[发明专利]变换器电路装置

说明书

本发明涉及功率电子器件领域。

一般类型的变换电路装置在欧洲专利申请EP0660496A2中介绍过。

这类变换器电路装置起码由一个模块组成，模块由一个串联电路和一个缓冲器组成，串联电路则由起码两个分别与一个二极管反并联连接的反向导电开关(例如GTO)组成，串联电路的中间节点形成负荷端。缓冲器由起码一个限制电流增加的电感线圈和一个串联电路组成，电感线圈与上述两开关串联配置，串联电路则由一个电阻器和一个缓冲二极管组成，与电感线圈并联连接。在上述专利申请的情况下，通过对各元件的巧安排和分配力图使电路结构达到最低的电感值。电感值尽可能低的电路结构是一般所追求的目标，特别是开关频度和斜率梯度较高的情况下更是如此。为此，在各情况下都把开关和二极管成堆结合在一起，缓中器(即电阻器和电感线圈)配置在该元件堆下面。

因此，本发明的一个目的是提供一种从现有技术发展出来、结构尽可能紧凑的新型变换器电路装置。在本说明书开端所述的那种变换器电路装置的情况下，这个目的是通过如下所述的一些特点达到的：

一种变换器电路装置，由起码一个相位模块组成，相位模块可与直流电压源连接，由一个起码两个分别与续流二极管(D4)反向并联连接的开关特别是栅极截止可控硅整流器(GTO)和起码一个限流电感线圈串联连接的串联电路组成，限流电感线圈并联连接着由一个电阻器和一个缓冲二极管组成的串联电路，开关组成的串联电路的中间节点形成负荷端，开关形成第一元件堆，缓冲二极管和电阻器组成的串联电路形成第二元件堆，其中电感线圈同心绕制在第二元件堆上。

因此，本发明的核心在于，限定电感线圈同心卷绕在二极管和电阻器组成的第二元件堆上。具体地说，电感线圈可以设计成卷绕在元件堆上的螺旋线圈。变换器的结构之所以非常紧凑是因为第一和第二元件堆，即缓冲器堆和开关堆都在同一个公用的夹持构件上。为进行冷却，可以在元件的各元件之间设置液冷的冷却箱。采用特别是与缓冲二极管装在同一公用外壳中的硅电阻器使结构进一步更为紧凑。开关由多个反向导电的GTO或多个分别与一个续流二极管反向并联连接的GTO组成。续流二极管可以在GTO的同一个圆片上形成，且装在公用压力接触外壳中。

缓冲电容器Cs在本说明书开端所述的现有技术中是必不可少的，但在本发明中，通过例如在截止期间将开关的GTO视为晶体管可加以取消。截止工作时，栅/阴极结构电流在GTO的反馈机能有机会限制阳极电流之前和不可控制的触发因起作用部分横向不均匀性而产生之前以适当速度上升而使载流子耗尽。因此，栅极电流上升的速度选取得使栅/阴极结处的载流子在≤1微秒内耗尽。在此情况下，电压的上升率dV/dt取决于GTO本身，其大小在几千伏/微秒左右。若GTO在导通期间也视为晶体管，即产生的电流上升率相当高(例如在1微秒至2微秒内达到负荷电流值)，则也可以缩小限流电感线圈的体积。这样，载流子在栅/阴极结处泛滥的速度是如此之快以致GTO象晶体管一样导通而不致因原本电流密度横向的不均匀性而处于危险境地。

这种驱动也叫做“硬驱动”。

此外，这里也不应低估续流二极管与GTO反向并联连接的作用。在变换器具有直流电压中间电路(电压变换器)的情况下，GTO导通的同时，与其对置的续流二极管必然截止。此续流二极管电流上升的速率在大小方面是相同的。取消缓冲电容器时，二极管两端的dV/dt取决于二极管本身，其大小为几千伏/微秒左右。要提高二极管的性能，和GTO的情况一样，可以通过采用停下延迟的方法达到。这样，GTO和续流二极管的技术相同，从而可以将两元件结合在同一个压力接触外壳中，特别是结合在同一个圆片上。提高二极管在截止期间的dI/dt加载能力的另一项措施是采用局部寿命设定值(轴向和横向，例如用质子照射)。

所有这些措施使变换器非常紧凑。

结合附图参阅下面的详细说明可以更全面地理解本发明及其附带的许多优点。附图中：

图1示出了本发明适用的变换器电路装置的等效电路；

图2示出了本发明变换器结构的细节。