[发明专利]一种直流电子开关及其开关功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电子开关及其开关功率模块，属于直流输电技术领域。

背景技术

目前，直流电子开关的拓扑主要由正反向串联结构的IGBT子模块和单级H桥结构的IGBT子模块串联构成，由于IGBT分断电流的能力有限，此时为了提高直流电子开关分断电流的能力，需要并联多个IGBT，而单个IGBT的价格较高，造成每个子模块需要的IGBT成倍增加，直流电子开关设备总的成本居高不下。

因此，如何在降低直流电子开关制造成本的前提下提高直流电子开关的电流分断能力，成为直流电子开关研究中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流电子开关及其开关功率模块，用于解决在降低直流电子开关制造成本的前提下提高直流电子开关的电流分断能力这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流电子开关，包括以下方案：

直流电子开关方案一：包括一个或串联连接的至少两个开关功率模块，所述开关功率模块为H桥模块，包括并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂均由两个不控器件阀组同向串联而成；所述第一桥臂的两个不控器件阀组的串联点为所述开关功率模块的输入/输出端，所述第二桥臂的两个不控器件阀组的串联点为所述开关功率模块的输出/输入端；所述开关功率模块还包括电容支路以及同向并联连接的至少两条全控器件支路，所述电容支路、全控器件支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。

直流电子开关方案二：在直流电子开关方案一的基础上，所述电容支路串设有电容以及用于在电容充电时导通在电容放电时截止的充电二极管，所述电容的两端并联有放电电阻。

直流电子开关方案三、四：分别在直流电子开关方案一、二的基础上，所述不控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的二极管构成。

直流电子开关方案五、六：分别在直流电子开关方案一、二的基础上，所述全控器件支路由一个或者至少两个同向串联的全控器件构成。

直流电子开关方案七、八：分别在直流电子开关方案一、二的基础上，该直流电子开关的两端连接有避雷器耗能支路。

直流电子开关方案九、十：分别在直流电子开关方案七、八的基础上，所述避雷器耗能支路包括一个或至少两个串联连接的避雷器。

直流电子开关方案十一、十二：分别在直流电子开关方案五、六的基础上，所述全控器件为IGBT。

本发明还提供了一种开关功率模块，包括以下方案：

开关功率模块方案一：所述开关功率模块为H桥模块，包括并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂均由两个不控器件阀组同向串联而成；所述第一桥臂的两个不控器件阀组的串联点为所述开关功率模块的输入/输出端，所述第二桥臂的两个不控器件阀组的串联点为所述开关功率模块的输出/输入端；所述开关功率模块还包括电容支路以及同向并联连接的至少两条全控器件支路，所述电容支路、全控器件支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。

开关功率模块方案二：在开关功率模块方案一的基础上，所述电容支路串设有电容以及用于在电容充电时导通在电容放电时截止的充电二极管，所述电容的两端并联有放电电阻。

开关功率模块方案三、四：分别在开关功率模块方案一、二的基础上，所述不控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的二极管构成。

开关功率模块方案五、六：分别在开关功率模块方案一、二的基础上，所述全控器件支路由一个或者至少两个同向串联的全控器件构成。

开关功率模块方案七、八：分别在开关功率模块方案五、六的基础上，所述全控器件为IGBT。

开关功率模块方案九、十：分别在开关功率模块方案一、二的基础上，该开关功率模块的两端连接有避雷器耗能支路。

开关功率模块方案十一、十二：分别在开关功率模块方案九、十的基础上，所述避雷器耗能支路包括一个或至少两个串联连接的避雷器。

本发明的有益效果是：

通过将传统H桥模块第一桥臂和第二桥臂中价格昂贵的全控器件替换成不控器件阀组，降低了直流电子开关的制造成本；采用多条全控器件支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联连接，不仅保留了传统H桥模块双向切断电流的能力，同时提高了直流电子开关的电流分断能力。

进一步的，电容支路包括串联连接的电容和充电二极管，电容的两端并联有放电电阻，在全控器件支路关断过程中，由于充电二极管的反串联作用，电容只能通过放电电阻进行放电，不能对全控器件支路放电，有效避免了全控器件支路中的全控器件烧坏的现象。