大功率变流器系统H桥低感叠层母线排设计

　　电流路径设计

　　如果连接线路和器件构成一个“回路””， 即如图3上半部分所示回路。换流回路上叠加的各感应电压将会和直流母线电压一起加在功率器件上，产生关断电压尖峰。尖峰过高可能造成器件过压击穿、增大开关损耗、加剧共模干扰，甚至带来局部放电的危险。因此，在母线排结构设计中，应该尽量避免回路或者保持电流回路交叉。

　　电容安排设计

　　大功率器中分布杂散电感的抑制离不开缓冲电容和电解电容，出于成本考虑，一般选用铝电解电容支撑母线直流电压。由于其耐压等级低，需要大量串并联，连接线路上的杂散电感会造成各并联电容间高频电流分布不均匀，距离功率器件较近的电容会承受高于额定值的电流而急剧发热，因此这两者是工业工程应用中的主要问题。在电容结构设计中，主要影响因素有三个方面，分别是：电容端子设计方向、电容串联结构设计。图4分别测量了不同电容端子设计电感的值，图5给出了典型设计方案和主流低电感设计方案中电容串联方式的不同。从图中可以得出这样的结论，电容端子的方向对电感有较大影响，而电容采用无环路串联方式可以极大的降低母排电感。图6给出了电容端子设计良好时母排电流的有限元分析，由图可以看出在母线排表面电流分布十分均匀，等效作用降低了电感。

　　优化后母排仿真与实验结果

　　有限元软件分析结果

　　图7为实际优化后使用的H桥母线排结构，在考虑到电流路径和电容端子方向及其他优化方式后，使用有限元分析软件ANSOFT对其表面电流分布进行了仿真。仿真结果如图8所示。由图中可以看出，除母线排开孔处由于涡流效应导致的电流分布不均匀以外，整个母线排的电流分布比较均匀，由此造成的杂散电感经过有限元软件直接提取结果为21nH，可以满足工业要求。

　　实验验证结果

　　本节主要通过实验进行典型布局下的母线排IGBT过电压波形与采用优化后布局(如图9)的比较。实验使用80KVA/400V变流器系统。图10和图11为实验得到的IGBT过电压波形，其中图11为采用典型布局的H桥母线排中测得的IGBT过电压波形，图12为采用优化后布局的母线排中测得的IGBT过电压波形。由图中可以看出新型母结论

　　本文以80KVA/400A变流器系统为例，设计了一种新型的叠层母排，得到了以下结论。

　　(1)新型叠层母线的应用使得各器件具有良好的关断特性，可以减少吸收电容的使用个数，缩小系统体积，具有良好的电磁兼容特性。

　　(2)叠层母线的布局中应注意电流路径、电容端子布局等问题，可以有效的减少杂散电感，提高系统的抑制过电压能力。