[发明专利]多电平功率变换器系统及其制造方法

说明书

本发明涉及多电平功率变换器系统的紧凑设计。在实施例中，提供了一种三电平有源中性点箝位(ANPC)式变换器系统。该系统包括第一直流(DC)总线结构和第二直流(DC)总线结构，第一DC总线结构和第二DC总线结构包括印刷电路板(PCB)上的许多DC总线电容器中的至少一个。PCB层压在一起，在其中间存有空气间隙(例如，一毫米或多毫米)，以用于热耗散和绝缘爬电。三DC总线端子包括PCB，且电连接到三电平功率变换器，三电平功率变换器典型地安装于散热器或冷板上。

关于联邦政府资助的研发的声明

本发明是在编号为DE-EE0007252的合同下利用政府支持进行的。政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本文中描述的主题涉及多电平功率变换器系统的紧凑设计。

背景技术

常规的高功率多电平功率变换器系统典型地将多个大型层压式铜板和汇流条用作机械结构，以支承许多半导体切换装置和无源功率装置。这样的常规的功率变换器结构表现出一些缺陷：(1)低的体积和重力功率密度，这是由于有必要使用用于使多种电桥和相臂互相连接的许多大型层压式铜总线板和汇流条，以及螺丝端子dc电容器导致的。(2)具有显著的寄生电感的大型换向回路，该寄生电感又是通过利用用于使不同的电桥和相臂互相连接的许多汇流条以及机械螺栓和螺母而引起的。这样的具有高寄生电感的大型换向回路对多电平变换器(尤其对于由快速切换式现代半导体装置构造的功率变换器)的功率装置的有限耐压能力不利。(3)常规的层压式铜总线结构大体上将用于所有的不同电压电平的铜板集成在一起，对于各总线板，常规的层压式铜总线结构具有差的热耗散特性。

发明内容

在实施例中，提供了一种三电平有源中性点箝位(ANPC)式变换器系统。该系统包括第一直流(DC)总线结构和第二直流(DC)总线结构，第一DC总线结构和第二DC总线结构包括印刷电路板(PCB)上的许多DC总线电容器中的至少一个。PCB层压在一起，在其中间存有空气间隙(例如，一毫米或多毫米)，以用于热耗散和绝缘爬电。三DC总线端子包括PCB，且电连接到三电平功率变换器，三电平功率变换器典型地安装于散热器或冷板上。

在实施例中，提供了一种制造三电平有源中性点箝位(ANPC)的方法。该方法包括提供构造成减小功率构件的电压应力的第一DC总线结构和第二DC总线结构。该方法包括将PCB定位成通过空气间隙而分开，空气间隙构造成在PCB之间提供空气流，以用于热耗散。

在实施例中，提供了一种三电平有源中性点箝位(ANPC)。变换器系统包括第一直流(DC)总线结构和第二直流(DC)总线结构，第一DC总线结构和第二DC总线结构包括印刷电路板(PCB)上的许多DC总线电容器中的至少一个。PCB层压在一起，在其中间存有空气间隙，以用于热耗散和绝缘爬电。变换器系统包括三DC总线端子，三DC总线端子包括PCB，且电连接到三电平功率变换器。三电平功率变换器安装于散热器或冷板上。

技术方案1. 一种三电平有源中性点箝位(ANPC)式变换器系统，所述变换器系统包括：

第一直流(DC)总线结构和第二直流(DC)总线结构，所述第一DC总线结构和所述第二DC总线结构包括印刷电路板(PCB)上的许多DC总线电容器中的至少一个；

所述PCB层压在一起，在其中间存有空气间隙，以用于热耗散和绝缘爬电；以及

三DC总线端子，所述三DC总线端子包括PCB，且电连接到三电平功率变换器，其中，所述三电平功率变换器安装于散热器或冷板上。

技术方案2. 根据技术方案1所述的变换器系统，其特征在于，阻抗式汇流条包括电联接到所述PCB的边缘的正汇流条、中性汇流条和负汇流条。

技术方案3. 根据技术方案2所述的变换器系统，其特征在于，所述空气间隙构造成提供用于所述中性汇流条的空气流。