基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局制造技术

本发明专利技术公开了一种基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局。包括叠层母排、碳化硅半桥模块、上支撑电容组及下支撑电容组，所述碳化硅半桥模块包括并联左支路功率模块和并联右支路功率模块，分别位于叠层母排的左半部分和右半部分；所述上支撑电容组和下支撑电容组并联在直流电源的正负极两端。所述叠层母排连接并联左支路功率模块、并联右支路功率模块和支撑电容组分别构成上桥臂短换流回路、上桥臂长换流回路、下桥臂短换流回路和下桥臂长换流回路。本发明专利技术的叠层母排结构不仅能够降低各个瞬态换流回路的寄生电感，同时也能减小并联支路寄生电感的不对称性，实现对称性布局，有利于高压碳化硅模块的并联。有利于高压碳化硅模块的并联。有利于高压碳化硅模块的并联。

【技术实现步骤摘要】
基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局


[0001]本专利技术涉及叠层母排
，具体为一种基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，近年来，中高压、大容量电力电子装置在光伏、电驱、轨交等场景中广泛运用，成为实现碳达峰碳中和目标的重要发展方向。传统的采用Si
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IGBT的两电平牵引逆变器由于功率器件耐压有限、串联均压困难等问题的存在，不再适用于中高压大容量的应用场合。与两电平拓扑相比，三电平逆变器更容易实现紧凑设计，具有更低的器件电压应力、更高的容量和更好的EMI问题。有源中点箝位(ActiveNeutral
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Point
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Clamped，以下简称ANPC)型三电平逆变电路作为常用的三电平拓扑之一，因具有功率大、容量大及器件损耗平衡等特点，在中高压大功率变流器领域得到了广泛运用。
[0003]同时，随着第三代宽禁带半导体功率器件的快速发展，SiC MOSFET因其相比于Si
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IGBT具备更优异的动态特性、更低的温度敏感性，在大功率、高电压、高频率中的应用越来越广泛。目前商业化的SiC MOSFET的电压等级在600～1700V之间，随着高压SiC功率器件的研发成功以及未来的产业化，将在电力电子装置的高压领域开辟全新的应用，因此将Si
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IGBT替换为SiC MOSFET是实现ANPC三电平逆变器高性能设计的重要途径。但是，由于碳化硅器件开关速度快，更高的di/dt要求更小的换流回路寄生电感，以防止产生过高的电压过冲、振荡现象以及其他安全隐患，威胁功率模块本身的安全运行，影响其电气可靠性。因此，换流回路中合理的寄生电感分布是充分发挥高压碳化硅器件高频优势的重要手段。
[0004]叠层母排作为大容量电力电子装置的重要的承载部件，用于连接各个功率器件、母线薄膜电容器和电源，是换流回路寄生电感的主要来源。合理的叠层母排结构可以降低换流回路寄生电感，为碳化硅器件提供良好的应用基础。但是，由于三电平叠层母排具有多层、多导体、多回路等特征，导致换流回路寄生电感分布情况复杂。而现有的叠层母排设计大多以经验为导向，导致换流回路寄生电感较大、开关瞬态并联器件不均流等问题，在实际使用中需要留有较大的电压和电流裕量，难以充分应用高压碳化硅功率模块的容量。因此，为了综合提升大容量电力电子系统的可靠性，对高压SiC MOSFET的安全工作区充分利用，须在考虑器件并联型有源中点箝位三电平逆变拓扑换流路径的基础上完成叠层母排结构的精确、合理设计。同时，叠层母排的结构设计还需要根据所用的功率器件、母线薄膜电容器的封装类型完成进一步的优化，从而有效降低功率模块开关过程中所承受的电压尖峰，提升高压碳化硅模块的利用率和系统运行的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局。本专利技术的叠层母排结构不仅能够降低各个瞬态换流回路的寄生电感，同时也能减小并联支路寄生电感的不对称性，实现对称性布局，有利于高压碳化硅模块的并联。
[0006]本专利技术的技术方案：基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，包括叠层母排，以及
[0007]碳化硅半桥模块，包括并联左支路功率模块和并联右支路功率模块，分别位于叠层母排的左半部分和右半部分；所述并联左支路功率模块包括第一上半桥模块T1、第一下半桥模块T2和第一中间半桥模块T3；所述并联右支路功率模块包括第二上半桥模块T4、第二下半桥模块T5和第二中间半桥模块T6；以及
[0008]上支撑电容组C1及下支撑电容组C2，所述上支撑电容组C1和下支撑电容组C2串联后组成直流母线支撑电容，并联在直流电源的正负极两端；
[0009]所述第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4并联在上支撑电容组C1两端；所述第一下半桥模块T2和第二下半桥模块T5并联在下支撑电容组C2两端；所述第一中间半桥模块T3和第二中间半桥模块T6与第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4的中点输出端口以及第二下半桥模块T2和第二下半桥模块T5的中点输出端口相连接；
[0010]所述叠层母排连接并联左支路功率模块、并联右支路功率模块、上支撑电容组C1和下支撑电容组C2分别构成上桥臂短换流回路、上桥臂长换流回路、下桥臂短换流回路和下桥臂长换流回路。
[0011]上述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，所述第一上半桥模块T1位于叠层母排左下角，第一上半桥模块T1的上管S1‑1的漏极位于最左侧，第一上半桥模块T1的下管S1‑2的源极位于中间，第一上半桥模块T1的中点端口位于最右侧；所述第一中间半桥模块T3位于第一上半桥模块T1的正上方，第一中间半桥模块T3的上管S3‑1的漏极位于最右侧，第一中间半桥模块T3的下管S3‑2的源极位于中间，第一中间半桥模块T3的中点输出位于最左侧；所述第一下半桥模块T2位于第一中间半桥模块T3的正上方，第一下半桥模块T2的上管S2‑1的漏极位于最左侧，第一下半桥模块T2的下管S2‑2的源极位于中间，第一下半桥模块T2的中点端口位于最右侧。
[0012]前述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，所述第二上半桥模块T4位于叠层母排右下角，第二上半桥模块T4的上管S4‑1的漏极位于最右侧，第二上半桥模块T4的下管S4‑2的源极位于中间，第二上半桥模块T4的中点端口位于最左侧；所述第二中间半桥模块T6位于第二上半桥模块T4的正上方，第二中间半桥模块T6的上管S6‑1的漏极位于最左侧，第二中间半桥模块T6的下管S6‑2的源极位于中间，第二中间半桥模块T6的中点输出位于最右侧；所述第二下半桥模块T5位于第二中间半桥模块T6的正上方，第二下半桥模块T5的上管S5‑1的漏极位于最右侧，第二下半桥模块T5的下管S5‑2的源极位于中间，第二下半桥模块T5的中点端口位于最左侧。
[0013]前述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，所述叠层母排具有三层，第一层包括并列放置的正母排P和中间负母排Y；第二层是零母排O；第三层包括并列放置的负母排N和中间正母排X。
[0014]前述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，所述正母排P的左右两侧有引出的正极端口；所述零母排O的四角均有引出的中点端口；所述负母排N的左右两侧有引出的负极端口。
[0015]前述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，所述正母排P连接上支撑电容组C1的正极端口、第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4的正端口；所述中间
负母排Y连接第一下半桥模块T2和第二下半桥模块T5的中点端口、以及第一中间半桥模块T3和第二中间半桥模块T6的负端口；所述零母排O连接上支撑电容组C1的负极端口、下支撑电容组C2的正极端口、第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4的负端口、以及第一下半桥模块T2和第二下半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，其特征在于：包括叠层母排，以及碳化硅半桥模块，包括并联左支路功率模块和并联右支路功率模块，分别位于叠层母排的左半部分和右半部分；所述并联左支路功率模块包括第一上半桥模块T1、第一下半桥模块T2和第一中间半桥模块T3；所述并联右支路功率模块包括第二上半桥模块T4、第二下半桥模块T5和第二中间半桥模块T6；以及上支撑电容组C1及下支撑电容组C2，所述上支撑电容组C1和下支撑电容组C2串联后组成直流母线支撑电容，并联在直流电源的正负极两端；所述第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4并联在上支撑电容组C1两端；所述第一下半桥模块T2和第二下半桥模块T5并联在下支撑电容组C2两端；所述第一中间半桥模块T3和第二中间半桥模块T6与第一上半桥模块T1和第二上半桥模块T4的中点输出端口以及第一下半桥模块T2和第二下半桥模块T5的中点输出端口相连接；所述叠层母排连接并联左支路功率模块、并联右支路功率模块、上支撑电容组C1和下支撑电容组C2分别构成上桥臂短换流回路、上桥臂长换流回路、下桥臂短换流回路和下桥臂长换流回路。2.根据权利要求1所述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，其特征在于：所述第一上半桥模块T1位于叠层母排左下角，第一上半桥模块T1的上管S1‑1的漏极位于最左侧，第一上半桥模块T1的下管S1‑2的源极位于中间，第一上半桥模块T1的中点端口位于最右侧；所述第一中间半桥模块T3位于第一上半桥模块T1的正上方，第一中间半桥模块T3的上管S3‑1的漏极位于最右侧，第一中间半桥模块T3的下管S3‑2的源极位于中间，第一中间半桥模块T3的中点输出位于最左侧；所述第一下半桥模块T2位于第一中间半桥模块T3的正上方，第一下半桥模块T2的上管S2‑1的漏极位于最左侧，第一下半桥模块T2的下管S2‑2的源极位于中间，第一下半桥模块T2的中点端口位于最右侧。3.根据权利要求1所述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，其特征在于：所述第二上半桥模块T4位于叠层母排右下角，第二上半桥模块T4的上管S4‑1的漏极位于最右侧，第二上半桥模块T4的下管S4‑2的源极位于中间，第二上半桥模块T4的中点端口位于最左侧；所述第二中间半桥模块T6位于第二上半桥模块T4的正上方，第二中间半桥模块T6的上管S6‑1的漏极位于最左侧，第二中间半桥模块T6的下管S6‑2的源极位于中间，第二中间半桥模块T6的中点输出位于最右侧；所述第二下半桥模块T5位于第二中间半桥模块T6的正上方，第二下半桥模块T5的上管S5‑1的漏极位于最右侧，第二下半桥模块T5的下管S5‑2的源极位于中间，第二下半桥模块T5的中点端口位于最左侧。4.根据权利要求1所述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，其特征在于：所述叠层母排具有三层，第一层包括并列放置的正母排P和中间负母排Y；第二层是零母排O；第三层包括并列放置的负母排N和中间正母排X；所述正母排P的左右两侧有引出的正极端口；所述零母排O的四角均有引出的中点端口；所述负母排N的左右两侧有引出的负极端口。5.根据权利要求4所述基于SiC模块并联应用的三电平单相桥臂叠层母排结构布局，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斯登，牛剑锋，陈瑞文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：