[发明专利]四象限斩波功率组件及变流柜

说明书

技术领域

本发明涉及电力机车技术领域，尤其涉及一种四象限斩波功率组件及变流柜。

背景技术

在大功率交流传动电力机车中，高压大电流绝缘栅双极型晶体管(Insulatd-Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)被普遍使用。

但是在实际应用中，单个IGBT的电流容量不能满足用户的要求，因此大多数采用双管或多管并联的方式，普遍使用的是由多个IGBT并联的四象限变频器，其不仅可以实现电网和电机之间能量的双向流动，将电机制动过程中的能量回馈输入电网增强节能效果，还由于其输入电流波形为正弦波，输入侧功率因数接近1，因而可以有效减少对整个供电系统的谐波污染。

变流柜中一般包括一个或多个组合的四象限斩波功率组件以执行斩波和整流等功能。因此，四象限斩波功率组件的设计是很重要的。如果四象限斩波功率组件中有不合理的IGBT电路设计会导致IGBT的损坏或者爆炸，甚至可能影响机车的安全运行及人身安全。

发明内容

本发明提供一种四象限斩波功率组件及变流柜，用于提供一种设计合理的IGBT电路设计。

本发明提供一种四象限斩波功率组件，包括：

四象限功率桥臂，所述四象限功率桥臂包括串联的上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括并联的第一主IGBT和第一辅IGBT，所述下桥臂包括并联的第二主IGBT和第二辅IGBT；

斩波桥臂，包括串联的斩波IGBT和第一二极管；

分别与每个IGBT连接的门极驱动电路，用于接收来自光电转换模块的控制光信号并将所述控制光信号转换为控制电信号以根据所述控制电信号控制所述IGBT的开关，以及用于向所述光电转换模块发送故障光信号以通过所述光电转换模块向外部的控制单元发送故障电信号；

所述光电转换模块，用于将外部的控制单元发送的控制电信号转换为控制光信号并将该控制光信号发送至所述门极驱动电路，以及用于接收所述门极驱动电路发出的故障光信号并将该故障光信号转换为故障电信号发送至所述外部的控制单元；

低压连接器，分别与所述光电转换模块和所述外部的控制单元连接；

其中，所述四象限功率桥臂和所述斩波桥臂并联，所述上桥臂和所述下桥臂串联，所述第一主IGBT和第二主IGBT之间连接同一输入端，所述第一辅IGBT和第二辅IGBT之间连接同一输入端，所述斩波IGBT和所述第一二极管之间连接同一输入端，所述第一主IGBT、所述第一辅IGBT和所述斩波IGBT之间连接一输出端，所述第二主IGBT、所述第二辅IGBT和所述第一二极管连接另一输出端，所述各IGBT的引脚之间通过复合母排连接。

如上所述的四象限斩波功率组件，优选地，所述分别与每个IGBT连接的门极驱动电路包括：

第一主门极驱动电路，与所述第一主IGBT连接；

第一辅门极驱动电路，与所述第一辅IGBT连接；

第二主门极驱动电路，与所述第二主IGBT连接；

第二辅门极驱动电路，与所述第二辅IGBT连接；

斩波门极驱动电路，与所述斩波IGBT连接；

所述光电转换模块包括：

第一光电转换模块，分别与所述第一主门极驱动电路和所述低压连接器连接；

第二光电转换模块，分别与所述第二主门极驱动电路和所述低压连接器连接；

第三光电转换模块，分别与所述斩波门极驱动电路和所述低压连接器连接；

其中，所述第一主门极驱动电路与所述第一辅门极驱动电路串联，所述第二主门极驱动电路与所述第二辅门极驱动电路串联。

如上所述的四象限斩波功率组件，优选地，所述光电转换模块包括一脉冲输入调理电路，所述脉冲输入调理电路由上桥支路、下桥支路、第一电容、第二电阻、第三电阻、二极管和光发射器构成；所述上桥支路和下桥支路均由第一电阻和稳压二极管串联构成；两第一电阻一端分别连接第二电阻两端，两第一电阻另一端均与两稳压二极管阴极连接；第一电容的一端接在上桥支路的第一电阻和稳压二极管之间，第一电容另一端连接在下桥支路的第一电阻和稳压二极管之间；第三电阻、二极管和光发射器分别并联后形成的电路两端分别连接两稳压二极管阳极。

如上所述的四象限斩波功率组件，优选地，还包括：

水冷基板，用于为所述IGBT散热；

其中，所述各IGBT、第一二极管和各门极驱动电路位于所述水冷基板的一侧，所述光电转换模块和所述低压连接器位于所述水冷基板的另一侧。

如上所述的四象限斩波功率组件，优选地，还包括：