[发明专利]电力变流器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种电力变流器，如采用半导体开关元件的逆变器，尤其涉及一种将部件连接在用于保护半导体开关元件的缓冲电路(snubber circuit)中的布置和方法。

图29简要显示了一例普通的电力变流器，该例在日本特许申请公开平4(1992)-229078号中公开，更准确地说，图29示出了将部件连接在用于保护半导体开关元件的缓冲电路中的布置和方法。该图中，包括一个作为半导体开关元件的可关断晶闸管(以下缩写为GTO)1、一个缓冲二极管2和一个缓冲电容器3，其中由缓冲二极管2和缓冲电容器3串联连接组成的缓冲电路为半导体开关元件1构成分流电路。另外还包括电容器罩4、连接件6、连接件7和散热片9，其中电容器罩4位于缓冲电容器3一端成为其一电极，而缓冲电容器3的另一电极5在其另一端形成；连接件6用于电气连接缓冲二极管2的阳极和缓冲电容器3的电极4；连接件7用于电气连接GTO 1和缓冲电容器3的另一电极5；而散热片9为GTO 1和缓冲二极管2散热。上述专利申请文件中所给的描述基于这样的思想，即通过一种配置来降低存在于缓冲电路中的寄生电感，该配置中，组成连至GTO 1的缓冲电路的缓冲电容器3的一端4用作部分包围电容器3的高电导率的电容器罩，而且该配置还足以使缓冲电路电线回路的长度最短。建议其中所用的GTO 1具有大约2千安培的关断电流和4.5千伏特的额定电压。具有如此电气额定值的典型的已知的GTO的硅片直径大约为4英寸。而且其中描述的缓冲电容器3的静态电容为2.5微法拉。同时上述已知的例子中所采用的缓冲二极管2是一种具有低额定电流和相对较大寄生电感的特殊的螺栓状二极管。该缓冲二极管2固定地与散热片9相连。

由于已有技术中通常的电力变流器是如上所述构造的，因此当施加半导体开关元件(如通过使用目前已经研制出且具有6英寸或更大直径的新型硅片制成的GTO)时，其电气额定值大于6千伏特和6千安培。因此，所希望的绝缘水平完全不同于任何通常的硅片直径大约为4英寸的GTO的绝缘水平，而所需的绝缘长度不可避免地要比已知数值长。另外，增大由自消弧半导体元件的关断而切断的电流，结果会使分流至缓冲电路中的电流增大，因此需要提供大额定电流和大静态电容(如，当关断电流为6千安培时，电容大约为6微法拉)的缓冲电容器，还有缓冲二极管，从而连接端之间的距离会不可避免地变长。结果加长了缓冲电路的电线回路，而且即使直接应用普通的缓冲电路连接方法也难以保持已有技术中关于使电线回路长度最短的基本思想。尽管在上述已知的例子中没有提及GTO开关频率，但如果为了提高自消弧半导体元件(如电力变流器)的控制性能而提高GTO开关频率，则流入缓冲电路的有效电流会增加，最后使缓冲电容器和缓冲二极管的尺寸增大，从而使前述基本思想的保持更为困难。