專利名稱：變換器電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子器件領(lǐng)域。
一般類型的變換電路裝置在歐洲專利申請EP0660496A2中介紹過。
這類變換器電路裝置起碼由一個模塊組成，模塊由一個串聯(lián)電路和一個緩沖器組成，串聯(lián)電路則由起碼兩個分別與一個二極管反并聯(lián)連接的反向?qū)щ婇_關(guān)(例如GTO)組成，串聯(lián)電路的中間節(jié)點(diǎn)形成負(fù)荷端。緩沖器由起碼一個限制電流增加的電感線圈和一個串聯(lián)電路組成，電感線圈與上述兩開關(guān)串聯(lián)配置，串聯(lián)電路則由一個電阻器和一個緩沖二極管組成，與電感線圈并聯(lián)連接。在上述專利申請的情況下，通過對各元件的巧安排和分配力圖使電路結(jié)構(gòu)達(dá)到最低的電感值。電感值盡可能低的電路結(jié)構(gòu)是一般所追求的目標(biāo)，特別是開關(guān)頻度和斜率梯度較高的情況下更是如此。為此，在各情況下都把開關(guān)和二極管成堆結(jié)合在一起，緩中器(即電阻器和電感線圈)配置在該元件堆下面。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種從現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展出來、結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的新型變換器電路裝置。在本說明書開端所述的那種變換器電路裝置的情況下，這個目的是通過如下所述的一些特點(diǎn)達(dá)到的一種變換器電路裝置，由起碼一個相位模塊組成，相位模塊可與直流電壓源連接，由一個起碼兩個分別與續(xù)流二極管(D4)反向并聯(lián)連接的開關(guān)特別是柵極截止可控硅整流器(GTO)和起碼一個限流電感線圈串聯(lián)連接的串聯(lián)電路組成，限流電感線圈并聯(lián)連接著由一個電阻器和一個緩沖二極管組成的串聯(lián)電路，開關(guān)組成的串聯(lián)電路的中間節(jié)點(diǎn)形成負(fù)荷端，開關(guān)形成第一元件堆，緩沖二極管和電阻器組成的串聯(lián)電路形成第二元件堆，其中電感線圈同心繞制在第二元件堆上。
因此，本發(fā)明的核心在于，限定電感線圈同心卷繞在二極管和電阻器組成的第二元件堆上。具體地說，電感線圈可以設(shè)計(jì)成卷繞在元件堆上的螺旋線圈。變換器的結(jié)構(gòu)之所以非常緊湊是因?yàn)榈谝缓偷诙?，即緩沖器堆和開關(guān)堆都在同一個公用的夾持構(gòu)件上。為進(jìn)行冷卻，可以在元件的各元件之間設(shè)置液冷的冷卻箱。采用特別是與緩沖二極管裝在同一公用外殼中的硅電阻器使結(jié)構(gòu)進(jìn)一步更為緊湊。開關(guān)由多個反向?qū)щ姷腉TO或多個分別與一個續(xù)流二極管反向并聯(lián)連接的GTO組成。續(xù)流二極管可以在GTO的同一個圓片上形成，且裝在公用壓力接觸外殼中。
緩沖電容器Cs在本說明書開端所述的現(xiàn)有技術(shù)中是必不可少的，但在本發(fā)明中，通過例如在截止期間將開關(guān)的GTO視為晶體管可加以取消。截止工作時，柵/陰極結(jié)構(gòu)電流在GTO的反饋機(jī)能有機(jī)會限制陽極電流之前和不可控制的觸發(fā)因起作用部分橫向不均勻性而產(chǎn)生之前以適當(dāng)速度上升而使載流子耗盡。因此，柵極電流上升的速度選取得使柵/陰極結(jié)處的載流子在≤1微秒內(nèi)耗盡。在此情況下，電壓的上升率dV/dt取決于GTO本身，其大小在幾千伏/微秒左右。若GTO在導(dǎo)通期間也視為晶體管，即產(chǎn)生的電流上升率相當(dāng)高(例如在1微秒至2微秒內(nèi)達(dá)到負(fù)荷電流值)，則也可以縮小限流電感線圈的體積。這樣，載流子在柵/陰極結(jié)處泛濫的速度是如此之快以致GTO象晶體管一樣導(dǎo)通而不致因原本電流密度橫向的不均勻性而處于危險(xiǎn)境地。
這種驅(qū)動也叫做“硬驅(qū)動”。
此外，這里也不應(yīng)低估續(xù)流二極管與GTO反向并聯(lián)連接的作用。在變換器具有直流電壓中間電路(電壓變換器)的情況下，GTO導(dǎo)通的同時，與其對置的續(xù)流二極管必然截止。此續(xù)流二極管電流上升的速率在大小方面是相同的。取消緩沖電容器時，二極管兩端的dV/dt取決于二極管本身，其大小為幾千伏/微秒左右。要提高二極管的性能，和GTO的情況一樣，可以通過采用停下延遲的方法達(dá)到。這樣，GTO和續(xù)流二極管的技術(shù)相同，從而可以將兩元件結(jié)合在同一個壓力接觸外殼中，特別是結(jié)合在同一個圓片上。提高二極管在截止期間的dI/dt加載能力的另一項(xiàng)措施是采用局部壽命設(shè)定值(軸向和橫向，例如用質(zhì)子照射)。
所有這些措施使變換器非常緊湊。
結(jié)合附圖參閱下面的詳細(xì)說明可以更全面地理解本發(fā)明及其附帶的許多優(yōu)點(diǎn)。附圖中

圖1示出了本發(fā)明適用的變換器電路裝置的等效電路；圖2示出了本發(fā)明變換器結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在參看附圖，圖中好幾個視圖中相同的編號表示相同或相應(yīng)的部分。圖1示出了有利地應(yīng)用了本發(fā)明的電路的等效電路圖。圖中示出了變換器的一個支路或相位模塊。多個這類相位模塊可與變換器的框架并聯(lián)連接。這種相位模塊的串聯(lián)電路由起碼兩個開關(guān)，特別是柵控截止硅可控整流器GTO與續(xù)流二極管反向并聯(lián)連接組成。開關(guān)組成的串聯(lián)電路經(jīng)一個緩沖器接直流電壓源，電壓源有一個正端+和一個負(fù)端-。緩沖器的作用是保護(hù)開關(guān)2。在本發(fā)明的情況下，緩沖器僅由一個限流電感線圈L和與其并聯(lián)連接的串聯(lián)電路組成，串聯(lián)電路則由一個緩沖二極管D6和一個電阻器R組成。開關(guān)2串聯(lián)電路的中間公用節(jié)點(diǎn)形成負(fù)荷端3，可以接上例如三相電動機(jī)之類的負(fù)荷。通過交替開關(guān)開關(guān)2，直流電壓源的正端或負(fù)端可與負(fù)荷端連接，從而在負(fù)荷兩端產(chǎn)生交變電壓。這種電路的操作方法是眾所周知的，因而這里不再詳述。
若能使這類變換器或起碼其支路或相位模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，損耗小，則給提高開關(guān)頻率開辟了道路，從而擴(kuò)大了動態(tài)控制范圍，而且降低控制失真開關(guān)功率的成本。
本發(fā)明是通過下列措施達(dá)到結(jié)構(gòu)極端緊湊的目的的由開關(guān)2(即GTO)和續(xù)流二極管Df構(gòu)成第一元件堆，由緩沖二極管D6和電阻器R構(gòu)成第二元件堆，并將電感線圈L同心繞制在第二元件堆上。這可借助于例如螺旋形線圈達(dá)到。這樣做得出圖2所示的結(jié)構(gòu)兩個元件堆配置在導(dǎo)電的壓力接觸板8之間，最好成為公用夾持構(gòu)件4的一部分。圖2中的下壓力接觸板同時成為直流電壓源的負(fù)端子。第二元件堆的部位設(shè)有絕緣層7，接直流電壓源正端的另一個接觸板即裝在絕緣層7上。
GTO連同反向并聯(lián)連接的續(xù)流二極管Df最好裝在公用的壓力接觸外殼6中。這兩元件也可以結(jié)合起來裝在一個公用圓片上。散熱器5可以設(shè)置在兩毗鄰?fù)鈿ぶg和壓力接觸板8與壓力接觸外殼6之間，呈例如冷卻箱的形式，里面流有液體。電阻器R和緩沖二極管D6也裝在壓力接觸外殼中。電阻器最好采用硅制成的電阻器。這種電阻器經(jīng)過特殊處理(例如浸金或用密集的電子照射過)，因而在實(shí)用溫度范圍內(nèi)的電阻值相當(dāng)穩(wěn)定。各開關(guān)截止期間，此電阻器R連同與其串聯(lián)連接的緩沖二極管D6一起吸收儲存在電感線圈中的能量，從而降低了開關(guān)兩端的過電壓。電阻器R的大小取決于容許的電壓尖峰值和電感線圈中能量散發(fā)的時間。采用硅電阻器的特別好處在于可以用壓力接觸外殼作外殼。這樣，過電壓保護(hù)裝置、電阻器R和二極管D6可以在截止期間以實(shí)質(zhì)上非感應(yīng)的形式跨接限流電感線圈L。
顯然，按照上述教導(dǎo)是可以對本發(fā)明進(jìn)行種種修改和更改的。因此不言而喻，在不脫離權(quán)利要求書范圍的前提下是可以用這里具體說明以外的其它作法實(shí)施本發(fā)明的。
權(quán)利要求
1.一種變換器電路裝置，由起碼一個相位模塊(1)組成，相位模塊(1)可與直流電壓源連接，由一個起碼兩個分別與續(xù)流二極管(Df)反向并聯(lián)連接的開關(guān)(2)特別是柵極截止可控硅整流器(GTO)和起碼一個限流電感線圈(L)串聯(lián)連接的串聯(lián)電路組成，限流電感線圈(L)并聯(lián)連接著由一個電阻器(R)和一個緩沖二極管(D6)組成的串聯(lián)電路，開關(guān)(2)組成的串聯(lián)電路的中間節(jié)點(diǎn)形成負(fù)荷端(3)，開關(guān)(2)形成第一元件堆，緩沖二極管(D6)和電阻器(R)組成的串聯(lián)電路形成第二元件堆，其中電感線圈(L)同心繞制在第二元件堆上。
2.如權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，電感線圈(L)設(shè)計(jì)成螺旋形線圈。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，第一元件堆和第二元件堆都公用一個夾持構(gòu)件(4)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電路裝置，其特征在于，在開關(guān)(2)之間和緩沖二極管(D6)與電阻器(R)之間插設(shè)有散熱器(5)，特別是液體冷卻的散熱件。
5.如1至4任一權(quán)利要求所述的電路裝置，其特征在于，電阻器(R)是個硅電阻器，而且特別是與緩沖二極管(D6)一起裝在公用的壓力接觸外殼(6)中。
6.如1至5任一權(quán)利要求所述的電路裝置，其特征在于，柵極截止可控硅整流器(GTO)和相應(yīng)的續(xù)流二極管(Df)結(jié)合在一起裝在公用的壓力接觸外殼(6)中，特別是裝在公用的硅圓片上。
全文摘要
一種變換器電路裝置,結(jié)構(gòu)極其緊湊,這是通過將限流電感線圈繞制在二極管和電阻器組成的第二元件堆上達(dá)到的。具體地說,電感線圈設(shè)計(jì)成螺旋形線圈繞制在元件堆上,再加上第一和第二元件堆,即開關(guān)元件堆和緩沖器元件堆裝在公用的夾持構(gòu)件上,使電路裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊。
文檔編號H02M1/06GK1174444SQ97117349
公開日1998年2月25日 申請日期1997年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月9日
發(fā)明者E·拉梅扎尼, J·瓦爾梅耶爾 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司