[发明专利]具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块及其故障阻断方法

权利要求书

1.一种具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，其特征在于：包括第一半桥子模块、第二半桥子模块、第一钳位二极管与第二钳位二极管；所述第一半桥子模块包括第一开关单元、第二开关单元与第一电容；所述第二半桥子模块包括第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元与第二电容；第一电容与第二电容的参数完全相同，并且第一电容与第二电容的电压参考值均为U_C；

第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元均采用绝缘栅双极型晶体管反向并联续流二极管的结构形式，从而具有双向导通-单向阻断功能，并以绝缘栅双极型晶体管的导通方向为正向导通方向，以续流二极管的导通方向为反向导通方向，而且只有正向导通方向能够被关断；第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元的导通是指双向导通，其关断是指正向导通方向被关断；

第四开关单元采用两个绝缘栅双极型晶体管反向并联的结构形式，从而具有双向导通-双向阻断功能；第四开关单元的导通是指双向导通，其关断是指双向关断；

第一开关单元与第二开关单元正向串联后与第一电容并联，即第一开关单元与第二开关单元的正向导通方向一致，第一电容正极端与第一开关单元连接，第一电容负极端与第二开关单元连接；第三开关单元的正向导通方向与第一开关单元的正向导通方向一致；第三开关单元与第四开关单元串联后并联第一钳位二极管，并且第一钳位二极管的阳极与第四开关单元连接，第一钳位二极管的阴极与第三开关单元连接；第二电容负极端反向串联第五开关单元，并且第一钳位二极管的阳极与第五开关单元连接，第一钳位二极管的阴极与第二电容的正极端连接；第一电容正极端串联第二钳位二极管后与第二电容的负极端连接，并且第二钳位二极管的阳极与第二电容的负极端连接，第二钳位二极管的阴极与第一电容的正极端连接，第一电容的负极端接入第三开关单元与第四开关单元之间，从而将第一半桥子模块与第二半桥子模块串联起来；

第一开关单元与第二开关单元之间接第一供电端，第四开关单元、第五开关单元与第一钳位二极管的连接点接第二供电端。

2.根据权利要求1所述的具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，其特征在于：通过工作模式的切换能够输出0、U_C、2U_C三种工作电压。

3.根据权利要求2所述的具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，其特征在于：具有以下四种工作模块：

工作模式1：第一开关单元、第三开关单元与第五开关单元关断，第二开关单元与第四开关单元导通，使得第一电容与第二电容均被旁路，对外输出电压为0；

工作模式2：第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元关断，第一开关单元与第四开关单元导通，使得第一电容串联到电路中，第二电容被旁路，对外输出电压为U_C；

工作模式3：第一开关单元与第四开关单元断开，第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元导通，使得第一电容被旁路，第二电容串联到电路中，对外输出电压为U_C；

工作模式4：第二开关单元与第四开关单元关断，第一开关单元、第三开关单元与第五开关单元导通，使得第一电容与第二电容均串联到电路中，对外输出电压为2U_C。

4.根据权利要求1所述的具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，其特征在于：能够提供2U_C的反电动势对故障电流进行阻断。

5.一种采用如权利要求1所述的具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块的故障阻断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：当故障发生时，关断第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元与第五开关单元；

步骤2：判断故障电流方向：若故障电流从第一供电端流入，则为正向故障电流，进入步骤3；若故障电流从第二供电端流入，则为逆向故障电流，进入步骤4；

步骤3：正向故障电流依次通过第一开关单元的续流二极管、第一电容、第三开关的续流二极管、第二电容、第五开关单元的续流二极管，并从第二供电端流出，从而使得正向故障电流对串联的第一电容与第二电容充电，第一电容与第二电容在充电过程中产生反电动势对故障电流进行阻断；

步骤4：反向故障电流依次通过第一钳位二极管的、第二电容、第二钳位二极管、第一电容、第二开关单元的续流二极管，并从第一供电端流出，从而使得逆向故障电流对串联的第一电容与第二电容充电，第一电容与第二电容在充电过程中产生反电动势对故障电流进行阻断。