[發明專利]用于高壓直流轉換器的電子保護模塊

有效

• 申請號: 201380081250.6
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN105793985B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: D.貝姆
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01L23/62
• 分類號: H01L23/62;H01L23/64;H01L25/07;H01L23/00;H01L25/16;H02M7/483;H01H1/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 熊雪梅

本發明公開了一種電子模塊，用于針對高電流浪涌和破壞性放電對HVDC轉換器的功率半導體器件進行保護。其包括電容器、短路設備、可移動部分、短路部分和彈簧元件。短路設備與電容器并聯連接。短路設備包括第一和第二母線。可移動部分連接到第一母線，并且短路部分連接到第二母線。彈簧元件布置在可移動部分和短路部件之間。當短路電流流過第一母線時，兩個母線之間的電磁力使第一母線排斥第二母線，而向短路部分移動。短路部分提供將第一母線連接到第二母線的短路路徑，從而將電容器短路，并且將HVDC轉換器的功率半導體器件旁路。

技術領域

本發明涉及一種用于保護HVDC轉換器的功率半導體器件的電子模塊，尤其涉及一種在出現否則可能使功率半導體器件損壞的高電流浪涌或者放電的情況下，用于保護HVDC轉換器功率模塊的至少一個功率半導體器件的短路設備。

背景技術

高壓直流(HVDC)系統在世界范圍內用于能量傳輸。這些HVDC系統專門用于以經濟的方式經由架空線或者線纜長距離傳輸電能。它們還用于連接異步電網或者具有不同頻率的電網，或者用于連接海上風電場與岸上電網。HVDC系統包括通過DC連接相連的復雜的轉換器站。轉換器站中的一個主要部件是用于將電力從交流(AC)轉換為直流(DC)或者從直流(DC)轉換為交流(AC)的HVDC轉換器。這些轉換器具有包含串聯連接的功率模塊的轉換器臂。這些功率模塊包含諸如晶閘管、IGBT等的功率半導體器件。需要針對電流浪涌對這些功率半導體器件進行保護。

轉換器臂在文獻中經常被稱為電流閥。這種轉換器臂的功率模塊可以是單個功率半導體器件，例如晶閘管、IGBT等。模塊化的多電平轉換器設置有具有多于一個的功率半導體器件的功率模塊。功率半導體器件以半橋或者全橋配置與電容器連接。在發生故障的情況下，電容器中的能量放電到模塊的功率半導體器件中。這導致功率半導體器件爆炸。為了對釋放的能量進行控制，必須實現防爆保護。

歐洲專利EP 1894240 B1公開了一個這種電子保護模塊。該發明涉及至少具有借助于連接導體連接到功率半導體的第一和第二端子的電子模塊，每一個功率半導體具有與其并聯連接的至少一個二極管，并且功率半導體具有并聯連接的電容器。連接導體具有至少兩個平行地延伸的部分，其中的至少一個可變形，在電子模塊中流動的電流沿相反的方向通過，從而由于電磁感應，產生壓離連接導體的力，并且確定這些部分的尺寸，使得當超過電流的閾值時，在端子之間建立導電連接，將功率半導體和電容器兩者旁路，由此為電流提供短路路徑，并且針對突然的電流浪涌對功率半導體進行保護。

然而，上面討論的發明不針對從電容器進行的能量放電對電路進行保護。在發生開關錯誤的情況下，例如，存儲在電容器中的電荷通過HVDC轉換器的功率模塊的功率半導體器件、例如通過一個或者所有IGBT放電，由此使功率模塊損壞。

因此，出現了針對有效的保護電路的需要，該保護電路不僅針對短路電流，而且針對來自電容器的放電，對HVDC轉換器的功率模塊的功率半導體器件進行保護。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種有效并且具成本效益的解決方案，用于保護HVDC轉換器功率模塊的功率半導體器件，免于由于來自電容器的放電而損壞。

本發明的目的通過所公開的電子模塊來實現，該電子模塊針對大電流浪涌或者來自電容器的高能量放電，對HVDC轉換器功率模塊的功率半導體器件進行保護。根據本發明，電子模塊包括電容器、短路設備、可移動部分、短路部分和彈簧元件。短路設備與電容器并聯連接，其中，短路設備包括連接到電容器的第一個極的第一母線以及連接到電容器的第二個極的第二母線。可移動部分通過柔性連接部件連接到第一母線，并且短路部分連接到第二母線。彈簧元件布置在可移動部分和短路部分之間。可移動部分與第二母線平行地延伸，使得當短路電流流過第一母線時，兩個母線之間的電磁力使第一母線排斥第二母線，而向短路部分移動。短路部分提供將第一母線連接到第二母線的短路路徑，從而在電子模塊的操作的短路狀態期間將電容器短路。以這種方式，大電流和放電通過短路部分被旁路，而不到達HVDC轉換器功率模塊。