[发明专利]具有用于电振铃的衰减元件的电力转换器布置结构

说明书

提供了具有用于电振铃的衰减元件的电力转换器布置结构，该电力转换器布置结构包括：半导体开关系统，其包括至少一个可控制开关；电容器单元，其包括具有电容值的至少一个电容器，该电容器单元可操作地连接至半导体开关系统；导体布置结构，其包括适于在电容器单元与半导体开关系统之间传导电流的至少一个导体，至少一个导体具有电阻和电感，通过电阻、电感和电容形成谐振电路，电力转换器布置结构包括用于使谐振电路中的电振铃衰减的至少一个衰减元件，至少一个衰减元件与谐振电路导电性隔离，至少一个衰减元件包括铁磁材料，至少一个衰减元件磁耦合至至少一个导体，使得至少一个导体的电流强度的变化在至少一个衰减元件内感应出涡电流。

技术领域

本发明涉及电力转换器布置结构中的电振铃的衰减，并且更具体地涉及包括用于使电力转换器的谐振电路中的电振铃衰减的磁耦合衰减元件的电力转换器布置结构。

背景技术

由于电路的电抗部件、电容和电感，打开和关闭电路导致电路中的电振铃。电容和电感形成LC电路，也称为谐振电路。LC电路的各个电抗部件通过导体彼此电连接，所述导体通常主要是电阻性的。由于导体的物理特性，导体之间总是存在一定量的寄生电容，导体之中也存在一定量的寄生电感。因此，具有至少两个并联安装的导体的任何电路将总是形成具有电阻特性、电感特性和电容特性的RLC电路。通过电路的打开或关闭或者诸如电路的电流的其他突然变化等导致的电振铃发生是因为存储至电路的电抗部件(L/C)的能量开始在它们之间波动直到谐振能量通过电阻耗散成热量。RLC电路的电阻部件R的电阻值(以ohms为单位)越高，则电振铃衰减得越快。

电振铃现象在电力转换器布置结构中特别有害，其中，电力转换器半导体的开关频率高，通常在几百赫兹直到数十千赫兹的范围内。这样的电力转换器布置结构可以包括逆变器、变频器、DC-DC斩波器等，或者替选地，电力转换器布置结构可以形成所述装置的一部分。例如，一个变频器(变速传动装置)、逆变器、DC-DC斩波器等可以包括一个或更多个所述电力转换器布置结构。

当通过关断(非导通状态)对DC链路与半导体开关之间的操作电流进行控制的半导体开关来突然降低DC链路与半导体开关之间的RLC电路中流动的操作电流时，在电力转换器中可以产生用于谐振的脉冲。因此，当谐振电路中的操作电流突然减小时，不再通过电流来保持存储到导体的电感的磁能，并且在电感的虚拟端子上形成电压(U＝dI/dt)。所产生的高于谐振电路中的电容器电压的电压产生通过电容器的电流以对谐振电路的电容器充电。因为电感器的存储磁能的减少使得电感器的电流强度变化率(dI/dt)降低，因此电感器的虚拟端子上的电压也减小，这导致现在由于所述充电而在其端子之间具有比电感器高的电压的电容器将电抗性电流馈送回电感器，因此循环以谐振方式继续。由于电路中存在电阻，因此谐振电抗能最终耗散成热量并使电路达到平衡。

开关频率越高，则在下一次开关操作之前使振铃衰减的时间越短。在某些情况下，在DC链路电容器与电力转换器开关之间形成的RLC电路的电阻具有小的值(例如小于1mOhm)并且开关频率相对高(例如高于1kHz)的情况下，由电力转换器的半导体的一次开关操作导致的电振铃可能不会衰减，直到下一次开关操作发生。如果振铃(电流或电压)的电相恰好处于不利位置，则半导体的下一次开关操作将放大振铃并增加波动能量，这最终会例如由于在半导体开关的端子处的过电压而导致电力转换器发生故障。

在上述情况下，由于电力转换器通常被设计得尽可能高效，因此不增加转换器的功耗因而通过降低电力转换器布置结构的效率，不能增加RLC电路的电阻值(这会增加衰减)。