[发明专利]一种交叉钳位IGCT功率模块

说明书

本发明公开一种交叉钳位IGCT功率模块，串联在半桥电路拓扑中，包括交叉钳位电路、模块控制器和开关电源回路，其中，所述交叉钳位电路串联于半桥电路中，所述交叉钳位电路与模块控制器连接，所述交叉钳位电路的钳位功能受所述模块控制器控制，所述模块控制器与开关电源回路连接，所述开关电源回路提供模块控制器工作的电源。本发明相比全桥拓扑形式的换流阀具有成本优势、体积优势，并且同样具备直流故障电流的阻断能力，模块控制器快速实现功率器件闭锁，可在微妙级别时间内切断直流短路故障电流。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体地，涉及一种交叉钳位IGCT功率模块。

背景技术

目前，换流器功率模块电路拓扑主要以半桥和全桥两种为主，全桥拓扑的换流阀可直流短路故障电流，而半桥子模块由于反并联二极管的续流作用，交流电源和短路点之间无法隔离直流短路的故障电流，但是全桥模块的换流器开关器件利用率不高，运行损耗大，功率模块体积大，整机占地面积大，制造成本也相对较高。

半桥形式的换流器体积和成本都有优势，但是无法快速切除直流短路故障。

发明内容

本发明提供一种交叉钳位IGCT功率模块，实现相邻功率模块的电气串联连接及钳位功能以及直流故障电流的自阻断。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种交叉钳位IGCT功率模块，串联在半桥电路拓扑中，包括交叉钳位电路、模块控制器和开关电源回路，其中，所述交叉钳位电路串联于半桥电路中，所述交叉钳位电路与模块控制器连接，所述交叉钳位电路的钳位功能受所述模块控制器控制，所述模块控制器与开关电源回路连接，所述开关电源回路提供模块控制器工作的电源。

上述方案中，采用含交叉钳位的半桥拓扑电路后，可实现直流故障自清除的功能，也能兼顾半桥拓扑的体积和成本优势，半桥拓扑电路中加入交叉钳位功率模块，可以降低桥臂电抗器的饱和电流设计指标，可以有效限制直流侧电流的上升速率，线路可减配直流断路器或者直流限流电抗器，实现器件总数量少，功率模块小，成本低，系统可靠性高等优点。

优选地，所述交叉钳位电路包括IGCT器件、第一快速恢复二极管和第二快速恢复二极管，其中所述IGCT器件的阴极与第一快速恢复二极管的阳极短接，所述第一快速恢复二极管的阴极和IGCT器件的阳极短接，所述IGCT器件的阴极和阳极分别引出负极铜排和正极铜排，所述第一负极铜排和第一正极铜排接线孔备母；第二快速恢复二极管的阴极和阳极分别引出第二负极铜排和第二正极铜排，所述第二负极铜排和第二正极铜排接线孔备母。

优选地，所述开关电源回路包括35V电源回路和32V电源回路。

优选地，所述35V电源回路包括外引的220Vac电源、35Vdc电源模块、交流微型断路器、隔离变压器、二极管D3，外引的220Vac电源进线分别接入到外露接线端子L/N处，L/N依次接入到交流微型断路器对应的L/N端子和隔离变压器对应的L/N端子处，隔离变压器输出二次侧L/N接口引线至35Vdc电源模块的输入端口，35Vdc电源模块输出侧正极引出接线至二极管D3的阳极端子处，35Vdc电源模块输出侧负极直接引出至外部端子。

优选地，所述32V电源回路包括32Vdc开关电源模块和二极管D4，32Vdc电源输入端口裸露在外部，输入端口直接连接32Vdc开关电源模块，32Vdc电源模块输出侧正极引出接线至二极管D4的阳极端子处，32Vdc电源模块输出侧负极引出外部端子，二极管D3的阳极和二极管D4的阳极短接在一起，引出一个公共正极母线端口接至外部端子。

开关电源回路采用了双路电源冗余供电方式，进一步提高了供电可靠性。两路电源一路来源为外引220Vac，另一路来源为相邻功率模块的直流母线电压，两路电源完全独立，同时在线热备用状态，并且为保证优先使用外引电源，不影响常规半桥功率模块电压的静态均衡，外引电源回路输出电压为35Vdc，高电位取能回路输出电压为32Vdc。