CN215528989U - 电路装置和变流器模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电路装置(3)和变流器模块。电路装置具有开关组件(9，10)的两个开关组串联电路(7，8)、开关电源(11)以及连接开关组串联电路(7)的两个电容器桥(5，6)。每个开关组件(9，10)具有半导体开关(13)和续流二极管(15)的并联电路，以及用于控制半导体开关(13)的驱动器(17)。每个开关电源(11)与半导体开关(13)的开关对相关联，并且向开关对的两个半导体开关(13)的驱动器(17)供应能量，其中，每个开关对由第一开关组串联电路(7)的半导体开关(13)和第二开关组串联电路(8)的半导体开关(13)形成。变流器模块包括根据本实用新型的电路装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电路装置，该电路装置具有串联连接的、分别带有半导体开关的开关组件，并且涉及一种具有这种电路装置的变流器模块。
背景技术
半导体开关、诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT＝Insulated-Gate BipolarTransistor)由驱动器控制，该驱动器必须被供应电能。特别地，变流器模块通常具有由开关组件形成的串联电路，开关组件分别具有半导体开关。本实用新型尤其涉及对这种串联电路中的半导体开关的驱动器的能量供应。例如，通常从与半导体开关连接的电容器向各个半导体开关的驱动器供应能量。然而，在由开关组件形成的串联电路的情况下，这种对半导体开关的驱动器的能量供应的方式与困难相关联，因为要么从用于开关组件的整个串联电路的电容器电路、并且因此从通常非常高的电压耦合输出能量，要么从多个串联连接的电容器中的仅一个电容器耦合输出能量，多个串联连接的电容器的电压承受电容器之间的电压分布的波动。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种电路装置和一种变流器模块，其具有串联连接的、分别带有半导体开关的开关组件，并且特别是在对半导体开关的驱动器的能量供应方面得到改善。
根据本实用新型，上述技术问题通过具有根据本实用新型的特征的电路装置和具有根据本实用新型的特征的变流器模块来解决。
根据本实用新型的电路装置包括：多个串联连接的第一开关组件，其形成第一开关组串联电路；数量与第一开关组件的数量一致的串联连接的第二开关组件，其形成第二开关组串联电路；数量与第一开关组件的数量一致的开关电源；以及分别具有至少一个电容器的两个电容器桥。每个开关组件具有：半导体开关，其具有控制接头和两个负载接头；以及驱动器，其用于经由半导体开关的控制接头来控制半导体开关。第一电容器桥与第一开关组串联电路的第一端和第二开关组串联电路的第一端电连接。第二电容器桥与第一开关组串联电路的第二端和第二开关组串联电路的第二端电连接。每个开关电源与半导体开关的开关对相关联，并且向开关对的两个半导体开关的驱动器供应能量。在此，每个开关对由第一开关组件的半导体开关和如下的第二开关组件的半导体开关形成：该第二开关组件在第二开关组串联电路中相对于第二开关组串联电路的第一端的位置对应于第一开关组件在第一开关组串联电路中相对于第一开关组串联电路的第一端的位置。
因此，本实用新型规定，逐对地分别通过开关电源为开关组件的半导体开关的驱动器供应能量。在此，其驱动器由相同的开关电源供应能量的两个半导体开关布置在开关组件的两个开关组串联电路中彼此对应的位置处，两个开关组串联电路通过两个电容器桥彼此连接。本实用新型考虑到，在串联连接半导体开关的情况下，彼此不同的半导体开关的彼此对应的负载接头处于彼此不同的电势。在分别通过共同的开关电源来对两个半导体开关的驱动器进行共同的能量供应的情况下，必须由开关电源补偿该电势差。因此，有利的是，将由开关电源供应的每个开关对的两个半导体开关之间的电势差保持得尽可能小。这通过根据本实用新型的开关组件在两个开关组串联电路中的布置来实现，两个开关组串联电路通过两个电容器桥连接，并且两个开关组串联电路中的开关对的半导体开关的位置彼此对应。
本实用新型的一种设计方案规定，第一开关组件在空间上在第一组件堆叠中上下相叠地或彼此相邻地布置，并且第二开关组件在第二组件堆叠中与第一开关组件相对应地、即如第一开关组件那样上下相叠地或彼此相邻地布置。优选地，在此，每个组件堆叠的开关组件以开关组件的开关组串联电路的顺序上下相叠地或彼此相邻地布置。由此，有利地将开关组件的空间布置与开关组件的电互连相匹配。这尤其使得能够特别简单地实现组件堆叠的开关组件的互连。
本实用新型的另外的设计方案规定，由与开关电源相关联的那个开关对的半导体开关从半导体开关的负载接头之间的电压向每个开关电源供应能量。例如，在此，由第一开关组件的半导体开关向每个开关电源供应能量。根据本实用新型的该设计方案，使用了施加在开关对的半导体开关上的电压，以便向相应的开关对的开关电源供应能量。由此，消除了在从电容器电路向半导体开关的驱动器进行能量供应的情况下出现的上述问题。
本实用新型的另外的设计方案规定，每个开关组件具有与半导体开关并联连接的续流二极管。由此，在半导体开关的开关状态改变时保护半导体开关免受过电压。
在本实用新型的另外的设计方案中，每个半导体开关是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，半导体开关的负载接头是绝缘栅双极晶体管的发射极和绝缘栅双极晶体管的集电极，并且半导体开关的控制接头是绝缘栅双极晶体管的栅极。在此，例如通过两个半导体开关中的一个的发射极与两个半导体开关中的另一个的集电极的电连接，半导体开关的串联电路中相继跟随的每两个开关组件中的半导体开关彼此电连接。绝缘栅双极晶体管结合了双极晶体管和场效应晶体管的优点，并且因此是特别适合的半导体开关，特别是适合用于变流器模块的电路装置。
本实用新型的另外的设计方案规定，每个电容器桥具有多个电容器的串联电路，和/或电容器桥被相同地构建。通过电容器的串联电路，可以将高电压分布到多个电容器上，并且由此与仅分别具有一个电容器的电容器桥的情况相比，可以有利地使用具有更低的耐压强度的更小且成本更低的电容器。相对于以彼此不同的电容器构建电容器桥，对电容器桥的相同的构建实现了电路装置的对称实施，并且减小了元件多样性。
根据本实用新型的变流器模块包括根据本实用新型的电路装置和两个模块接头。第一模块接头与第一开关组串联电路的第一端电连接。第二模块接头与第一开关组串联电路的第二端电连接。从根据本实用新型的电路装置的上述优点得到根据本实用新型的变流器模块的优点。
附图说明
结合以下对结合附图更详细地阐述的实施例的描述，上面所描述的本实用新型的特性、特征和优点以及如何实现其的方式将变得更加清楚并且更显著地容易理解。在此附图中：
图1示出了变流器模块的电路图，
图2示出了变流器模块的开关组件的空间布置。
在附图中，彼此对应的部分具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的变流器模块1的电路图。变流器模块1包括根据本实用新型的电路装置3和两个模块接头27、28。
电路装置3包括形成第一开关组串联电路7的四个串联连接的第一开关组件9、形成第二开关组串联电路8的四个串联连接的第二开关组件10、四个开关电源11和两个电容器电桥5、6。每个开关组件9、10具有半导体开关13和续流二极管15的并联电路，以及用于控制半导体开关13的驱动器17。
每个半导体开关13被构建为IGBT，并且具有两个负载接头19、20和控制接头21，经由该控制接头21利用驱动器17控制半导体开关13。第一负载接头19是IGBT的发射极，第二负载接头20是IGBT的集电极，控制接头21是IGBT的栅极。
每个电容器桥5、6具有两个串联连接的电容器25。第一电容器桥5与第一开关组串联电路7的第一端和第二开关组串联电路8的第一端电连接。第二电容器桥6与第一开关组串联电路7的第二端和第二开关组串联电路8 的第二端电连接。
每个开关电源11与半导体开关13的开关对相关联，并且向开关对的两个半导体开关13的驱动器17供应能量。每个开关对由第一开关组件9的半导体开关13和如下的第二开关组件10的半导体开关13形成：该第二开关组件在第二开关组串联电路8中相对于第二开关组串联电路的第一端的位置对应于第一开关组件9在第一开关组串联电路7中相对于第一开关组串联电路的第一端的位置。
由与开关电源11相关联的那个开关对的第一开关组件9的半导体开关 13，从半导体开关13的负载接头19、20之间的电压向每个开关电源11供应能量。开关电源11被构建为测量施加在两个负载接头19、20之间的电压，并且当半导体开关13被关断(截止)并且续流二极管15不导通时，从该电压耦合输出能量。此外，开关电源11考虑了两个半导体开关13的彼此对应的负载接头19、20之间(例如，发射极19之间)的电势差，该开关电源向两个半导体开关的驱动器17供应能量。两个开关组串联电路7、8中的开关对的两个半导体开关13的彼此对应的布置有利地产生了开关对的两个半导体开关13之间相对小的电势差。图1中，分别通过箭头表示分别通过第一开关组件9的半导体开关13处的电压来进行的对开关电源11的能量供应以及分别通过开关电源11来进行的对第二开关组件10的半导体开关13的驱动器17的能量供应。
通过两个半导体开关13中的一个的发射极19与两个半导体开关13中的另一个的集电极20的电连接，开关组串联电路7、8中相继跟随的每两个开关组件9、10中的半导体开关13彼此电连接。
开关组件9、10的续流二极管15的阳极与开关组件9、10的半导体开关13的发射极19连接。开关组件9、10的续流二极管15的阴极与开关组件9、10的半导体开关13的集电极20连接。
第一模块接头27与第一开关组串联电路7的第一端连接。第二模块接头28与第一开关组串联电路7的第二端连接。
图2示出了开关组件9、10的空间布置。第一开关组件9在第一组件堆叠23中上下相叠地布置。第二开关组件10在第二组件堆叠24中上下相叠地布置。两个组件堆叠23、24彼此相邻地布置。每个组件堆叠23、24的开关组件9、10以开关组件的开关组串联电路7、8的顺序上下相叠地布置。
可以以不同方式修改图1和图2中所示出的电路装置3和变流器模块1 的实施例。例如，可以设置数量不同于四个的第一开关组件9、第二开关组件10和开关电源11，和/或电容器桥5、6中数量不同于两个的电容器25。此外还可以规定，除了从施加在第一开关组件9的半导体开关13上的电压来进行对开关电源11的能量供应，还能够例如从电流或电容器桥5、6进行对开关电源11的冗余的能量供应，可以根据需要使用该冗余的能量供应。
尽管已经在细节上通过优选的实施例更详细地说明和描述了本实用新型，但是本实用新型不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以从中推导出其他的变型方案，而不脱离本实用新型的保护范围。
附图标记列表
1 变流器模块
3 电路装置
5、6 电容器桥
7、8 开关组串联电路
9、10 开关组件
11 开关电源
13 半导体开关
15 续流二极管
17 驱动器
19、20 负载接头
21 控制接头
23、24 组件堆叠
25 电容器
27，28 模块接头。
Claims (11)
1.一种电路装置(3)，所述电路装置包括
-多个串联连接的第一开关组件(9)，所述串联连接的第一开关组件形成第一开关组串联电路(7)，
-串联连接的第二开关组件(10)，其数量与第一开关组件(9)的数量一致，所述串联连接的第二开关组件形成第二开关组串联电路(8)，
-开关电源(11)，其数量与第一开关组件(9)的数量一致，以及
-两个电容器桥(5，6)，其分别具有至少一个电容器(25)，
其特征在于，
-每个开关组件(9，10)具有半导体开关(13)和驱动器(17)，所述半导体开关具有控制接头(21)和两个负载接头(19，20)，所述驱动器用于经由所述半导体开关的控制接头(21)来控制半导体开关(13)，
-第一电容器桥(5)与第一开关组串联电路(7)的第一端和第二开关组串联电路(8)的第一端电连接，
-第二电容器桥(6)与第一开关组串联电路(7)的第二端和第二开关组串联电路(8)的第二端电连接，以及
-每个开关电源(11)与半导体开关(13)的开关对相关联，并且向开关对的两个半导体开关(13)的驱动器(17)供应能量，其中，每个开关对由第一开关组件(9)的半导体开关(13)和如下的第二开关组件(10)的半导体开关(13)形成：所述第二开关组件在第二开关组串联电路(8)中相对于第二开关组串联电路的第一端的位置对应于第一开关组件(9)在第一开关组串联电路(7)中相对于第一开关组串联电路的第一端的位置。
2.根据权利要求1所述的电路装置(3)，其特征在于，所述第一开关组件(9)在空间上在第一组件堆叠(23)中上下相叠地或彼此相邻地布置，并且所述第二开关组件(10)在第二组件堆叠(24)中与所述第一开关组件(9)相对应地布置。
3.根据权利要求2所述的电路装置(3)，其特征在于，每个组件堆叠(23，24)的开关组件(9，10)以开关组件的开关组串联电路(7，8)的顺序上下相叠地或彼此相邻地布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(3)，其特征在于，由与所述开关电源(11)相关联的那个开关对的半导体开关(13)，从半导体开关(13)的负载接头(19，20)之间的电压向每个开关电源(11)供应能量。
5.根据权利要求4所述的电路装置(3)，其特征在于，由第一开关组件(9)的半导体开关(13)向每个开关电源(11)供应能量。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(3)，其特征在于，每个开关组件(9，10)具有与半导体开关(13)并联连接的续流二极管(15)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(3)，其特征在于，每个半导体开关(13)是绝缘栅双极晶体管，半导体开关的负载接头(19，20)是绝缘栅双极晶体管的发射极和绝缘栅双极晶体管的集电极，并且半导体开关的控制接头(21)是绝缘栅双极晶体管的栅极。
8.根据权利要求7所述的电路装置(3)，其特征在于，通过两个半导体开关(13)中的一个的发射极与两个半导体开关(13)中的另一个的集电极的电连接，开关组串联电路(7，8)中相继跟随的每两个开关组件(9，10)中的半导体开关(13)彼此电连接。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(3)，其特征在于，每个电容器桥(5，6)具有多个电容器(25)的串联电路。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(3)，其特征在于，所述电容器桥(5，6)被相同地构建。
11.一种变流器模块(1)，其特征在于，所述变流器模块包括
-根据权利要求1至10中任一项所述的电路装置(3)，
-第一模块接头(27)，所述第一模块接头与第一开关组串联电路(7)的第一端电连接，以及
-第二模块接头(28)，所述第二模块接头与第一开关组串联电路(7)的第二端电连接。
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