大功率變流器系統H橋低感疊層母線排設計

　　電流路徑設計

　　如果連接線路和器件構成一個“回路””， 即如圖3上半部分所示回路。換流回路上疊加的各感應電壓將會和直流母線電壓一起加在功率器件上，產生關斷電壓尖峰。尖峰過高可能造成器件過壓擊穿、增大開關損耗、加劇共模干擾，甚至帶來局部放電的危險。因此，在母線排結構設計中，應該盡量避免回路或者保持電流回路交叉。

　　電容安排設計

　　大功率器中分布雜散電感的抑制離不開緩沖電容和電解電容，出于成本考慮，一般選用鋁電解電容支撐母線直流電壓。由于其耐壓等級低，需要大量串并聯，連接線路上的雜散電感會造成各并聯電容間高頻電流分布不均勻，距離功率器件較近的電容會承受高于額定值的電流而急劇發熱，因此這兩者是工業工程應用中的主要問題。在電容結構設計中，主要影響因素有三個方面，分別是：電容端子設計方向、電容串聯結構設計。圖4分別測量了不同電容端子設計電感的值，圖5給出了典型設計方案和主流低電感設計方案中電容串聯方式的不同。從圖中可以得出這樣的結論，電容端子的方向對電感有較大影響，而電容采用無環路串聯方式可以極大的降低母排電感。圖6給出了電容端子設計良好時母排電流的有限元分析，由圖可以看出在母線排表面電流分布十分均勻，等效作用降低了電感。

　　優化后母排仿真與實驗結果

　　有限元軟件分析結果

　　圖7為實際優化后使用的H橋母線排結構，在考慮到電流路徑和電容端子方向及其他優化方式后，使用有限元分析軟件ANSOFT對其表面電流分布進行了仿真。仿真結果如圖8所示。由圖中可以看出，除母線排開孔處由于渦流效應導致的電流分布不均勻以外，整個母線排的電流分布比較均勻，由此造成的雜散電感經過有限元軟件直接提取結果為21nH，可以滿足工業要求。

　　實驗驗證結果

　　本節主要通過實驗進行典型布局下的母線排IGBT過電壓波形與采用優化后布局(如圖9)的比較。實驗使用80KVA/400V變流器系統。圖10和圖11為實驗得到的IGBT過電壓波形，其中圖11為采用典型布局的H橋母線排中測得的IGBT過電壓波形，圖12為采用優化后布局的母線排中測得的IGBT過電壓波形。由圖中可以看出新型母結論

　　本文以80KVA/400A變流器系統為例，設計了一種新型的疊層母排，得到了以下結論。

　　(1)新型疊層母線的應用使得各器件具有良好的關斷特性，可以減少吸收電容的使用個數，縮小系統體積，具有良好的電磁兼容特性。

　　(2)疊層母線的布局中應注意電流路徑、電容端子布局等問題，可以有效的減少雜散電感，提高系統的抑制過電壓能力。