus，例如功率器件模块Q1与Q3、功率器件模块Q1与Q4、功率器件模块Q2与Q4。由图4可知，功率器件模块中的多个并联连接的功率器件采用Central drive架构，驱动板和门极板之间均采用长线束来传输驱动信号(以实线标示)以及保护信号(以虚线标示)，然而其在实际应用中会带来如下问题：

1、寄生参数不可控：由于长线束排列顺序不固定，且各线束间的间距亦不固定，故线间寄生参数不可控，此将影响并联连接的功率器件的驱动的一致性，并进而影响所传输的驱动信号和保护信号，导致系统可靠性降低；

2、电磁干扰问题：由于线束间存在寄生电容，故驱动线电位跳变可能通过寄生电容而耦合至其他线路，造成干扰。同时，由于线束较长，故驱动架构所占用的区域较大，导致驱动信号容易受到功率电流所产生的强磁场影响；

3、绝缘问题：由于长线束难以固定，故结构稳定性较差。再者，线束之间的间距小，电位相差Vbus的两个驱动线束之间的绝缘仅靠绝缘线皮实现。若线皮发生磨损或老化，将带来严重的安全隐患；以及

4、线束规格不一致和安装维护问题：由于门极板的位置和距离不同，故驱动的线束和保护采样的线束有多种长度规格，样制难度大。且驱动板上的端子与门极板上的端子间难以一一对应，线束安装和排列顺序不固定，接线易错，此将增加安装和维护难度。