一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子變換電路的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，涉及交流到交流的直接式矩陣變換器設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)對(duì)諧波治理的要求越來(lái)越高，因此越來(lái)越多受控型電力電子設(shè)備應(yīng)用到電力系統(tǒng)和電力驅(qū)動(dòng)中。在交流到交流的變換領(lǐng)域，矩陣變換器被認(rèn)為是極具前景的功率變換拓?fù)?。尤其是在?duì)控制精度要求比較高的工業(yè)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合和風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，矩陣變換器以其雙向功率流動(dòng)、受控輸入功率因數(shù)、無(wú)需大容量的儲(chǔ)能元件等優(yōu)勢(shì)而受到研究人員和工程師的關(guān)注。
[0003]矩陣變換器按其拓?fù)洮F(xiàn)狀一般可分為直接式單級(jí)矩陣變換器和間接式雙級(jí)矩陣變換器。前者由于僅需一次能量轉(zhuǎn)換，因此能量轉(zhuǎn)換效率比后者高。傳統(tǒng)的三相矩陣變換器采用3X3的開(kāi)關(guān)矩陣，使用銅片或鋁片來(lái)連接分立式電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的輸入和輸出端。但是，這樣的設(shè)計(jì)使得接線復(fù)雜，體積較大，功率密度小。另外由于傳統(tǒng)的三相矩陣變換器沒(méi)有中線調(diào)節(jié)能力，在接不對(duì)稱或者非線性負(fù)載的情況下輸出性能較差，甚至不能正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、安裝容易、體積小、功率密度比高、可靠性高的基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為:一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，包括有三相輸入電壓源、輸入濾波電感、感性負(fù)載、多層結(jié)構(gòu)的功率電路板、開(kāi)關(guān)陣列及該開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、輸入濾波電容、輸出電流測(cè)量電路、箝位保護(hù)電路，其中，所述三相輸入電壓源與輸入濾波電感的一端連接，所述輸入濾波電感的另一端分別與電壓測(cè)量電路和箝位保護(hù)電路連接，所述開(kāi)關(guān)陣列分別與電壓測(cè)量電路、輸入濾波電容和輸出電流測(cè)量電路連接，所述感性負(fù)載分別與輸出電流測(cè)量電路和箝位保護(hù)電路連接；所述功率電路板將開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、輸入濾波電容、輸出電流測(cè)量電路、箝位保護(hù)電路集成在一塊電路板上，并使用該功率電路板的中間層做為開(kāi)關(guān)陣列的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊之間輸出的連線，而不使用銅片或者鋁片。
[0006]所述開(kāi)關(guān)陣列為3X4開(kāi)關(guān)陣列，該開(kāi)關(guān)陣列中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊采用SEMIKR0N公司的SEMIT0P2封裝的雙向開(kāi)關(guān)模塊SK60GM123或SK80GM063。
[0007]所述開(kāi)關(guān)陣列中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊及箝位保護(hù)電路的二極管均安插在功率電路板的底部。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0009]1、接線簡(jiǎn)單，體積小，功率密度比高。
[0010]2、散熱器設(shè)計(jì)要求低，較容易實(shí)現(xiàn)。
[0011]3、可靠度高，調(diào)試方便。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型的控制結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，本實(shí)施例所述的基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，包括有三相輸入電壓源1、輸入濾波電感2、感性負(fù)載7、功率電路板、開(kāi)關(guān)陣列5及該開(kāi)關(guān)陣列5的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路3、輸入濾波電容4、輸出電流測(cè)量電路6、箝位保護(hù)電路9。所述三相輸入電壓源1與輸入濾波電感2的一端連接，所述輸入濾波電感2的另一端分別與電壓測(cè)量電路3和箝位保護(hù)電路9連接，所述開(kāi)關(guān)陣列5分別與電壓測(cè)量電路3、輸入濾波電容4和輸出電流測(cè)量電路6連接，所述感性負(fù)載7分別與輸出電流測(cè)量電路6和箝位保護(hù)電路9連接。所述功率電路板為多層結(jié)構(gòu)，而在本實(shí)施例中具體采用六層板的設(shè)計(jì)，該功率電路板將開(kāi)關(guān)陣列5的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路3、輸入濾波電容4、輸出電流測(cè)量電路6、箝位保護(hù)電路9集成在一塊電路板上，并使用該功率電路板的中間層做為開(kāi)關(guān)陣列5的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊8之間輸出的連線，具體是六層電路板的中間層分割鋪銅做為電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊8之間輸入abc相與輸出ABCN相的連線，而輸入輸出相之間保持至少50mil的安全間距，因此本實(shí)用新型不需要用銅片或者鋁片或其他導(dǎo)線連接各開(kāi)關(guān)模塊的輸入與輸出，外部接線簡(jiǎn)單，這也提高了本實(shí)用新型的可靠性。
[0016]此外，在本實(shí)施例中，所述的開(kāi)關(guān)陣列5為3X4開(kāi)關(guān)陣列，該開(kāi)關(guān)陣列中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊8采用SEMIKR0N公司的SEMIT0P2封裝的雙向開(kāi)關(guān)模塊SK60GM123或SK80GM063。這兩種開(kāi)關(guān)模塊均采用SEMIT0P2封裝，因此可以相互替代，安裝方便。兩者的區(qū)別僅在于耐壓值不一樣。本實(shí)用新型的一種變化是使用其他的雙向開(kāi)關(guān)模塊，如 SEMIKR0N 公司的 SKM150GM12T4G、SKM200GM12T4、SKM300GM12T4，富士公司的 2MBI600U4G-120、2MBI100U4A-120，英飛凌公司的 DS_FF200R12KT3_E_2_0、DS_FF300R12KT3_E_2_0、DS_FF400R12KT3_E_2_0，Dynexsemi 公司的 D頂400PBM17-A000 等。使用模塊設(shè)計(jì)的矩陣變換器的可靠性會(huì)比使用分立元件設(shè)計(jì)的矩陣變換器的可靠性高。
[0017]為使得散熱器設(shè)計(jì)要求低，較容易實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)陣列5中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊8及箝位保護(hù)電路9的12個(gè)二極管均安插在功率電路板的底部，這方便了散熱冷卻設(shè)計(jì)。
[0018]如圖2所示，為本實(shí)用新型所述三相四線矩陣變換器的控制結(jié)構(gòu)框圖，本實(shí)用新型能保證輸入輸出電流正弦平衡。
[0019]以上所述之實(shí)施例子只為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，并非以此限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，故凡依本實(shí)用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，其特征在于:包括有三相輸入電壓源(1)、輸入濾波電感(2)、感性負(fù)載(7)、多層結(jié)構(gòu)的功率電路板、開(kāi)關(guān)陣列(5)及該開(kāi)關(guān)陣列(5)的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路(3)、輸入濾波電容(4)、輸出電流測(cè)量電路(6)、箝位保護(hù)電路(9)，其中，所述三相輸入電壓源(1)與輸入濾波電感(2)的一端連接，所述輸入濾波電感(2)的另一端分別與電壓測(cè)量電路(3)和箝位保護(hù)電路(9)連接，所述開(kāi)關(guān)陣列(5)分別與電壓測(cè)量電路(3)、輸入濾波電容(4)和輸出電流測(cè)量電路(6)連接，所述感性負(fù)載(7)分別與輸出電流測(cè)量電路(6)和箝位保護(hù)電路(9)連接；所述功率電路板將開(kāi)關(guān)陣列(5)的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路(3)、輸入濾波電容(4)、輸出電流測(cè)量電路(6)、箝位保護(hù)電路(9)集成在一塊電路板上，并使用該功率電路板的中間層做為開(kāi)關(guān)陣列(5)的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊(8)之間輸出的連線，而不使用銅片或者鋁片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)陣列(5)為3X4開(kāi)關(guān)陣列，該開(kāi)關(guān)陣列中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊(8)采用SEMIKRON公司的SEMIT0P2封裝的雙向開(kāi)關(guān)模塊SK60GM123或SK80GM063。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)陣列(5)中的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊(8)及箝位保護(hù)電路(9)的二極管均安插在功率電路板的底部。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于雙向電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊的三相四線矩陣變換器，包括有三相輸入電壓源、輸入濾波電感、感性負(fù)載、多層結(jié)構(gòu)的功率電路板、開(kāi)關(guān)陣列及該開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、輸入濾波電容、輸出電流測(cè)量電路、箝位保護(hù)電路，所述功率電路板將開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、輸入濾波電容、輸出電流測(cè)量電路、箝位保護(hù)電路集成在一塊電路板上，并使用該功率電路板的中間層做為開(kāi)關(guān)陣列的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)模塊之間輸出的連線，而不使用銅片或者鋁片。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝容易、體積小、功率密度比高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02M5/458
【公開(kāi)號(hào)】CN205070807
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520721665
【發(fā)明人】官權(quán)學(xué), 官權(quán)升
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日