CN105429481B - 功率模块的并联装置及变流器与逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种功率模块的并联装置及变流器与逆变器。所述功率模块包括正负母排，相邻所述功率模块对应的正负母排通过连接块一一对应地连接；连接块的等效电阻值与正负母排的等效电阻值不同。本发明的功率模块的并联装置及变流器与逆变器，设计简单、成本低廉，在没有额外增加元器件的情况下，有效地减小了功率模块间的振荡电流，进而提高了功率模块的使用寿命。

Description

功率模块的并联装置及变流器与逆变器

技术领域

本发明涉及变流技术领域，尤其涉及一种功率模块的并联装置及变流器与逆变器。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，在风力发电机组等大型电力设备的变流器或变频器中，多采用直流母线支撑电容器来缓冲直流电源与负载之间能量交换，稳定直流母线电压。为了适应变流器功率等级的提高，并增加变流器容量，对变流器的设计的可维护性、模块化、多元器件并联设计均提高要求，以优化变流器的设计布局。

变流器内部的模块化设计，主要通过将直流母线支撑电容器与电力电子器件一起组成功率模块，再通过母线将功率模块并联。但是，由于线路杂散电感的存在可能会引起谐振，使直流母线支撑电容器的振荡电流增大，从而增大了该振荡电流所产生的热损耗，这会影响电容器的寿命，从而影响变流器的稳定工作。

现有的解决方法主要是增大单只并联电容器容量，改变线路电容值，以增大电容器组本身的耐受振荡电流值。对于与变流器整体设计相适应电容器来说，其体积与尺寸是特定的，电容值的变化范围十分有限。如果要更改大容量电容器，就需要增加变流器的整体体积，这将会涉及到变流器整体设计方案的变化，并极大地增加开发周期与成本投入，因此，这种方法难以普及。

现有技术中还没有理想的装置能够有效减小振荡电流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率模块的并联装置及变流器与逆变器，以减小直流母线支撑电容器的振荡电流。

为达上述目的，本发明提供一种功率模块的并联装置，所述功率模块包括正负母排，相邻所述功率模块对应的正负母排通过连接块一一对应地连接；所述连接块的等效电阻值与所述正负母排的等效电阻值不同。

进一步地，所述功率模块包括至少两个正负母排，所述相邻功率模块之间的连接块一体成型；所述至少两个正负母排一体成型或间隔设置。

进一步地，所述连接块的等效电阻值大于所述正负母排的等效电阻值；并且，所述连接块与所述正负母排的材质相同以及所述连接块的横截面积小于所述正负母排的横截面积；或者，所述连接块与所述正负母排的材质和尺寸分别相同，以及所述连接块外套有磁性件。

进一步地，所述连接块的横截面积大于预设横截面积阈值。

进一步地，所述磁性件为磁环。

进一步地，所述连接块包括电感；或者，所述连接块包括电抗器；或者，所述连接块包括相互并联的电抗器与电感；或者，所述连接块包括相互串联的电抗器与电感。

进一步地，所述电感的通流量大于所述正负母排的通流量；或者，所述电抗器的通流量大于所述正负母排的通流量；或者，所述相互并联的电抗器与电感的总通流量大于所述正负母排的通流量；或者，所述相互串联的电抗器与电感的总通流量大于所述正负母排的通流量。

进一步地，所述功率模块包括叠层母排和电容器，所述电容器安装在所述叠层母排上，所述叠层母排与所述正负母排连接。

根据本发明的另一方面，还提供一种变流器，包括如前所述的功率模块的并联装置。

根据本发明的另一方面，还提供一种逆变器，包括如前所述的功率模块的并联装置。

本发明实施例提供的功率模块的并联装置及变流器与逆变器，通过使用特殊的连接块将功率模块并联连接，使连接块较功率模块具有较大的等效电阻值，或者改变电路的谐振条件，有效地减小了功率模块间的振荡电流，进而提高了功率模块的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中的功率模块的并联装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的功率模块的结构示意图。

附图标号说明：

1、叠层母排；2、电容器；3、正负母排；4、电力电子器件；5、功率模块；6、连接块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的功率模块的并联装置及变流器与逆变器进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例的功率模块的并联装置的结构示意图，该功率模块的并联装置可以作为大功率电器设备的内部结构，例如变流器、变频器或逆变器等电器设备。

如图1所示，该功率模块的并联装置包括多个并联的功率模块5，功率模块5包括正负母排3，相邻功率模块5对应的正负母排3通过连接块6一一对应地连接，其中，连接块6的等效电阻值与正负母排3的等效电阻值不同。

本实施例中，功率模块5以及用于连接功率模块5的连接装置(例如正负母排3或连接块6)都存在等效电阻值，且由本身的固有特性决定，会造成传输电流的电路存在杂散电感而产生振荡。如果功率模块5及之间的连接装置的等效电阻值较小，则电路振荡会较大，使电路产生的振荡电流较大，而损坏电路元件。

可选地，通过增加功率模块5或连接装置的等效电阻值，可以减小电路中的振荡电流。但是，增加功率模块5的等效电阻值，会造成其与功率模块所应用的电气设备的整体设计产生冲突，并增加成本投入，因此，这种方法不易实施。而增加连接装置的等效电阻值，可以减轻电路振荡，进而减小电路中的振荡电流。若要增加连接装置的等效电阻值，可以通过调整其内部结构或整体形状，使其电阻值或电感值发生变化的方法来实现。

本发明基于这一特点，增加连接块的等效电阻值，来减小电路中的振荡电流，并增加功率模块5的使用寿命和延长电路的维护周期。

具体地，相邻功率模块5的正负母排3中的正母排与正母排之间，以及负母排与负母排之间，均连接有与正母排以及负母排的等效电阻值不同的连接块6，使正负母排3一一对应连接形成并联电路。其中连接块6的等效电阻值优选为大于正负母排3的等效电阻值，以较大程度地减小电流振荡，进而为功率模块5提供更加安全的运行环境。

本实施例中，功率模块5包括叠层母排1和电容器2，电容器2安装在叠层母排1上，叠层母排1与正负母排3连接。如图2所示，将多个电容器2并排安装在叠层母排1上，并与电力电子器件4(例如IGBT模块)连接组成功率模块5的整体。叠层母排1上连接有正负母排3，其中正母排和负母排的数量应该一一对应，并由相邻功率模块5之间的通流量决定。可选地，在正负母排3上设置有与连接块6相配合的连接口，以方便快捷地连接正负母排3与连接块6。

为了使该功率模块的并联装置可以应用于更多的具体环境，可以对功率模块5的正负母排3与连接块6的连接方式进行相应地调整。例如，功率模块5包括至少两个正负母排3，且该至少两个正负母排3间隔设置，相邻功率模块5之间的连接块6一体成型，即将至少两个(或多个)连接块6设计为一个形状较大的整体连接块，其上依然设置有与多个正负母排3对应连接的连接口，以方便其与正负母排3连接。

再例如，功率模块5包括至少两个正负母排3，且该至少两个正负母排3一体成型，相邻功率模块5之间的连接块6也一体成型，即将至少两个(或多个)正负母排3设计成一个形状较大的母排，其上依然设置有多个正负连接口；同时，将多个连接块6也设计为一个形状较大的整体连接块，并在其上设置连接口，用于与一体成型后的母排的正负连接口连接。

在控制连接块6的等效电阻值大于正负母排3的等效电阻值时，可以选择材质相同的连接块6与正负母排3，并将连接块6的横截面积设计为小于正负母排3的横截面积。采用横截面积较小的连接块6，由于其等效电阻值较大，因此电路中只会产生较小的振荡电流。例如，正负母排3为铜排，则连接块6可以选为横截面积小于该铜排的横截面积的铜块，且铜块的横截面积应该与铜排的横截面积差别较大。

但是，若连接块6的横截面积过小，而相邻功率模块5之间所需的通流量较大，连接块6的载流量较大的情况下，容易将连接块6烧坏，从而影响功率模块5的正常工作。因此，连接块6的横截面积不能过小，而是要大于(连接块6的)预设横截面积阈值，该预设横截面积阈值可以理解为规定温升所需的横截面积。其中，温升是指电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。导体通流后产生电流热效应，随着时间的推移，导体表面的温度不断地上升直至稳定。稳定的条件是在3个小时内前后温差不超过2℃，此时测得导体表面的温度为此导体的最终温度，上升的温度中超过周围空气的温度(即环境温度)的这一部分温度称为温升，温升的单位为开氏(K)。连接块6的规定温升所需的横截面积阈值取决于连接块6工作时的发热情况和散热情况。

本实施中通过增加连接块6的等效电阻值的方式，能够有效地减小电路产生的振荡电流，并使电容器的发热量大大减小，而且连接块6的取材简单，成本低廉，可以在不增加额外元件的情况下，提高该功率模块的并联装置的使用寿命，易于在各类电器设备中普及实施。

若连接块6与正负母排3的材质和尺寸均相同，可以在连接块6外套设磁性件，增加电路等效电感值(相当于增加等效电阻值)，进而改变谐振条件，但是这种方法有可能会使振荡电流下降，也有可能增大振荡电流，较难选择参数。

连接块6还可以选择为电感或电抗器。可选地，连接块6可以包括电感，此方案中电感的通流量大于正负母排3的通流量。或者，连接块6可以包括电抗器，此方案中电抗器的通流量大于正负母排3的通流量。再或者，连接块6可以包括相互并联的电抗器与电感，此方案中相互并联的电抗器与电感的总通流量大于正负母排3的通流量。又或者，连接块6可以包括相互串联的电抗器与电感，此方案中相互串联的电抗器与电感的总通流量大于正负母排3的通流量。原理同上。

在控制连接块6的等效电阻值小于正负母排3的等效电阻值时，可以将连接块6选择为较大的叠层母排。此种方法适用于连接三相功率模块，使电路中只存在很小的杂散电感，产生的振荡电流也会比较小。

根据本发明的另一方面，还提供一种变流器与逆变器，该变流器或逆变器采用上述的功率模块的并联装置作为内部结构，通过使用经过特殊处理的连接块6将功率模块5并联，有效地减小了变流器/逆变器运行时其内部电路产生的振荡电流，大大增加了其使用寿命。同时，该变流器或逆变器还具有设计简单、结构紧凑、成本低廉等优点。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本发明的目的。

采用本发明实施例的功率模块的并联装置及变流器与逆变器具有如下技术效果：通过使用特殊的连接块将功率模块并联连接，有效地减小了功率模块间的振荡电流，进而提高了功率模块的使用寿命；本方案没有额外增加元器件，同时设计简单、结构紧凑以及成本低廉，在各类电器设备中易普及实施。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种功率模块的并联装置，所述功率模块(5)包括正负母排(3)，其特征在于，

相邻所述功率模块(5)对应的正负母排(3)通过连接块(6)一一对应地连接；

所述连接块(6)的等效电阻值与所述正负母排(3)的等效电阻值不同，所述功率模块(5)的连接装置包括正负母排(3)及连接块(6)以增加连接装置的等效电阻值。

2.根据权利要求1所述的并联装置，其特征在于，

所述功率模块(5)包括至少两个正负母排(3)，所述相邻功率模块(5)之间的连接块(6)一体成型；

所述至少两个正负母排(3)一体成型或间隔设置。

3.根据权利要求1所述的并联装置，其特征在于，所述连接块(6)的等效电阻值大于所述正负母排(3)的等效电阻值；并且，所述连接块(6)与所述正负母排(3)的材质相同以及所述连接块(6)的横截面积小于所述正负母排(3)的横截面积；或者，

所述连接块(6)与所述正负母排(3)的材质和尺寸分别相同，以及所述连接块(6)外套有磁性件。

4.根据权利要求3所述的并联装置，其特征在于，所述连接块(6)的横截面积大于预设横截面积阈值。

5.根据权利要求3所述的并联装置，其特征在于，所述磁性件为磁环。

6.根据权利要求1所述的并联装置，其特征在于，所述连接块(6)包括电感；或者，所述连接块(6)包括电抗器；或者，所述连接块(6)包括相互并联的电抗器与电感；或者，所述连接块(6)包括相互串联的电抗器与电感。

7.根据权利要求6所述的并联装置，其特征在于，所述电感的通流量大于所述正负母排(3)的通流量；或者，

所述电抗器的通流量大于所述正负母排(3)的通流量；或者，

所述相互并联的电抗器与电感的总通流量大于所述正负母排(3)的通流量；或者，

所述相互串联的电抗器与电感的总通流量大于所述正负母排(3)的通流量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的并联装置，其特征在于，所述功率模块(5)包括叠层母排(1)和电容器(2)，所述电容器(2)安装在所述叠层母排(1)上，所述叠层母排(1)与所述正负母排(3)连接。

9.一种变流器，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的功率模块的并联装置。

10.一种逆变器，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的功率模块的并联装置。