Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь



Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь
Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь

 


Владельцы патента RU 2546979:

ДЕЛЬТА ЭЛЕКТРОНИКС, ИНК. (CN)

Группа изобретений относится к области электротехники. В настоящей группе изобретений раскрыта конструкция многослойной шины для использования в трехуровневом силовом преобразователе и силовой преобразователь. Конструкция многослойной шины содержит первый слой шины, содержащий нейтральную субшину для обеспечения электрических соединений между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе и потенциалом нейтральной точки; и второй слой шины, содержащий множество субшин для обеспечения электрических соединений между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе и положительным входом постоянного тока, отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока в трехуровневом силовом преобразователе, а также между соответствующими переключающими полупроводниковыми компонентами. Настоящая группа изобретений позволяет получить технический результат - эффективно снизить паразитную индуктивность. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 30 ил.

 

Настоящая заявка ссылается на приоритет заявки на патент Китая №201210403971.1, зарегистрированной 22 октября 2012, все содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки.

Область техники

Настоящая заявка относится к многослойной силовой шине, а в частности к многослойной шине, имеющей два слоя, и к трехуровневому силовому преобразователю с фиксацией нейтральной точки (NPC neutral-point clamp) с многослойной шиной.

Уровень техники

В настоящее время преобразователи переменной частоты широко используются в промышленности, при этом имеется тенденция их развития в направлении высокого напряжения, большого тока, высокой мощности, высокой надежности и низкой цены. Что касается высокого напряжения переменной частоты, поскольку силовой преобразователь ограничен рабочими характеристиками полупроводниковых компонентов, обычно используется трехуровневая топология с фиксацией нейтральной точки.

На фиг.1 показана принципиальная схема, демонстрирующая одну фазу цепи с типичной трехуровневой топологией NPC. Хотя на фиг.1 показан пример одной фазы для типичной трехуровневой топологии NPC, другие две фазы имеют такой же вид, что и на фиг.1. На фиг.1 S1, S2, S3 и S4 - полупроводниковые компоненты; FWD1, FWD2, FWD3 и FWD4 - демпфирующие диоды, подключенные параллельно S1, S2, S3 и S4, соответственно; D1 и D2 - фиксирующие диоды; C1 - конденсатор верхнего плеча, С2 - конденсатор нижнего плеча, Р - положительная шина постоянного тока (DC), N - отрицательная шина постоянного тока, NP - нейтральная шина, и AC - входная/выходная шина переменного тока (АС).

Как показано на фиг.1, такая трехуровневая топология NPC характеризуется тем, что падение напряжения на каждом из полупроводниковых компонентов уменьшено наполовину по сравнению с двухуровневой топологией, количество полупроводниковых компонентов, содержащихся в блоке питания, растет, а его конструкция усложняется, при этом растет также паразитная индуктивность блока питания, и ею уже нельзя пренебрегать. В частности, по мере того как скорость переключения полупроводниковых компонентов все больше возрастает, а выходная мощность повышается, паразитная индуктивность индуцирует высокое напряжение, когда полупроводниковый компонент при нормальной работе размыкается или замыкается, что может увеличить падение напряжения на полупроводниковом компоненте, а это снижает его надежность и даже может привести к выходу полупроводникового компонента из строя. Поэтому очень важно сконструировать блоки питания так, чтобы снизить паразитную индуктивность.

На фиг.2А-2С схематично показаны примеры способа, позволяющего уменьшить влияние напряжения, вызванного паразитной индуктивностью, на полупроводниковый компонент в обычной трехуровневой топологии с фиксацией нейтральной точки.

Как показано на фиг.2А-2С, для уменьшения влияния напряжения, обусловленного паразитной индуктивностью, на полупроводниковые компоненты в трехуровневой топологии с фиксацией нейтральной точки обычно добавляют демпфирующую (ограничивающую) цепь параллельно полупроводниковому компоненту, и типичная демпфирующая цепь содержит элементы R, RC, RCD и т.п. Когда полупроводниковый компонент S1 выключается, энергия, имеющаяся в паразитной индуктивности, поглощается элементом аккумулирования энергии в демпфирующей цепи, и, таким образом, напряжение на полупроводниковом компоненте S1 может быть подавлено. Хотя этот способ позволяет просто и эффективно снизить рассматриваемое влияние паразитной индуктивности, но, когда S1 включается, энергия, поглощенная демпфирующей цепью, проходит через S1, что приводит к дополнительным потерям при включении и ухудшает динамические рабочие характеристики полупроводниковых компонентов. Кроме того, поскольку добавлены дополнительные устройства высокого напряжения, преобразователь подвержен риску большей частоты отказов и понижения удельной мощности, что приводит к повышению стоимости и т.п.

Другой способ уменьшения паразитной индуктивности заключается в использовании многослойной шины. Преимущество многослойной шины заключается в ее малой паразитной индуктивности, эффективном подавлении электромагнитных помех (EMI) и т.п. Поэтому многослойные шины широко применяются в области мощных устройств преобразования частоты.

Для уменьшения паразитной индуктивности, многослойная шина должна обеспечить тракт, который заставляет токи через соответствующие слои частей проводника течь в зеркально-симметричном направлении. Чем выше симметрия, тем меньше площадь коммутационной петли в этой части проводника и меньше магнитный поток в случае постоянной магнитной индукции, а следовательно меньше паразитная индуктивность. Хотя при использовании многослойной шины паразитная индуктивность может стать пренебрежимо малой, в таких шинах все еще имеются проблемы. Например, в особенности в трехуровневой цепи NPC, поскольку количество компонентов растет и растет площадь самих компонентов, множество слоев в многослойных шинах имеют сложную электрическую разводку, и стоимость изготовления множества таких слоев в многослойных шинах становится высокой. Кроме того, по мере увеличения количества слоев в многослойной шине, паразитная индуктивность увеличивается вследствие увеличения толщины изолирующих слоев, расположенных между проводящими слоями, и процесс изоляции усложняется.

Например, в патенте США №6456516 B1 раскрыта конструкция многослойной шины. Многослойная шина, предложенная в этом документе, представляет собой три слоя многослойной шины, и может быть расширена на трехуровневую топологию NPC, содержащую N переключающих полупроводниковых компонентов, соединенных последовательно. Хотя в такой конструкции удается несколько снизить паразитную индуктивность, многослойная шина в этом патенте все еще представляет собой шину с множеством слоев, и поэтому между каждыми двумя слоями должен быть вставлен соответствующий толстый изолирующий слой посредством процесса изолирования, что приводит к тому, что многослойная шина, в целом, имеет большую толщину, и уменьшение паразитной индуктивности в этом случае зависит от толщины изолирующего слоя. Кроме того, в этом патенте формы соответствующих субшин отличаются друг от друга, а это обуславливает необходимость создания изгибов и ступенек различной глубины в соответствующих слоях для соединения каждого слоя шины с соответствующими ножками полупроводниковых компонентов, что делает процесс изготовления шины сложным; кроме того, необходимо обеспечить сцепления между соответствующими шинами, чтобы избежать возникновения промежутков между многослойными слоями вследствие изгиба шины. Поэтому электрические рабочие характеристики шины такой конструкции невысоки и не позволяют оптимизировать ее стоимость.

Аналогично, в патенте США №7881086 B2 раскрыта конструкция многослойной шины. Многослойная шина, предложенная в этом патенте, представляет собой шину с множеством слоев (4 слоя). Таким образом, там все еще существует проблема, обусловленная тем, что количество слоев в шине для создания низкой паразитной индуктивности слишком велико, и приходится выполнять различные отверстия, поскольку формы соответствующих субшин отличаются, а для слишком большого количество наложенных друг на друга слоев требуется больше отверстий (больше сквозных отверстий). Поэтому многослойная шина, предложенная в этом патенте, также является сложной и не позволяет оптимизировать стоимость шины.

Сущность изобретения

Чтобы устранить по меньшей мере одну из вышеуказанных проблем, предложена многослойная шина для использования в трехуровневом силовом преобразователе NPC, которая эффективно уменьшает паразитную индуктивность в силовом преобразователе, имеет простую конструкцию и проста в установке.

Для достижения вышеуказанной цели в рамках первого аспекта настоящего изобретения предложена многослойная шина для использования в трехуровневом силовом преобразователе NPC, которая содержит: первый слой шины, содержащий нейтральную субшину, предназначенную для обеспечения электрического соединения между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе NPC и потенциалом нейтральной точки; и второй слой шины, содержащий множество субшин, предназначенных для обеспечения электрического соединения между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе NPC и положительным входом постоянного тока (DC), отрицательным входом постоянного тока, и входом/выходом переменного тока (АС) в преобразователе и электрические соединения между соответствующими переключающими полупроводниковыми компонентами.

Второй аспект настоящего изобретения относится к трехуровневому силовому преобразователю NPC с низкой паразитной индуктивностью, содержащему: группу полупроводниковых компонентов, содержащую группу компонентов верхнего плеча, включенную между положительным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока, и группу компонентов нижнего плеча, включенную между отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока, при этом группа компонента верхнего плеча содержит первый фиксирующий диод, клемма которого связана с потенциалом нейтральной точки и который расположен между группой компонентов верхнего плеча и группой компонентов нижнего плеча, а группа компонентов нижнего плеча содержит второй фиксирующий диод, клемма которого связана с потенциалом нейтральной точки; теплоотвод, на котором смонтирована группа компонентов верхнего плеча и группа компонентов нижнего плеча; и многослойную шину, расположенную поверх группы полупроводниковых компонентов и содержащую: первый слой шины, содержащий нейтральную субшину, обеспечивающую электрические соединения между первым фиксирующим диодом, вторым фиксирующим диодом и потенциалом нейтральной точки; и второй слой шины, содержащий множество субшин, обеспечивающих электрические соединения между группой компонентов верхнего плеча и положительным входом постоянного тока, отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока, электрическое соединение между группой компонентов нижнего плеча и отрицательной шиной постоянного тока, входом/выходом переменного тока и электрическое соединение между соответствующими компонентами в группе компонентов верхнего плеча и группе компонентов нижнего плеча, соответственно.

Настоящее изобретение позволяет обеспечить зеркальный путь для токов, текущих через цепь в процессе переключения. Так, токи через шину верхнего слоя и шину нижнего слоя в процессе переключения текут навстречу друг другу и, таким образом, паразитная индуктивность силового преобразователя эффективно снижается, и уменьшается падение напряжения в момент, когда компонент выключается, при этом указанные два слоя в конструкции шины легко установить, и к ним имеется легкий доступ.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения совместно с сопровождающими чертежами, хотя возможны вариации и изменения без отхода от сути и объема изобретения.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи иллюстрируют один или более вариантов выполнения настоящего изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения. Везде, где это возможно, одинаковые позиции на чертежах используются для обозначения одинаковых или сходных элементов в различных вариантах выполнения настоящего изобретения, при этом:

на фиг.1 показана принципиальная схема, иллюстрирующая одну фазу цепи типичной трехуровневой топологии с использованием фиксирующих диодов;

на фиг.2А-2С показаны принципиальные схемы, иллюстрирующие пример способа понижения влияния напряжения, обусловленного паразитной индуктивностью, на полупроводниковый компонент в обычной трехуровневой топологии NPC;

на фиг.3А-3D показаны принципиальные схемы, демонстрирующие четыре петли коммутации в одной фазе цепи силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC, во время нормальной работы, соответственно;

на фиг.4А показана принципиальная схема, демонстрирующего цепь силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.4B схематично показано распределение компонентов силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.5А схематично показана структура каждой фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.5B схематично показана структура многослойной шины согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.6С схематично показана структура субшины А6 согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.6А схематично показано распределение петли 1 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.6B схематично показано распределение петли 2 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.6С схематично показано распределение петли 3 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.6D схематично показано распределение петли 4 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.7А схематично показан узел одной фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.7B схематично с частичным разнесением деталей показан узел блока питания, изображенный на фиг.7А;

на фиг.8А показана принципиальная схема силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.8B схематично показано распределение компонентов силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC, согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.9А схематично показана структура каждой фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC, согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фига 9B схематично показана структура многослойной шины согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.9С схематично показана структура субшины В6 согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.10А схематично показано распределение петли 1 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.10B схематично показано распределение петли 2 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.10С схематично показано распределение петли 3 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.10D схематично показано распределение петли 4 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.11А схематично показан узел одной фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC, согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения;

на фиг.11В схематично с частичным разнесением деталей показан узел блока питания, изображенный на фиг.11А.

Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения.

Ниже варианты выполнения настоящего изобретения описаны подробно. Следует отметить, что эти варианты выполнения настоящего изобретения даны только для иллюстрации и не ограничивают настоящего изобретения.

Ниже настоящее изобретение описано более полно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых показаны примеры вариантов выполнения настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано в множестве различных форм, и не следует считать, что оно ограничено только вариантами выполнения настоящего изобретения, раскрытыми в настоящем описании. Эти варианты даны лишь для того, чтобы полнее раскрыть объем изобретения специалистам в данной области техники. На протяжении всего описания одинаковые позиции относятся к сходным элементам.

Терминология используется здесь только с целью описания конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения и не предназначена для ограничения объема изобретения. В контексте настоящего изобретения подразумевается, что формы единственного числа включают и формы множественного числа, если из контекста не следует обратного. Кроме того, подразумеваться, что термины «содержит» и/или «содержащий», «включает» и/или «включающий» или «имеет» и/или «имеющий» в контексте настоящего изобретения определяют наличие заявляемых признаков, областей, целых чисел, шагов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают возможность присутствия или добавления одного или большего количества других признаков, областей, целых чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и/или групп, состоящих из них.

Если не указано иного, все термины (включая технические и научные термины), используемые здесь, имеют общепринятое значение в области, к которой относится настоящее изобретение. Далее подразумевается, что термины, которые определены в обычно используемых словарях, должны интерпретироваться как имеющие значение, которое совместимо с их значением в контексте соответствующей области техники и формулы настоящего изобретения, и не должны интерпретироваться в идеализированном или чрезмерно формальном смысле, если это не заявлено явно.

В контексте настоящего изобретения термин «множество» означает количество, превышающее единицу.

На фиг.3А-3D показаны принципиальные схемы, демонстрирующие четыре петли коммутации в одной фазе цепи силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC, во время нормальной работы, соответственно.

На фиг.3А показана петля 1 коммутации. На фиг.3А петля 1 коммутации идет от конденсатора C1 шины верхнего плеча, полупроводникового компонента S1, фиксирующего диода D1 и соединителей между вышеуказанными компонентами к выходной клемме переменного тока, как показано стрелками на фиг.3А. Когда S1 переходит из включенного состояния в выключенное состояние, ток, текущий через S1, уменьшается, а ток, текущий через фиксирующий диод D1, увеличивается, и напряжение, обусловленное паразитной индуктивностью, может оказаться приложенным к S1 (его направление показано на фиг.3А), и, таким образом, электрическое напряжение на S1 растет.

На фиг.3В показана петля 2 коммутации. На фиг.3В петля 2 коммутации идет от клеммы переменного тока и через конденсатор C1 шины верхнего плеча, демпфирующие диоды FWD1 и FWD2, полупроводниковый компонент S3, фиксирующий диод D2 и соединители между вышеуказанными компонентами, как показано стрелками на фиг.3В. Когда S3 переходит из включенного состояния в выключенное состояние, ток, текущий через S3 и D2, уменьшается, а ток, текущий через демпфирующие диоды FWD1 и FWD2, увеличивается, и напряжение, обусловленное паразитной индуктивностью, может оказаться приложенным к S3 (его направление показано на фиг.3В), и, таким образом, электрическое напряжение на S3 увеличивается.

На фиг.3С показана петля 3 коммутации. На фиг.3С петля 3 коммутации идет от клеммы переменного тока и через конденсатор C2 шины нижнего плеча, полупроводниковый компонент S4, фиксирующий диод D2 и соединители между вышеуказанными компонентами, как показано стрелками на фиге 3C. Когда S4 переходит из включенного состояния в выключенное состояние, ток, текущий через S4, уменьшается, а ток, текущий через фиксирующий диод D2, увеличивается, и напряжение, обусловленное паразитной индуктивностью, может оказаться приложенным к S4 (его направление показано на фиг.3С), и, таким образом, электрическое напряжение на S4 увеличивается.

На фиг.3D показана петля 4 коммутации. На фиг.3D петля 4 коммутации идет от конденсатора C2 шины нижнего плеча, полупроводниковый компонент S2, демпфирующие диоды FMD3 и FWD4, фиксирующий диод D1 и соединители между вышеуказанными компонентами к выходной клемме переменного тока, как показано стрелками на фиг.3D. Когда S2 переходит из включенного состояния в выключенное состояние, ток, текущий через S2 и фиксирующий диод D1, уменьшается, и напряжение, обусловленное паразитной индуктивностью, может оказаться приложенным к S2 (его направление показано на фиг.3D), и, таким образом, электрическое напряжение на S2 увеличивается.

Поэтому в трехуровневом силовом преобразователе NPC, когда состояния компонентов изменяются, напряжение, обусловленное паразитной индуктивностью, может увеличить падение напряжения на полупроводниковых компонентах, таким образом влияя на рабочие параметры в сторону их ухудшения, что приводит к повышению требований к параметрам полупроводниковых компонентов при изготовлении силового преобразователя и, таким образом, к повышению стоимости его изготовления. Вышеуказанные отрицательные эффекты можно устранить путем уменьшения паразитной индуктивности силового преобразователя.

Поэтому настоящее изобретение предлагает многослойную шину для трехуровневого силового преобразователя NPC, содержащую два слоя шины, при этом один слой шины содержит нейтральную субшину, обеспечивающую электрическое соединение между компонентами трехуровневого силового преобразователя NPC и потенциалом нейтральной точки, а другой слой шины может содержать множество субшин, обеспечивающих, соответственно, электрические соединения между соответствующими компонентами трехуровневого силового преобразователя NPC и положительным входом постоянного тока, отрицательным входом постоянного тока, входом/выходом переменного тока и электрические соединения между соответствующими компонентами.

В многослойной шине согласно варианту выполнения настоящего изобретения главные части указанных двух шин расположены соответственно в двух различных плоскостях. В контексте настоящего описания, главная часть каждого слоя шины относится к той проводящей части шины каждого слоя шины, которая будет подробно описана ниже.

Настоящее изобретение обеспечивает зеркальный путь для тока, текущего через цепь в процессе переключения посредством специальной конструкции двух слоев шин, то есть направления токов, текущих через верхний и нижний слои шин в процессе переключения, будут зеркально симметричны, в результате чего паразитную индуктивность в силовом преобразователе можно эффективно снизить, а падение напряжения, когда полупроводниковые компоненты выключаются, можно уменьшить, при этом конструкцию шины с двумя слоями можно легко изготовить и установить.

По сравнению со способом, показанном на фиг.2А-2С, настоящее изобретение не приводит к увеличению количества компонентов, что упрощает процесс производства и не влияет на динамические характеристики полупроводниковых компонентов. Кроме того, частота отказов не увеличивается, удельная мощность преобразователя не снижается, а его стоимость не увеличивается, поскольку никаких дополнительных компонентов не вводится.

По сравнению с многослойной шиной, предложенной в патенте США №645651681, при одинаковом уровне напряжения, одинаковом изолирующем материале и одинаковом процессе изолирования, рабочее напряжение между двумя слоями шины согласно настоящему изобретению равно половине напряжения на шине, а для такой конструкции требуется только один слой изолятора, толщина которого равна половине по сравнению с конструкцией с тремя слоями шины. Поэтому паразитная индуктивность в двух слоях шины в настоящем изобретении меньше, чем паразитная индуктивность в трех слоях. Кроме того, процесс изготовления шин в настоящем изобретении прост, а стоимость шин низка, поскольку по форме шины аналогичны друг другу, и для изготовления шин не требуется никакого специфического процесса, например изгиба, наклеивания и т.п.

По сравнению со многослойной шиной, предложенной в патенте США №7881086 B2, при одинаковом уровне напряжения, одинаковом изолирующем материале и одинаковом процессе изолирования количество слоев шины в настоящем изобретении значительно снижено, также как количество изолирующих слоев, что приводит к соответствующему уменьшению паразитной индуктивности. Кроме того, количество соединительных отверстий в многослойных шинах в настоящем изобретении уменьшено, что снижает стоимость производства шин.

Ниже многослойная шина для трехуровневого силового преобразователя NPC согласно настоящему изобретению будет описана на примере различных вариантов ее выполнения.

Первый вариант выполнения настоящего изобретения

Как показано на фиг.4А, верхнее плечо в одной фазе цепи силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC, содержит полупроводниковые компоненты S11 и S13, демпфирующие диоды FWD11 и FWD13, включенные параллельно S11 и S13, соответственно, а нижнее плечо содержит полупроводниковые компоненты S14 и S16, демпфирующие диоды FWD14 и FWD16, включенные параллельно с S14 и S16, соответственно. Клемма фиксирующего диода D12 соединена с S11 и S13 верхнего плеча, а другая его клемма соединена с потенциалом нейтральной точки. Клемма фиксирующего диода D15 соединена с S14 и S16 нижнего плеча, а другая его клемма соединена с потенциалом нейтральной точки. Конденсатор C110 шины верхнего плеча включен последовательно между положительным входом постоянного тока и потенциалом нейтральной точки, а конденсатор C120 шины нижнего плеча включен последовательно между отрицательным входом постоянного тока и потенциалом нейтральной точки. На фиг.4А «Р» обозначает положительный вход постоянного тока, «N» обозначает отрицательный вход постоянного тока, «NP» обозначает потенциал нейтральной точки, а «АС» обозначает вход/выход переменного тока.

В этом варианте выполнения настоящего изобретения, согласно структуре соединений между соответствующими компонентами в силовом преобразователе, компоненты в силовом преобразователе составляют различные полупроводниковые модули, и, таким образом, структура многослойной шины может быть организована в соответствии с этими модулями. Например, как показано на фиг.4А, S11 и FWD11, соединенные параллельно, составляют полупроводниковый модуль 11; D12 составляет полупроводниковый модуль 12; S13 и FWD13, соединенные параллельно, составляют полупроводниковый модуль 13; S14 и FWD14, соединенные параллельно, составляют полупроводниковый модуль 14, D15 составляет полупроводниковый модуль 15; S16 и FWD16, соединенные параллельно, составляют полупроводниковый коммутационный модуль 16.

Множество полупроводниковых модулей образуют группу 111 компонентов блока питания (или полупроводниковую группу компонентов) в силовом преобразователе. Как показано на фиг.4B, группа 111 блока питания может содержать шесть коммутационных модулей 11, 12, 13, 14, 15 и 16, расположенных в одной плоскости, при этом все они установлены на одном теплоотводе 10.

На фиг.4B, для того, чтобы сделать токи, которые текут через многослойную шину в верхнем и нижнем слоях, зеркально симметричными в процессе переключения, согласно электрическим соединениям между соответствующими компонентами в трехуровневой топологии цепи NPC, полупроводниковые модули 11, 12 и 13 располагают на одной стороне, а 14, 15 и 16 располагают на другой стороне - напротив первой стороны. Кроме того, предпочтительно, чтобы модуль 11 был расположен параллелью модулю 14, модуль 12 - параллельно модулю 15, а модуль 13 - параллелью модулю 16.

На фиг.5А и 7А в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC согласно данному варианту выполнения настоящего изобретения, для примера взята одна фаза блока 100 питания в силовом преобразователе, чтобы пояснить структуру блока питания. Блок 100 питания, главным образом, содержит теплоотвод 10, группу 111 компонентов, содержащую модули 11, 12, 13, 14, 15 и 16 полупроводниковых компонентов, и субшины А1, А2, A3, А4, А5 и А6, каждая из которых по своим функциям разделена на проводящую и соединительную части. В данном варианте выполнения настоящего изобретения субшины связаны с соответствующими компонентами в блоке питания. Более конкретно, штырь C11 элемента 11 связан с соединительным отверстием C11′ субшины А1, а соединитель 17 субшины А1 используется в качестве входной положительной клеммы постоянного тока, которая связана с входной положительной шиной постоянного тока через конденсатор C110 верхнего плеча. Штырь E11 элемента 11, штырь K12 элемента 12 и штырь C13 элемента 13 электрически связаны с соединительными отверстиями E11′, K12′ и C13′ субшины А2, соответственно. Штырь E13 элемента 13 и штырь C16 элемента 16 электрически связаны с соединительными отверстиями E13′ и C16′ субшины А5, соответственно, а соединитель 110 субшины А5 используется в качестве входа/выхода переменного тока. Штырь E16 элемента 16, штырь A15 элемента 15 и штырь C14 элемента 14 электрически связаны с соединительными отверстиями E13′, A15′ и C14′ субшины A3, соответственно. Штырь E14 элемента 14 электрически связан с соединительным отверстием E14′ субшины А4, а соединитель 18 из субшины А4 используется в качестве входной отрицательной клеммы постоянного тока, которая связана с отрицательной общей шиной постоянного тока через конденсатор C120 нижнего плеча. Штырь A12 элемента 12 и штырь K15 элемента 15 электрически связаны с соединительными отверстиями A12′ и K15′ нейтральной субшины А6, расположенной на первом слое, а соединитель 19 нейтральной субшины А6 используется в качестве клеммы соединения с потенциалом нейтральной точки в одной фазе цепи силового преобразователя, которая связана с конденсатором C110 верхнего плеча и конденсатором C120 нижнего плеча.

На фиг.5B в многослойной шине A0, состоящей из субшин А1, А2, A3, А4, А5 и А6, соединитель 17 (то есть соединитель субшины А1) связан с входной положительной клеммой постоянного тока, соединитель 18 (то есть соединитель субшины А4) связан с входной отрицательной клеммой постоянного тока, соединитель 19 (то есть соединитель субшины А6) связан с нейтральной шиной, а соединитель 110 (то есть соединитель субшины А5) связан с входной/выходной шиной переменного тока.

В варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.5B, многослойная шина A0 размещена поверх группы 111 компонентов блока питания. Многослойная шина A0 содержит два слоя шин. Первый слой шины в многослойной шине A0 - нейтральная субшина А6, которая является нейтральной шиной для одной фазы цепи силового преобразователя, имеющего трехуровневую топологию NPC, и содержит соединитель 19. Второй слой шины в многослойной шине A0 содержит множество субшин А1-А5, которые обеспечивают электрические соединения между полупроводниковыми модулями и положительной шиной постоянного тока, отрицательной шиной постоянного тока и входной/выходной шиной переменного тока, обеспечивают электрические соединения между полупроводниковыми модулями, а также содержит соединитель 17, 18 и 110.

Поэтому в этом варианте выполнения настоящего изобретения многослойная шина A0 содержит шесть субшин А1-А6. В настоящем изобретении в качестве примера взята субшина А6 для иллюстрации структуры каждой из субшин в этом варианте выполнения настоящего изобретения.

Как показано на фиг.5С, субшина А6 содержит проводник А60 и соединитель А61. Проводник А60 - это часть субшины А6, которая используется для создания пути для тока через полупроводниковые модули, а соединитель А61 используется для надежного соединения проводника А60 с внешним устройством, таким как полупроводниковый модуль, конденсатор, двигатель, кабель и т.п., известным способом. В зависимости от различных соединяемых объектов соединитель А61 может содержать по меньшей мере одно из следующего: соединительную клемму А610, соединительное отверстие А611, сквозное отверстие А612 и т.п. Например, соединитель А61 может быть выполнен как соединитель 19 на фиг.5А, и этот соединитель 19 содержит только соединительные клеммы и соединительные отверстия. Аналогично, в других субшинах соединитель может быть выполнен как соединитель 17 и 18 на фиг.5А, а соединитель 17 и 18 также содержит только соединительные клеммы и соединительные отверстия.

В настоящем изобретении, когда требуется, соединитель шины может быть реализован по-разному: например, путем изгиба в пространстве, с помощью заклепки, выпуклости или вогнутости, болтового соединения, скобы, соединительного отверстия и сквозного отверстия различной формы и т.д. Например, при соединении полупроводниковых модулей посредством отверстий в каждой из субшин в многослойной шине выполнены отверстия в местах, соответствующих положениям соответствующих компонентов в полупроводниковых модулях. Отверстия могут быть отнесены к двум типам, в зависимости от их диаметров. Малое отверстие, имеющее меньший диаметр, является соединительным отверстием, и каждая из субшин электрически связана с соответствующим штырем полупроводниковых модулей через соединительные отверстия. Большое отверстие, имеющее больший диаметр, представляет собой сквозное отверстие, и эти сквозные отверстия в каждой из субшин электрически не связаны со штырями полупроводниковых модулей. На чертежах показан только пример, в котором отверстия являются круглыми, но специалистам очевидно, что форма отверстий этим не ограничена и отверстия могут иметь различную форму, например эллипсоидальную, квадратную, и т.д., лишь бы эти отверстия выполняли функции вышеуказанных соединительных отверстий или вышеуказанных сквозных отверстий и отличались друг от друга согласно этим двум функциям.

Многослойная шина A0 может дополнительно содержать изолирующую часть. Изолирующая часть располагается между двумя субшинами, имеющими различные рабочие напряжения и уложенными друг на друга. В качестве примера возьмем многослойную шину A0: в ней изолирующий слой имеется между верхним и нижним слоями шины, и изолирующий слой может быть прикреплен к поверхности субшины А6 или может быть присоединен к поверхностям субшин А1, А2, A3, А4 и А5 или может быть присоединен к поверхностям субшин А1, А2, A3, А4, А5 и А6 одновременно. Изолирующий слой может не быть присоединен ни к какой поверхности субшин, а может располагаться независимо между двумя слоями субшин, а эффективное сцепление между верхним и нижним слоями шины достигается посредством ламинирования, адгезии и т.д. Как показано на фиг.5А и 5B, нейтральная субшина А6 расположена отдельно поверх многослойной шины, и рабочие напряжения между другими субшинами, расположенными во втором слое, и нейтральной шиной А6, равны половине полного рабочего напряжения постоянного тока в силовом преобразователе. Однако в шине второго слоя рабочие напряжения между множеством субшин, то есть между А1 и А2, между А2 и А5, между A3 и А5, между A3 и А4, и между А2 и A3 также равны половине полного рабочего напряжения постоянного тока в преобразователе, а рабочее напряжение между А1 и А4 равно полному рабочему напряжению постоянного тока в преобразователе.

В этом варианте выполнения настоящего изобретения многослойная шина сформирована в виде двух слоев, что обеспечивает по существу зеркальную симметрию токов, текущих через верхний и нижний слои шины, что эффективно снижает паразитную индуктивность в силовом преобразователе и дополнительно снижает падение напряжения на переключающих компонентах. Кроме того, нейтральная субшина, выполненная в одном из двух слоев, может полностью покрывать все шины, выполненные в другом слое, что еще больше снижает паразитную индуктивность в силовом преобразователе.

Ниже со ссылками на фиг.6А-6D описано влияние многослойной шины согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения на паразитную индуктивность в трехуровневом силовом преобразователе NPC.

На фиг.6А схематично показано распределение петли 1 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.6В схематично показано распределение петли 2 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.6С схематично показано распределение петли 3 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.6D схематично показано распределение петли 4 коммутации в многослойной шине согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг.3А и фиг.6А, когда полупроводниковый компонент S11 выключается, ток по петле 1 коммутации течет через субшину А1, полупроводниковый модуль 11, субшину А2 и полупроводниковый модуль 12, которые расположены в первом слое, и нейтральную субшину А6, которая расположена во втором слое. Более конкретно, ток в петле 1 коммутации течет по маршруту C110-C11-E11-K12-A12-C110, то есть, начиная от анодной клеммы конденсатора C110 шины верхнего плеча, в полупроводниковый модуль 11 через субшину А1 и клемму C11 полупроводникового модуля 11, затем от другой клеммы E11 полупроводникового модуля 11 в полупроводниковый модуль 12 через субшину А2 и клемму K12 полупроводникового модуля 12, затем от другой клеммы А12 полупроводникового модуля 12 и заканчивая на катодной клемме конденсатора C110 шины верхнего плеча через нейтральную субшину А6. Поскольку А6 и А1, А2 расположены в различных плоскостях, и предпочтительно А6 полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 1 коммутации экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 1 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 1 коммутации.

На фиг.3В и фиг.6B, когда полупроводниковый компонент S13 выключается, ток по петле 2 коммутации течет через субшину А1, полупроводниковый модуль 11, субшину А2, полупроводниковый модуль 13, субшину А5, полупроводниковый модуль 16, субшину A3, полупроводниковый модуль 15 и нейтральную субшину А6. Более конкретно, ток в петле 2 коммутации течет по пути C110-C11-E11-C13-E13-C16-E16-A15-K15-C110, то есть, начиная от анодной клеммы конденсатора C110 шины верхнего плеча, в полупроводниковый модуль 11 через субшину А1 и клемму C11 полупроводникового модуля 11, далее от другой клеммы E11 полупроводникового модуля 11 в полупроводниковый модуль 13 через субшину А2 и клемму C13 полупроводникового модуля 13, далее от другой клеммы E13 полупроводникового модуля 13 в полупроводниковый модуль 16 через субшину А5 и клемму С16 полупроводникового модуля 16, далее от другой клеммы Е16 полупроводникового модуля 16 в полупроводниковый модуль 15 через субшину A3 и клемму A15 полупроводникового модуля 15, далее от другой клеммы K15 полупроводникового компонента 15, и заканчивая на катодной клемме конденсатора C110 шины верхнего плеча через субшину А6. Поскольку А6 и А1, А2, А5, A3 расположены в различных плоскостях, и предпочтительно А6 полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 2 коммутации экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 2 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 2 коммутации.

На фиг.3С и фиг.6С, когда полупроводниковый компонент S14 выключается, ток в петле 3 коммутации течет через субшину А4, полупроводниковый модуль 14, субшину A3, полупроводниковый модуль 15 и нейтральную субшину А6. Более конкретно, ток в петле 3 коммутации течет по пути C120-E14-C14-A15-K15-C120, то есть, начиная от анодной клеммы конденсатора C120 шины нижнего плеча, в полупроводниковый модуль 15 через нейтральную субшину А6 и клемму K15 полупроводникового модуля 15, далее от другой клеммы A15 полупроводникового модуля 15 в полупроводниковый модуль 14 через субшину A3 и клемму С14 полупроводникового модуля 14, далее от другой клеммы K14 полупроводникового модуля 14 и заканчивая на катодной клемме конденсатора С120 шины нижнего плеча через субшину А4. Поскольку А6 и A3, А4 расположены в различных плоскостях, и предпочтительно А6 полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 3 коммутации экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 3 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 3 коммутации.

На фиг.3D и фиг.6D, когда полупроводниковый компонент S12 выключается, ток в петле 4 коммутации течет через субшину А4, полупроводниковый модуль 14, субшину A3, полупроводниковый модуль 16, субшину А5, полупроводниковый модуль 13, субшину А2, полупроводниковый модуль 12 и нейтральную субшину А6. Более конкретно, ток в петле 4 коммутации течет по пути C120-A12-K12-C13-E13-C16-E16-C14-C120, то есть, начиная от анодной клеммы конденсатора C120 шины нижнего плеча, в полупроводниковый модуль 12 через нейтральную субшину А6 и клемму A12 полупроводникового модуля 12, далее от другой клеммы К12 полупроводникового модуля 12 в полупроводниковый модуль 13 через субшину А2 и клемму C13 полупроводникового модуля 13, далее от другой клеммы Е13 полупроводникового модуля 13 в полупроводниковый модуль 16 через субшину А5 и клемму C16 полупроводникового модуля 16, далее от другой клеммы E16 полупроводникового модуля 16 в полупроводниковый модуль 14 через субшину A3 и клемму C14 полупроводникового модуля 14, далее от другой клеммы E14 полупроводникового модуля 14 и заканчивая на катодной клемме конденсатора С120 шины нижнего плеча через субшину А4. Поскольку А6 и А2, А5, A3, А4 расположены в различных плоскостях, и предпочтительно А6 полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 4 коммутации экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 4 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 4 коммутации.

Как описано выше, первый вариант выполнения настоящего изобретения в принципе обеспечивает зеркальный путь для токов в момент переключения, уменьшает площадь петли коммутации и, таким образом, эффективно снижает паразитную индуктивность. По сравнению с вариантом с множеством слоев многослойных шин, в настоящем изобретении паразитную индуктивность можно понизить еще больше. При этом многослойная шина содержит только два слоя, а для соединений между соответствующими субшинами в каждом из этих двух слоев и полупроводниковыми модулями не обязательно использовать отдельный процесс, и, таким образом, многослойная шина согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения имеет конструкцию, которую просто и легко изготовить.

В качестве модификации первого варианта выполнения настоящего изобретения можно изменить положение полупроводниковых модулей 11 и 14, положение полупроводникового модуля 12 и 15 и положение полупроводникового модуля 13 и 16. Соответственно, положение субшины А1 и А4 и положение субшины А2 и A3 также меняются, и при этом также можно обеспечить уменьшение паразитной индуктивности. В отношении многослойной шины, описанной выше, специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение можно осуществить при другой конструкции полупроводниковых модулей 11-16 и субшин, лишь бы токи в многослойных шинах текли по существу зеркально.

Ниже со ссылками на фиг.7А и фиг.7B описан узел одной фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения.

Как показано на фиг.7А, блок 100 питания дополнительно содержит конденсаторную группу 150 и многослойную шину 160 постоянного тока. Группа 150 содержит конденсатор C110 верхнего плеча и конденсатор C120 нижнего плеча. Поскольку напряжения, действующие в силовом преобразователе, очень высоки, конденсаторы, используемые в настоящем изобретении, имеют большие размеры, и для соединения соответствующих клемм C110, C120 и многослойной шины A0 предпочтительно обеспечить многослойную шину 160 постоянного тока. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено этим вариантом, и силовой преобразователь согласно настоящему изобретению может быть выполнен другими способами или без многослойной шины постоянного тока.

Конструкция блока питания показана на фиг.7B. На фиг.7B А7 - шина для соединения конденсатора C110 верхнего плеча, А8 - шина для соединения конденсатора C120 нижнего плеча и А9 - нейтральная шина для соединения нейтральной субшины А6 многослойной шины A0. Соединение между соединителем 17 шины A0 и соединителем А70 шины А7 соответствует положительному входу постоянного тока. Соединение между соединителем 18 шины A0 и соединителем А81 шины А8 соответствует отрицательному входу постоянного тока. Соединение между соединителем 19 шины A0 и соединителем А92 шины А9 соответствует нейтральной точке. Соединительная часть 110 вводной/выходной шины переменного тока для шины A0 связана со входным/выходным устройством (например фильтром или двигателем). При этом соединитель А73 шины А7 связан с шиной конденсатора верхнего плеча других фаз блоков питания в силовом преобразователе, соединитель А83 шины А8 связан с шинами конденсатора нижнего плеча других фаз блоков питания в силовом преобразователе, а соединитель А93 шины А9 связан с другими нейтральными шинами других фаз блоков питания в силовом преобразователе.

Второй вариант выполнения настоящего изобретения

Как показано на фиг.8А, в этом варианте выполнения настоящего изобретения S211, S221, S222 и S232 - полупроводниковые компоненты, FWD211, FWD221, FWD222 и FWD232 - демпфирующие диоды, FWD212 и FWD231 - фиксирующие диоды, C210 - конденсатор шины верхнего плеча и C220 - конденсатор шины нижнего плеча.

Разница между вторым вариантом выполнения настоящего изобретения и первым вариантом выполнения настоящего изобретения заключается в том, что имеется только три полупроводниковых модуля. В этом варианте выполнения настоящего изобретения полупроводниковые компоненты S211, FWD211 и FWD212 составляют полупроводниковый модуль 21, полупроводниковые компоненты S221, FWD221, S222 и FWD222 составляют полупроводниковый модуль 22, а полупроводниковые компоненты S232, FWD231 и FWD232 составляют полупроводниковый модуль 23. Множество полупроводниковых модулей образует группу 211 компонентов блока питания.

Как показано на фиг.8B, группа 211 компонентов блока питания содержит полупроводниковые модули 21, 22 и 23, которые располагаются в одной плоскости. Все полупроводниковые модули в группе 211 установлены на одном теплоотводе 20.

В этом варианте выполнения настоящего изобретения, поскольку полупроводниковые компоненты S211, FWD211 и FWD212 содержатся в полупроводниковом модуле 21, S211, FWD211 и FWD212 используют общий соединительный штырь E211/C212. Аналогично, полупроводниковые компоненты S221, FWD221 и S222, FWD222 используют общий соединительный штырь Е221222, а полупроводниковые компоненты S232, FWD23 и фиксирующий диод FWD231 используют общий соединительный штырь Е231/С232.

Поэтому, как показано на фиг.8B, имеется только три штыря, идущих наружу из полупроводниковых модулей. Например, штыри, идущие из полупроводникового модуля 21, - это E211/C212, Е212 и С211, а другие полупроводниковые модули сформированы аналогично.

На фиг.9А и фиг.11А для примера взята одна фаза блока 200 питания в силовом преобразователе, иллюстрирующая конструкцию силового преобразователя согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения. Блок 200 питания, главным образом, содержит теплоотвод 20, группу 211 компонентов блока питания, содержащую полупроводниковые модули 21, 22 и 23, и субшины В1, В2, B3, В4, В5 и В6, при этом каждая из субшин по своим функциям разделена на проводящую и соединительную части. В данном варианте выполнения настоящего изобретения субшины связаны с соответствующими компонентами в блоке питания. Более конкретно, в многослойной шине В0 согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения штырь С211 полупроводникового модуля 21 электрически связан с соединительным отверстием C211′ субшины В1, а соединитель 27 субшины В1 используется в качестве входной положительной клеммы постоянного тока, которая связана с входной положительной шиной постоянного тока через конденсатор C210 верхнего плеча. Штырь Е211212 полупроводникового модуля 21 и штырь С221 полупроводникового модуля 22 электрически связаны с соединительными отверстиями E211′/C212′ и C221′ субшины В2, соответственно. Штырь Е222 полупроводникового модуля 22 и штырь Е231232 полупроводникового модуля 23 электрически связаны с соединительными отверстиями Е222′, E231′/C232′ субшины B3, соответственно. Штырь Е232 полупроводникового модуля 23 электрически связан с соединительным отверстием Е232′ субшины В4, а соединитель 28 субшины В4 используется в качестве входной отрицательной клеммы постоянного тока, которая связана с входной отрицательной шиной постоянного тока через конденсатор С220 нижнего плеча. Штырь E221/C222 полупроводникового модуля 22 электрически связан с соединительным отверстием E221′/C222′ субшины В5, а соединитель 210 субшины В5 используется в качестве входа/выхода переменного тока. Штырь Е212 полупроводникового модуля 21 и штырь С231 полупроводникового модуля 23 электрически связаны с соединительными отверстиями Е212′ и С231′ нейтральной субшины В6, соответственно, а соединитель 29 нейтральной субшины В6 используется в качестве нейтральной соединительной клеммы, которая связана с конденсатором C210 верхнего плеча и конденсатором C220 нижнего плеча.

На фиг.9B соединитель 27 многослойной шины В0, составленной из субшин В1, В2, B3, В4, В5 и В6 (то есть, соединитель субшины В1), связан с входной положительной шиной постоянного тока силового преобразователя, соединитель 28 (то есть, соединитель субшины В4) связан с входной отрицательной шиной постоянного тока силового преобразователя, соединитель 29 (то есть, соединитель субшины В6) связан с нейтральной шиной силового преобразователя, а соединитель 210 (то есть, соединитель субшины В5) связан с входной/выходной шиной переменного тока.

Как показано на фиг.9B, в этом варианте выполнения настоящего изобретения многослойная шина В0 распределена в группе 211 компонентов блока питания. Многослойная шина В0 содержит два слоя. Первый слой - это нейтральная субшина В6, которая представляет собой нейтральную шину одной фазы в трехуровневой топологии NPC с соединителем 29. Второй слой содержит множество субшин В1-В5, которые обеспечивают электрические соединения между полупроводниковыми модулями и входной положительной шиной постоянного тока, входной отрицательной шиной постоянного тока, вводной/выходной шиной переменного тока и электрическими соединениями между соответствующими полупроводниковыми модулями с помощью соединителей 27, 28 и 210.

Поэтому в этом варианте выполнения настоящего изобретения многослойная шина В0 содержит шесть субшин В1-В6. В настоящем изобретении в качестве примера для иллюстрации структуры любой шины согласно варианту выполнения настоящего изобретения на фиг.9С показана субшина В6. Как показано на фиге 9С, субшина В6 содержит проводящую часть В60 и соединительную часть В61. Часть В60 используется для обеспечения пути для тока в модулях переключающих компонентов. Часть В61 используется для эффективного соединения части В60 с внешним устройством, таким как модуль полупроводниковых компонентов, конденсатор, двигатель, кабель и т.п. В зависимости от различных соединительных объектов часть В61 может содержать по меньшей мере одно из следующего: соединительные клеммы В610, соединительные отверстия В611, сквозные отверстия В612 и т.д. Например, часть В61 может выполнена как соединитель 29 на фиг.9А, при этом соединитель 29 содержит только соединительные клеммы и соединительные отверстия. Аналогично, в других субшинах соединитель может быть выполнен как соединитель 27 и 28 на фиг.9А, при этом соединитель 27 и 28 также включает соединительные клеммы и соединительные отверстия.

В настоящем изобретении по потребности соединитель шины может быть реализован по-разному: например, путем изгиба в пространстве, с помощью заклепки, выпуклости или вогнутости, болтового соединения, скобы, соединительного отверстия и сквозного отверстия различной формы и т.д. Например, при соединении полупроводниковых модулей посредством отверстий в каждой из субшин в многослойной шине выполнены отверстия в местах, соответствующих положениям соответствующих компонентов в полупроводниковых модулях. Отверстия могут быть отнесены к двум типам, в зависимости от их диаметров. Малое отверстие, имеющее меньший диаметр, является соединительным отверстием, и каждая из субшин электрически связана с соответствующим штырем полупроводниковых модулей через соединительные отверстия. Большое отверстие, имеющее больший диаметр, представляет собой сквозное отверстие, и эти сквозные отверстия в каждой из субшин электрически не связаны со штырями полупроводниковых модулей. На чертежах показан только пример, в котором отверстия являются круглыми, но специалистам очевидно, что форма отверстий этим не ограничена и отверстия могут иметь различную форму, например эллипсоидальную, квадратную, и т.д., лишь бы эти отверстия выполняли функции вышеуказанных соединительных отверстий или вышеуказанных сквозных отверстий и отличались друг от друга согласно этим двум функциям.

Многослойная шина В0 может дополнительно содержать изолирующую часть. Изолирующая часть располагается между двумя субшинами, имеющими различные рабочие напряжения и уложенными друг на друга. В качестве примера возьмем многослойную шину В0: в ней изолирующий слой имеется между верхним и нижним слоями шины, и изолирующий слой может быть прикреплен к поверхности субшины В6, или может быть присоединен к поверхностям субшин В1, В2, B3, В4 и В5 или может быть присоединен к поверхностям субшин В1, В2, B3, В4, В5 и В6 одновременно. Изолирующий слой может не быть присоединен ни к какой поверхности субшин, а может располагаться независимо между двумя слоями субшин, а эффективное сцепление между верхним и нижним слоями шин достигается посредством ламинирования, адгезии и т.д. Как показано на фиг.9А и 9B, нейтральная субшина В6 расположена отдельно поверх многослойной шины, и рабочие напряжения между другими субшинами, расположенными во втором слое, и нейтральной субшиной В6, равны половине полного рабочего напряжения постоянного тока в силовом преобразователе. Однако в шине второго слоя, напряжения на изоляции между множеством субшин, то есть, между субшиной В1 и субшиной В2, между субшиной В2 и субшиной B3, между субшиной B3 и субшиной В5, между субшиной В2 и субшиной В5, равны половине полного рабочего напряжения постоянного тока.

В этом варианте выполнения настоящего изобретения многослойная шина сформирована в виде двух слоев субшин, что обеспечивает по существу зеркальную симметрию токов, текущих через верхний и нижний слои шин, что эффективно снижает паразитную индуктивность в силовом преобразователе и дополнительно снижает падение напряжения на переключающих компонентах. Кроме того, нейтральная субшина, выполненная в одном из двух слоев, может полностью покрывать все шины, выполненные в другом слое, что еще больше снижает паразитную индуктивность в силовом преобразователе.

Ниже со ссылками на фиг.10А-10D описано влияние многослойной шины согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения на паразитную индуктивность в трехуровневом силовом преобразователе NPC.

На фиг.10А схематично показано распределение петли 1 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.10B схематично показано распределение петли 2 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.10С схематично показано распределение петли 3 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.10D схематично показано распределение петли 4 коммутации в многослойной шине согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг.3А и фиг.10А, когда полупроводниковый компонент S211 выключается, ток в петле 1 коммутации течет через субшину В1 в полупроводниковый модуль 21 и нейтральную субшину В6. Более конкретно, ток в петле 1 коммутации течет по пути C210-C211-E212-C210, то есть, начиная с анодной клеммы конденсатора C210 шины верхнего плеча к клемме C211 полупроводникового модуля 21 через субшину В1, далее от клеммы Е212 полупроводникового модуля 21 и заканчивая в катодной клемме конденсатора C210 шины верхнего плеча, то есть, к анодной клемме конденсатора C220 шины нижнего плеча через субшину В6. Поскольку В6 и В1 располагаются в различных плоскостях, и предпочтительно В6 полностью перекрывает В1, путь для тока в петле 1 коммутации оказывается экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 1 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 1 коммутации.

На фиг.3В и фиг.10B, когда полупроводниковый компонент S222 выключается, ток по петле 2 коммутации течет через субшину В1, полупроводниковый модуль 21, субшину В2, полупроводниковый модуль 22, субшину B3, полупроводниковый модуль 23 и нейтральную субшину В6. Более конкретно, ток в петле 2 коммутации течет по пути C210-C211-E211/C212-C221-E222-E231/C232-C231-C210, то есть, начиная с анодной клеммы конденсатора С210 шины верхнего плеча, к клемме C211 полупроводникового модуля 21 через субшину В1, далее от клеммы Е211212 полупроводникового модуля 21 к клемме C221 полупроводникового модуля 22 через субшину В2, далее от клеммы E222 полупроводникового модуля 22 к клемме E231/C232 полупроводникового модуля 23 через субшину B3, далее от клеммы C231 полупроводникового модуля 23 и заканчивая в катодной клемме конденсатора C210 шины верхнего плеча через субшину В6. Поскольку В6 и B1, В2, B3 располагаются в различных плоскостях, и предпочтительно В6 полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 2 коммутации оказывается экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 2 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 2 коммутации.

На фиг.3С и фиг.10С, когда полупроводниковый компонент S232 выключается, ток по петле 3 коммутации течет через субшину В4, полупроводниковый модуль 23 и нейтральную субшину В6. Более конкретно, ток в петле 3 коммутации течет по пути С220231232220, то есть, начиная с анодной клеммы конденсатора C220 шины нижнего плеча к клемме C231 полупроводникового модуля 23 через нейтральную субшину В6, далее от клеммы Е232 полупроводникового модуля 23 и заканчивая в катодной клемме конденсатора C220 шины нижнего плеча через субшину В4. Поскольку В6 и В4 располагаются в различных плоскостях и предпочтительно В6 полностью перекрывает В4, путь для тока в петле 3 коммутации оказывается экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 3 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 3 коммутации.

На фиг.3D и фиг.10D, когда полупроводниковый компонент S221 выключен, ток по петле 4 коммутации течет через субшину В4, полупроводниковый модуль 23, субшину B3, полупроводниковый модуль 22, субшину В2, полупроводниковый модуль 21 и нейтральную субшину В6. Более конкретно, ток в петле 4 коммутации течет по пути C220-E212-E211/C212221222231232232220, то есть, начиная с анода конденсатора C220 шины нижнего плеча к клемме Е212 полупроводникового модуля 21 через нейтральную субшину В6, далее от клеммы E211/C212 полупроводникового модуля 21 к клемме C221 полупроводникового модуля 22 через субшину В2, далее от клеммы Е222 полупроводникового модуля 22, к клемме Е231232 полупроводникового модуля 23 через субшину B3, далее от клеммы Е232 полупроводникового модуля 23, и заканчивая в катодной клемме конденсатора C220 шины нижнего плеча через субшину В4. Поскольку В6 и B2, B3, В4 располагаются в различных плоскостях, и В6 предпочтительно полностью перекрывает остальные, путь для тока в петле 4 коммутации экранирован, и, таким образом, создаваемая паразитная индуктивность очень мала. Чем больше перекрытие петли 4 коммутации, тем меньшую паразитную индуктивность создает петля 4 коммутации.

Как описано выше, второй вариант выполнения настоящего изобретения в принципе обеспечивает зеркальный путь для токов в момент переключения, уменьшает площадь петли коммутации и, таким образом, эффективно понижает паразитную индуктивность. По сравнению с вариантом с множеством слоев многослойных шин, в настоящем изобретении паразитную индуктивность можно понизить еще больше. При этом конструкция с использованием многослойных шин содержит только два слоя, а для соединений между соответствующими субшинами в каждом из этих двух слоев и полупроводниковых модулей, не обязательно использовать отдельный процесс, и, таким образом, многослойная шина согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения имеет конструкцию, которую просто и легко изготовить.

Ниже со ссылками на фиг.11А и фиг.11В описан узел одной фазы блока питания в силовом преобразователе, имеющем трехуровневую топологию NPC согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения.

В отличие от первого варианта выполнения настоящего изобретения в этом варианте выполнения настоящего изобретения в качестве примера, иллюстрирующего весь электрический узел, имеется трехфазная цепь силового преобразователя.

Как показано на фиг.11А, весь узел трехфазного блока питания для силового преобразователя содержит соответствующие фазовые блоки Р210, P220 и Р230 питания, выполненные согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения, теплоотвод Р240, группу Р250 конденсаторных устройств и многослойную шину Р260 постоянного тока. В этом варианте выполнения настоящего изобретения, аналогично первому варианту выполнения настоящего изобретения, силовой преобразователь предпочтительно имеет многослойную шину Р260 постоянного тока для соединения соответствующих соединительных частей шины конденсатора С210 верхнего плеча, конденсатора C220 нижнего плеча и многослойной шины В0. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено этим вариантом, и силовой преобразователь согласно настоящему изобретению может быть выполнен другими способами, или без многослойной шины постоянного тока.

Конструкция силового преобразователя согласно этому варианту выполнения настоящего изобретения показана на фиг.11B. На фиг.11B конденсатор 6210 шины верхнего плеча и конденсатор C220 шины нижнего плеча расположены напротив друг друга. Блоки Р210, P220 и Р230 питания выполнены в виде блока питания, описанного во втором варианте выполнения настоящего изобретения. В24 - это шина конденсатора верхнего плеча, В25 - шина конденсатора нижнего плеча, а В26 - нейтральная шина. Соединитель В210 блока Р210, соединитель В220 блока Р220 и соединитель В230 блока Р230 связаны соответственно с соединителем В240 шины В24 конденсатора верхнего плеча для использования в качестве положительного входа постоянного тока, а шина В24 связана с конденсатором C210 верхнего плеча через соответствующие соединительные отверстия. Соединитель В211 блока Р210, соединитель В221 блока Р220 и соединитель В231 блока Р230 соответственно связаны с отрицательным вводом постоянного тока шины конденсатора В25 нижнего плеча для использования в качестве отрицательного ввода постоянного тока, а шина В25 связана с конденсатором С220 нижнего плеча через соответствующие соединительные отверстия. Соединитель В212 блока Р210, соединитель В222 блока Р220 и соединитель В232 блока Р230 соответственно связаны с соединителем В260 нейтральной шины В26 для использования в качестве нейтральной точки. Соединитель В213 блока Р210, соединитель В223 блока Р220, соединитель В233 блока Р230 соответственно связаны с входным/выходным устройством (например двигателем) для использования в качестве входа/выхода переменного тока.

Многослойная шина и силовой преобразователь с многослойной шиной согласно настоящему изобретению были описаны в первом варианте выполнения настоящего изобретения и втором варианте выполнения настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники очевидно, что предыдущее описание примеров вариантов выполнения настоящего изобретения было дано только для иллюстрации и не является исчерпывающим, а изобретение не ограничено раскрытыми формами. В рамках описанных принципов возможно множество вариаций и модификаций. Поэтому в качестве части силового преобразователя в преобразователе переменной частоты может использоваться конструкция многослойной шины, описанная в представленном варианте выполнения настоящего изобретения, а также может использоваться конструкция многослойной шины, модифицированная по сравнению с описанным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Кроме того, поскольку преобразователь переменной частоты состоит, главным образом, из выпрямителя (преобразовывающего переменный ток в постоянный ток), фильтра, инвертора (преобразующего постоянный ток в переменный ток), управляющего блока, приводного блока, детекторного блока и микропроцессорного устройства, специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть расширено на любой преобразователь переменной частоты, имеющий вышеуказанную многослойную конструкцию шины.

Варианты выполнения настоящего изобретения были выбраны и описаны для пояснения принципов изобретения и их практического применения, чтобы побудить других специалистов использовать приложения и различные варианты выполнения настоящего изобретения с различными модификациями, подходящими для специфического использования. Специалистам в данной области техники очевидны альтернативные варианты выполнения настоящего изобретения, не отходящие от сути изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения определяется пунктами формулы изобретения, а не предыдущим описанием и данными в нем в качестве примера вариантами выполнения настоящего изобретения.

1. Многослойная шина для использования в трехуровневом силовом преобразователе с фиксацией нейтральной точки (NPC), содержащая:
первый слой шины, содержащий нейтральную субшину, предназначенную для обеспечения электрического соединения между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе NPC и потенциалом нейтральной точки; и
второй слой шины, содержащий множество субшин, предназначенных для обеспечения электрического соединения между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе NPC и положительным входом постоянного тока, отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока в трехуровневом силовом преобразователе NPC, а также электрического соединения между соответствующими компонентами.

2. Многослойная шина по п.1, в которой трехуровневый силовой преобразователь NPC содержит:
первый полупроводниковый модуль, содержащий первый полупроводниковый компонент, расположенный в верхнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC, и первый демпфирующий диод, включенный параллельно первому полупроводниковому компоненту;
второй полупроводниковый модуль, содержащий второй полупроводниковый компонент, расположенный в верхнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC, и второй демпфирующий диод, включенный параллельно второму полупроводниковому компоненту;
третий полупроводниковый модуль, содержащий третий полупроводниковый компонент, расположенный в нижнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC, и третий демпфирующий диод, включенный параллельно третьему полупроводниковому компоненту;
четвертый полупроводниковый модуль, содержащий четвертый полупроводниковый компонент, расположенный в нижнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC, и четвертый демпфирующий диод, включенный параллельно четвертому полупроводниковому компоненту;
пятый полупроводниковый модуль, содержащий первый фиксирующий диод, первая клемма которого включена между первым полупроводниковым модулем и вторым полупроводниковым модулем, а вторая клемма связана с потенциалом нейтральной точки трехуровневого силового преобразователя NPС; и
шестой полупроводниковый модуль, содержащий второй фиксирующий диод, первая клемма которого включена между третьим полупроводниковым модулем и четвертым полупроводниковым модулем, а вторая клемма связана с потенциалом нейтральной точки трехуровневого силового преобразователя NPC;
при этом второй слой шины содержит:
первую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и положительным входом постоянного тока;
вторую субшину для обеспечения электрических соединений между первым полупроводниковым модулем, вторым полупроводниковым модулем и пятым полупроводниковым модулем;
третью субшину для обеспечения электрических соединений между третьим полупроводниковым модулем, четвертым полупроводниковым модулем и пятым полупроводниковым модулем;
четвертую субшину для обеспечения электрического соединения между четвертым полупроводниковым модулем и отрицательным входом постоянного тока и
пятую субшину для обеспечения электрических соединений между вторым полупроводниковым модулем, третьим полупроводниковым модулем и входом/выходом переменного тока,
при этом нейтральная субшина связана со второй клеммой первого фиксирующего диода и второй клеммой второго фиксирующего диода, соответственно.

3. Многослойная шина по п.1, в которой
трехуровневый силовой преобразователь NPC содержит:
первый полупроводниковый модуль, содержащий первый полупроводниковый компонент и первый фиксирующий диод, расположенные в верхнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC;
второй полупроводниковый модуль, содержащий второй полупроводниковый компонент, расположенный в верхнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC, и третий полупроводниковый компонент, расположенный в нижнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC; и
третий полупроводниковый модуль, содержащий четвертый полупроводниковый компонент и второй фиксирующий диод, расположенные в нижнем плече трехуровневого силового преобразователя NPC;
при этом первая клемма первого фиксирующего диода включена между первым полупроводниковым компонентом и вторым полупроводниковым компонентом, а вторая его клемма связана с потенциалом нейтральной точки трехуровневого силового преобразователя NPC;
второй слой шины содержит:
первую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и положительным входом постоянного тока;
вторую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и вторым полупроводниковым модулем;
третью субшину для обеспечения электрического соединения между вторым полупроводниковым модулем и третьим полупроводниковым модулем;
четвертую субшину для обеспечения электрического соединения между третьим полупроводниковым модулем и отрицательным входом постоянного тока и
пятую субшину для обеспечения электрического соединения между вторым полупроводниковым модулем и входом/выходом переменного тока;
при этом нейтральная субшина связана со второй клеммой первого фиксирующего диода и второй клеммой второго фиксирующего диода.

4. Многослойная шина по п.1, в которой первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

5. Многослойная шина по п.2, в которой первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

6. Многослойная шина по п.3, в которой первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

7. Многослойная шина по п.1, в которой каждая из субшин в первом слое и втором слое содержат, в качестве главных частей, проводящую часть и соединительную часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общей входной шиной постоянного тока, нейтральной шиной и входной/выходной шиной переменного тока трехуровневой схемы трехуровневого силового преобразователя NPC посредством соединительной части шины.

8. Многослойная шина по п.2, в которой каждая из субшин в первом слое и втором слое содержат, в качестве главных частей, проводящую часть и соединительную часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общей входной шиной постоянного тока, нейтральной шиной и входной/выходной шиной переменного тока трехуровневой цепи трехуровневого силового преобразователя NPC посредством соединительной части шины.

9. Многослойная шина по п.3, в которой каждая из субшин в первом слое и втором слое содержат, в качестве главных частей, проводящую часть и соединительную часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общей входной шиной постоянного тока, нейтральной шиной и входной/выходной шиной переменного тока трехуровневой цепи трехуровневого силового преобразователя NPC посредством соединительной части шины.

10. Трехуровневый силовой преобразователь с фиксацией нейтральной точки (NPC) с низкой паразитной индуктивностью, содержащий:
группу полупроводниковых компонентов, содержащую группу компонентов верхнего плеча, включенную между положительным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока, и группу компонентов нижнего плеча, включенную между отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока, при этом группа компонентов верхнего плеча также содержит первый фиксирующий диод, одна из клемм которого связана с потенциалом нейтральной точки между группой компонентов верхнего плеча и группой компонентов нижнего плеча, а группа компонентов нижнего плеча также содержит второй фиксирующий диод, одна из клемм которого связана с потенциалом нейтральной точки;
теплоотвод, на котором установлена группа компонентов верхнего плеча и группа компонентов нижнего плеча, и
многослойную шину, расположенную над группой полупроводниковых компонентов и содержащую:
первый слой шины, содержащий нейтральную субшину, обеспечивающую электрические соединения между первым фиксирующим диодом, вторым фиксирующим диодом и потенциалом нейтральной точки; и
второй слой шины, содержащий множество субшин, обеспечивающих электрические соединения между группой компонентов верхнего плеча и положительным входом постоянного тока, входом/выходом переменного тока, электрические соединения между группой компонентов нижнего плеча и отрицательным входом постоянного тока, входом/выходом переменного тока, и электрические соединения между соответствующими компонентами в группе компонентов верхнего плеча и группе компонентов нижнего плеча, соответственно.

11. Силовой преобразователь по п.10, в котором группа компонентов верхнего плеча дополнительно содержит: первый полупроводниковый модуль, содержащий первый полупроводниковый компонент и первый демпфирующий диод, включенный параллельно первому полупроводниковому компоненту; второй полупроводниковый модуль, содержащий второй полупроводниковый компонент и второй демпфирующий диод, включенный параллельно второму полупроводниковому компоненту;
при этом группа компонентов нижнего плеча дополнительно содержит: третий полупроводниковый модуль, содержащий третий полупроводниковый компонент и третий демпфирующий диод, включенный параллельно третьему полупроводниковому компоненту; четвертый полупроводниковый модуль, содержащий четвертый полупроводниковый компонент и четвертый демпфирующий диод, включенный параллельно четвертому полупроводниковому компоненту;
второй слой шины содержит:
первую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и положительным входом постоянного тока;
вторую субшину для обеспечения электрических соединений между первым полупроводниковым модулем, вторым полупроводниковым модулем и первым фиксирующим диодом;
третью субшину для обеспечения электрических соединений между третьим полупроводниковым модулем, четвертым полупроводниковым модулем и вторым фиксирующим диодом;
четвертую субшину для обеспечения электрического соединения между четвертым полупроводниковым модулем и отрицательным входом постоянного тока и
пятую субшину для обеспечения электрических соединений между вторым полупроводниковым модулем, третьим полупроводниковым модулем и входом/выходом переменного тока.

12. Силовой преобразователь по п.10, в котором:
группа компонентов верхнего плеча дополнительно содержит первый полупроводниковый компонент и второй полупроводниковый компонент; и
группа компонентов нижнего плеча дополнительно содержит третий полупроводниковый компонент и четвертый полупроводниковый компонент;
при этом первый полупроводниковый компонент и первый фиксирующий диод составляют первый полупроводниковый модуль, второй полупроводниковый компонент и третий полупроводниковый компонент составляют второй полупроводниковый модуль, а четвертый полупроводниковый компонент и второй фиксирующий диод составляют третий полупроводниковый модуль;
второй слой шины дополнительно содержит:
первую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и положительным входом постоянного тока;
вторую субшину для обеспечения электрического соединения между первым полупроводниковым модулем и вторым полупроводниковым модулем;
третью субшину для обеспечения электрического соединения между вторым полупроводниковым модулем и третьим полупроводниковым модулем;
четвертую субшину для обеспечения электрического соединения между третьим полупроводниковым модулем и отрицательным входом постоянного тока и
пятую субшину для обеспечения электрического соединения между вторым полупроводниковым модулем и входом/выходом переменного тока.

13. Силовой преобразователь по п.10, в котором первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

14. Силовой преобразователь по п.11, в котором первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

15. Силовой преобразователь по п.12, в котором первый слой шины расположен над вторым слоем, при этом первый слой шины полностью покрывает все субшины во втором слое.

16. Силовой преобразователь по п.10, в котором каждая из субшин в первом слое субшин и втором слое субшин содержит, в качестве основной части, проводящую часть, соединительную часть и изолирующую часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общим входом постоянного тока, нейтральной шиной и входом/выходом переменного тока трехуровневой схемы трехуровневого силового преобразователя NPC через соединительную часть шины, соответственно.

17. Силовой преобразователь по п.11, в котором каждая из субшин в первом слое субшин и втором слое субшин содержит, в качестве основной части, проводящую часть, соединительную часть и изолирующую часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общим входом постоянного тока, нейтральной шиной и входом/выходом переменного тока трехуровневой схемы трехуровневого силового преобразователя NPC через соединительную часть шины, соответственно.

18. Силовой преобразователь по п.12, в котором каждая из субшин в первом слое субшин и втором слое субшин содержит, в качестве основной части, проводящую часть, соединительную часть и изолирующую часть, при этом каждая из субшин электрически связана с соответствующим полупроводниковым модулем, общим входом постоянного тока, нейтральной шиной и входом/выходом переменного тока трехуровневой схемы трехуровневого силового преобразователя NPC через соединительную часть шины, соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовым преобразователям для транспортных средств. Преобразователь питания в системе электропривода транспортного средства содержит источник электропитания, электрогенератор и силовой преобразователь постоянного тока, электрически соединенный с источником электропитания и электрогенератором.

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нерегулируемым преобразователям постоянного напряжения в переменное. Технический результат заключается в снижении потери мощности на транзисторах мостового автогенераторного преобразователя напряжения и повышение его надежности за счет того, что в мостовом автогенераторном преобразователе напряжения используется вторичная обмотка трансформатора для построения источника насыщения транзисторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. Технический результат - увеличение угла задержки импульсов до 18 эл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в прямых преобразователях. Технический результат - уменьшение нежелательных флуктуаций энергии на фазовых модулях.

Изобретение относится к преобразовательной технике, широко применяемой, например, в солнечной энергетике. Технический результат заявляемого решения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей достигается за счет обеспечения работы на трехфазную нагрузку и совместной работы с трехфазной сетью путем выполнения многоуровневого повышающего трехфазного преобразователя, содержащего общий источник постоянного напряжения, например в виде солнечной батареи, однофазный мостовой автономный инвертор, к выходу которого подключен дополнительно введенный трехфазный преобразователь частоты ячейкового типа, состоящий из высокочастотного повышающего однофазного многообмоточного трансформатора, однофазных выпрямительно-инверторных ячеек, соединенных с вторичными обмотками трансформатора, системы управления, датчиков тока, напряжения и задатчика выходного напряжения промышленной частоты.

Изобретение относится к области электротехники. Компоновка для подачи электрической энергии на нагрузку через фильтрующую шину содержит, по меньшей мере, два преобразователя источника напряжения, каждый из которых подключен параллельно к фильтрующей шине через катушку индуктивности и сконфигурирован с возможностью совместной работы на нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники. Многофазной электрической машиной (30) управляют при помощи, по меньшей мере, двух параллельных многофазных инверторов (101, 102), при этом каждый инвертор содержит ветви (101a, 101b, 101c; 102a, 102b, 102c) в количестве, равном числу фаз электрической машины, и инверторами управляют посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является DC/DC-преобразователем с трансформаторной связью между источником питания и нагрузкой. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности заявленного устройства.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразовательными схемами. Технический результат - обеспечение демпфирования нежелательных токов в преобразовательных системах. Преобразовательная схема содержит по меньшей мере два фазных модуля (4), каждый из которых включает в себя первую и вторую частичные преобразовательные системы (1, 2). В каждом фазном модуле (4) частичные преобразовательные системы (1, 2) последовательно соединены между собой. Каждая частичная преобразовательная система (1, 2) содержит несколько последовательно включенных двухполюсных коммутационных ячеек (3). Способ управления преобразовательной схемой включает формирование управляющих сигналов (S1, S2) для коммутационных ячеек (3) дополнительно из демпфирующего сигнала (Vd, U1, Vd, U2), который формируют из измеренного тока (11, i2) через соответствующую частичную преобразовательную систему (1, 2) и задаваемого значения сопротивления (Rd). 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания. Технический результат заключается в разработке автономного инвертора напряжения, позволяющего снизить потери мощности за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя. Для этого заявленное устройство содержит первый электрический мост из трех параллельно соединенных полумостов, выполненных из нескольких последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами, второй шестиплечевой электрический мост, представляющий собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и делитель напряжения из трех последовательно соединенных конденсаторов. Первый и четвертый выходы делителя напряжения подключены к входам первого электрического моста, а второй и третий его выходы - к входам второго электрического моста. Выходы одноименных полумостов первого и второго мостов соединены между собой и подключены к соответствующей фазе двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения. Технический результат заключается в снижении энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию в режиме тяги на каждой зоне регулирования нулевых значений выпрямленного напряжения на протяжении времени от 0 до α0. Для этого заявленное устройство содержит тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь с восемью плечами из последовательно соединенных тиристора и диода, образующими мостовую схему, нагрузку из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, нулевой тиристор, подключенный параллельно нагрузке, и связанный с ним блок управления нулевым тиристором, подключенный к первой секции вторичной обмотки трансформатора и содержащий соединенные между собой датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги - рекуперации и элемент «И». 2 ил

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Технический результат заключатся в расширении функциональных возможностей устройства при его реализации, а именно получении выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, при сохранении свойств простоты схем реализации его и жесткой нагрузочной характеристики. Для этого заявленное устройство, содержащее нагрузку, первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г-образного типа, резистивный датчик выходного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователем. Технический результат - улучшение балансировки внутреннего состояния электрического преобразователя, управляемого способом широтно-импульсной модуляции. В способе прогнозирования последовательности переключения с широтно-импульсной модуляцией для многофазного многоуровневого преобразователя в первой прогнозируемой последовательности переключения из-за многофазной избыточности определяют эквивалентные последовательности переключения. Из эквивалентных последовательностей переключения выбирают одну последовательность переключения, оптимальную в отношении заданной цели оптимизации. Выбранная последовательность переключения используется для переключения преобразователя. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения включает выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения. Изобретение позволяет получить технический результат - снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения. 1 ил.

Многоуровневый преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, содержащий три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема, соответственно, трех напряжений (V1, V2, V3), так что V1>V2>V3, один выход (OUT1) переменного тока для передачи напряжения (Va) переменного тока, группу по меньшей мере из шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6), расположенных в виде симметричной пирамидальной схемы, как показано на Фиг.1, и схему управления переключением для управления состояниями «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов. Схема управления переключением конфигурирована так, что замыкание (ON) и размыкание (OFF) двух верхних по схеме переключающих элементов (Т5, Т6) осуществляется комплементарным образом и исключительно с основной частотой (Fa) напряжения переменного тока, передаваемого на выход (OUT1) переменного тока, тогда как замыкание (ON) и размыкание (OFF) по меньшей мере некоторых из остальных четырех переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4) осуществляется с более высокими частотами. Следовательно, указанные два верхних по схеме переключающих элемента (Т5, Т6) вносят меньшие потери на переключение, что увеличивает общую эффективность преобразователя.3 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханической трансмиссии гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, высоковольтными электрическими машинами и низковольтной аккумуляторной батареей, используемой для запуска двигателя внутреннего сгорания. Технический результат - обеспечение эффективного двунаправленного преобразования энергии и изоляции цепей, связанных с аккумуляторной батареей от звена постоянного тока в режиме передачи энергии от звена постоянного тока в аккумуляторную батарею. Блок преобразователей включает двунаправленный неизолированный преобразователь постоянного напряжения (2), преобразователь постоянного напряжения (3) с гальванической изоляцией между входом и выходом и систему управления, низковольтную аккумуляторную батарею (5), общее высоковольтное звено постоянного тока (6), по меньшей мере один преобразователь, связанный с электрической машиной переменного тока, по меньшей мере два управляемых переключателя (4) и систему управления. Система управления выполнена таким образом, что управляемые переключатели (4) замкнуты при передаче энергии двунаправленным неизолированным преобразователем постоянного напряжения (2) по направлению от его входа к его выходу и разомкнуты при передаче энергии в обратном направлении. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц. Техническим результатом является снижение коэффициента гармоник в 1,8 раз при изменении cosφн от 1,0 до 0,6 во всем диапазоне изменения нагрузки при частотах 400 и 200 Гц. Результат достигается тем, что общий вывод вспомогательных ключей присоединен к средней точке, образованной двумя фильтровыми конденсаторами источника постоянного тока, причем в качестве вспомогательных ключей применены силовые модули на совмещенных (IGBT) транзисторах, управляющие входы которых подключены к выходам дешифраторов управляющих импульсов вспомогательных ключей, а входы подключены к выходам соответствующих дешифраторов основных ключей; между общим выводом вспомогательных ключей и средней точкой фильтровых конденсаторов может быть включен дополнительный конденсатор; длительность включенного состояния вспомогательных ключей соответствующих фаз инвертора при cosφн=0,98 и ниже задают 0,06Т, а при cosφн=0,98÷1,0 задают 0,052Т. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый постоянный и переменный для питания потребителей собственных нужд тепловоза. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей тепловоза независимо от позиций контроллера машиниста, формирование стабильного постоянного напряжения электроснабжения собственных нужд и их работа в номинальном режиме, упрощение конструкции тепловоза и электроснабжения собственных нужд второй и/или третьей секций от работающей секции тепловоза, повышение КПД вспомогательного трехфазного генератора и выпрямителя (преобразователя) переменного тока в постоянный. Указанный технический результат достигается тем, что в преобразовательном комплексе электроснабжения собственных нужд тепловоза, содержащем вспомогательный трехфазный синхронный генератор, к выходу которого подсоединен выпрямитель трехфазного тока в постоянный ток, к сети которого подключены потребители постоянного и через полупроводниковые преобразователи потребители переменного тока собственных нужд тепловоза, выпрямитель трехфазного тока выполнен в виде четырехквадрантного полупроводникового преобразователя, силовые IGBT-транзисторы которого по силовой части соединены непосредственно с выходом вспомогательного трехфазного синхронного генератора, а по управлению соединены с блоком векторного управления, выполненного во вращающейся синхронно с вектором входного напряжения вспомогательного трехфазного синхронного генератора системе координат, и входы которого соединены с датчиками входного линейного напряжения, двумя датчиками фазного входного тока и датчиком выходного постоянного напряжения черырехквадрантного полупроводникового преобразователя. 2 ил.
Наверх