[实用新型]一种功率单元以及三电平功率变换器

说明书

一种功率单元以及三电平功率变换器，包括直流叠层母排、交流输出铜排、第一连接母排、第二连接母排、第一、第二和第三开关器件模块。所述第一开关器件模块的第一端连接所述直流叠层母排的正极、第二端连接所述直流叠层母排的中性点、第三端连接所述第一连接母排。所述第二开关器件模块的第一端连接所述第一连接母排、第二端连接所述第二连接母排、第三端连接所述交流输出铜排。所述第三开关器件模块的第一端连接所述直流叠层母排的中性点、第二端连接所述直流叠层母排的负极、第三端连接所述第二连接母排。所述第一、第二和所述第三开关器件模块依次水平呈一字形排列，以优化均流和散热，减小散热器面积和驱动板数量，简化模块设计并降低成本。

技术领域

本发明涉及功率变换器领域，更具体地说，涉及一种功率单元，以及包括该功率单元的三电平功率变换器。

背景技术

目前，变频器在工业领域得到了广泛的应用，并且正在朝着高电压、大电流、高功率密度、高可靠性以及低成本的方向发展。在高压变频领域，变频器的功率变换部分由于受到半导体器件性能的制约，而普遍采用二极管钳位三电平拓扑结构来进行功率变换。图1示出了典型的三电平拓扑结构中的一相电路的电路图。如图1所示，T1、T2、T3、T4为可控型半导体开关器件，D1-D6为续流二极管，其中D5和D6对应的可控型半导体开关器件T5-T6未示出，T1-T6和对应的续流二极管D1-D6分别构成了开关器件模块M1、M2和M3，每个开关器件模块M1、M2和M3包括两个串联的可控型半导体开关器件。

在现有技术的三电平功率变换器中，开关器件模块M1、M2和M3通常成Y字形分布。而这种分布方式的缺陷在于，桥臂之间均流性差、散热不均匀，所需的散热器面积大、成本高，并且所需的驱动板数量大、布局复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种功率单元以及三电平功率变换器，通过将开关器件模块采用一字型排布，从而通过开关器件并联优化均流和散热，减小散热器面积和驱动板数量，从而简化模块设计并降低成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率单元，包括直流叠层母排、交流输出铜排、第一连接母排、第二连接母排、第一开关器件模块、第二开关器件模块和第三开关器件模块，所述第一开关器件模块的第一端连接所述直流叠层母排的正极、第二端连接所述直流叠层母排的中性点、第三端连接所述第一连接母排，所述第二开关器件模块的第一端连接所述第一连接母排、第二端连接所述第二连接母排、第三端连接所述交流输出铜排，所述第三开关器件模块的第一端连接所述直流叠层母排的中性点、第二端连接所述直流叠层母排的负极、第三端连接所述第二连接母排，所述第一开关器件模块、所述第二开关器件模块和所述第三开关器件模块依次水平呈一字形排列。

在本发明所述的功率单元中，所述第一开关器件模块和所述第三开关器件模块的布局相同，且与所述第二开关器件模块的布局相反。

在本发明所述的功率单元中，所述第一开关器件模块包括至少两个并联的第一IGBT模块，所述第二开关器件模块包括至少两个并联的第二IGBT模块，所述第三开关器件模块包括至少两个并联的第三IGBT模块，所述第一IGBT模块、第二IGBT模块和所述第三IGBT模块依次水平呈一字形排列。

在本发明所述的功率单元中，所述第一IGBT模块包括第一IGBT、第一续流二极管，第二IGBT、第二续流二极管，所述第一IGBT和所述第二IGBT串联，所述第一续流二极管和所述第二续流二极管分别与所述第一IGBT和所述第二IGBT并联，所述第一IGBT和所述第二IGBT的P极连接所述直流叠层母排的正极、N极连接所述直流叠层母排的中性点、输出端连接所述第一连接母排。

在本发明所述的功率单元中，所述第二IGBT模块包括第三IGBT、第三续流二极管，第四IGBT、第四续流二极管，所述第三IGBT和所述第四IGBT串联，所述第三续流二极管和所述第四续流二极管分别与所述第三IGBT和所述第四IGBT并联，所述第三IGBT和所述第四IGBT的P极连接所述第一连接母排、N极连接所述第二连接母排、输出端连接所述交流输出铜排。