[發明專利]一種交叉鉗位IGCT功率模塊

在審

• 申請號: 202010149785.4
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111371300A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 劉堯;陳建福;譚喆;劉仁亮;楊昆;裴星宇;劉超;楊銳雄;肖立軍;侯成;陳勇;甘德樹
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司;廣東電網有限責任公司珠海供電局
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/12;H02J3/36;H02J9/06;H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 戴濤

本發明公開一種交叉鉗位IGCT功率模塊，串聯在半橋電路拓撲中，包括交叉鉗位電路、模塊控制器和開關電源回路，其中，所述交叉鉗位電路串聯于半橋電路中，所述交叉鉗位電路與模塊控制器連接，所述交叉鉗位電路的鉗位功能受所述模塊控制器控制，所述模塊控制器與開關電源回路連接，所述開關電源回路提供模塊控制器工作的電源。本發明相比全橋拓撲形式的換流閥具有成本優勢、體積優勢，并且同樣具備直流故障電流的阻斷能力，模塊控制器快速實現功率器件閉鎖，可在微妙級別時間內切斷直流短路故障電流。

技術領域

本發明涉及電力電子領域，更具體地，涉及一種交叉鉗位IGCT功率模塊。

背景技術

目前，換流器功率模塊電路拓撲主要以半橋和全橋兩種為主，全橋拓撲的換流閥可直流短路故障電流，而半橋子模塊由于反并聯二極管的續流作用，交流電源和短路點之間無法隔離直流短路的故障電流，但是全橋模塊的換流器開關器件利用率不高，運行損耗大，功率模塊體積大，整機占地面積大，制造成本也相對較高。

半橋形式的換流器體積和成本都有優勢，但是無法快速切除直流短路故障。

發明內容

本發明提供一種交叉鉗位IGCT功率模塊，實現相鄰功率模塊的電氣串聯連接及鉗位功能以及直流故障電流的自阻斷。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種交叉鉗位IGCT功率模塊，串聯在半橋電路拓撲中，包括交叉鉗位電路、模塊控制器和開關電源回路，其中，所述交叉鉗位電路串聯于半橋電路中，所述交叉鉗位電路與模塊控制器連接，所述交叉鉗位電路的鉗位功能受所述模塊控制器控制，所述模塊控制器與開關電源回路連接，所述開關電源回路提供模塊控制器工作的電源。

上述方案中，采用含交叉鉗位的半橋拓撲電路后，可實現直流故障自清除的功能，也能兼顧半橋拓撲的體積和成本優勢，半橋拓撲電路中加入交叉鉗位功率模塊，可以降低橋臂電抗器的飽和電流設計指標，可以有效限制直流側電流的上升速率，線路可減配直流斷路器或者直流限流電抗器，實現器件總數量少，功率模塊小，成本低，系統可靠性高等優點。

優選地，所述交叉鉗位電路包括IGCT器件、第一快速恢復二極管和第二快速恢復二極管，其中所述IGCT器件的陰極與第一快速恢復二極管的陽極短接，所述第一快速恢復二極管的陰極和IGCT器件的陽極短接，所述IGCT器件的陰極和陽極分別引出負極銅排和正極銅排，所述第一負極銅排和第一正極銅排接線孔備母；第二快速恢復二極管的陰極和陽極分別引出第二負極銅排和第二正極銅排，所述第二負極銅排和第二正極銅排接線孔備母。

優選地，所述開關電源回路包括35V電源回路和32V電源回路。

優選地，所述35V電源回路包括外引的220Vac電源、35Vdc電源模塊、交流微型斷路器、隔離變壓器、二極管D3，外引的220Vac電源進線分別接入到外露接線端子L/N處，L/N依次接入到交流微型斷路器對應的L/N端子和隔離變壓器對應的L/N端子處，隔離變壓器輸出二次側L/N接口引線至35Vdc電源模塊的輸入端口，35Vdc電源模塊輸出側正極引出接線至二極管D3的陽極端子處，35Vdc電源模塊輸出側負極直接引出至外部端子。

優選地，所述32V電源回路包括32Vdc開關電源模塊和二極管D4，32Vdc電源輸入端口裸露在外部，輸入端口直接連接32Vdc開關電源模塊，32Vdc電源模塊輸出側正極引出接線至二極管D4的陽極端子處，32Vdc電源模塊輸出側負極引出外部端子，二極管D3的陽極和二極管D4的陽極短接在一起，引出一個公共正極母線端口接至外部端子。

開關電源回路采用了雙路電源冗余供電方式，進一步提高了供電可靠性。兩路電源一路來源為外引220Vac，另一路來源為相鄰功率模塊的直流母線電壓，兩路電源完全獨立，同時在線熱備用狀態，并且為保證優先使用外引電源，不影響常規半橋功率模塊電壓的靜態均衡，外引電源回路輸出電壓為35Vdc，高電位取能回路輸出電壓為32Vdc。