CN210469255U - 一种半导体组件及直流断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种半导体组件及直流断路器，该半导体组件包括：电容器组、IGBT压装单元及至少一二极管压装单元。通过电容器组、IGBT压装单元及二极管压装单元的布局方式，可以有效利用电容器组与IGBT压装单元之间的空隙，使得本实用新型实施例提供的半导体组件的结构更加紧凑；还缩短了二极管压装单元与电容器组之间连接线的长度，从而降低了回路中的电感，保障了器件的安全；这样的布局方式，使电容器组与二极管压装单元之间的距离最短，避免了半导体组件内部电流转移过程中发生电压过冲的问题；有利于在小型化的直流断路器中进行应用。并且该半导体组件也可作为可长期持续通流可实现大电流双向关断的半导体单元独立应用于一般直流电网装置。

Description

一种半导体组件及直流断路器

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是指一种半导体组件及直流断路器。

背景技术

高压直流断路器是直流电网中的重要装置，当高压直流断路器工作在正常导通状态时，其长期通流支路即主支路用于承担系统额定电流，是保障高压直流断路器正常工作的最重要的部分。高压直流断路器的主支路通常由半导体单元构成，而目前用于主支路的半导体单元的布局结构，通常是采用将半导体单元中的每一个IGBT组件与其对应的二极管组件一一对应设置的方式进行布局，这种布局方式导致半导体单元的结构不够紧凑，难以在小型化的高压直流断路器中进行应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体组件及直流断路器，以解决半导体单元的结构不够紧凑，难以在小型化的高压直流断路器中进行应用的问题。

根据第一方面，本实用新型的实施例提供一种半导体组件，包括：电容器组、IGBT压装单元及二极管压装单元，其中，所述电容器组和所述IGBT压装单元分别设置于所述二极管压装单元的两侧。

可选的，所述半导体组件还包括：IGBT控制板卡，所述IGBT控制板卡叠放于所述IGBT压装单元上。

可选的，所述IGBT压装单元包括：依次设置于所述二极管压装单元一侧的第一IGBT压装单元和第二IGBT压装单元。

可选的，所述半导体组件还包括：旁路开关和供能模块，其中，所述旁路开关与所述供能模块依次设置于所述IGBT压装单元远离所述二极管压装单元的另一侧。

可选的，所述半导体组件还包括：旁路开关控制板卡；所述旁路开关控制板卡设置于所述供能模块的底部，用于控制所述旁路开关的开关状态。

可选的，所述供能模块包括：从下至上依次设置的IGBT 板卡供能磁环和旁路开关供能磁环，所述IGBT板卡供能磁环用于为所述IGBT 控制板卡供能；所述旁路开关供能磁环用于为所述旁路开关控制板卡供能。

可选的，所述半导体组件还包括：水管；所述水管设置于所述IGBT压装单元的底部，用于对所述半导体组件进行散热。

可选的，所述半导体组件还包括：调压稳流单元；所述调压稳流单元设置于所述IGBT压装单元的一端，用于调整所述半导体组件的电流值和电压值。

可选的，所述半导体组件还包括：框架，用于固定所述电容器组、 IGBT压装单元、二极管压装单元、旁路开关、供能模块和调压稳流单元。

根据第二方面，本实用新型的实施例还提供一种直流断路器，包括第一方面及其任意一种可选实施方式所述的半导体组件。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

1、本实用新型实现了一种具有高集成度，可具备完整功能的，可长期持续通流的，可实现大电流双向关断的半导体组件。该半导体组件既能够应用于混合式高压直流断路器主支路，也能够作为可长期持续通流可实现大电流双向关断的半导体单元独立应用于一般直流电网装置。

2、本实用新型所述半导体组件通过采用IGBT大组件+二极管小组件的设计方法，实现了半导体单元子模块灵活级联，同时提高了设备的功率集成密度。与同柔性直流换流阀子模块相比，该半导体单元可减少体积约1/2。

3、本实用新型实施例提供的半导体组件包括：电容器组、IGBT压装单元及至少一二极管压装单元，其中，电容器组和IGBT压装单元分别设置于二极管压装单元的两侧。通过电容器组、IGBT压装单元及二极管压装单元的布局方式，可以有效利用电容器组与IGBT压装单元之间的空隙，使得本实用新型实施例提供的半导体组件的结构更加紧凑；还缩短了二极管压装单元与电容器组之间连接线的长度，从而降低了回路中的电感，保障了器件的安全；除此之外，这样的布局方式，使电容器组与二极管压装单元之间的距离最短，避免了本实用新型实施例提供的半导体单元内部电流转移过程中发生电压过冲的问题；有利于在小型化的直流断路器中进行应用。

4、本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：IGBT控制板卡，IGBT 控制板卡叠放于IGBT压装单元上；可以使得IGBT控制板卡与IGBT压装单元之间的驱动线缆较短；除此之外，还便于设备后续维护。

5、本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：旁路开关和供能模块，其中，旁路开关与供能模块依次设置于IGBT压装单元远离二极管压装单元的另一侧。由于IGBT压装单元上设置有散热器，旁路开关设置于IGBT压装单元的一侧，可以使得散热器对旁路开关实现间接散热，无需单独考虑旁路开关真空灭弧室冷却问题，也便于旁路开关的维护。

6、本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：旁路开关控制板卡；旁路开关控制板卡设置于供能模块的底部，用于控制旁路开关的开关状态。这样可以简化线缆敷设，提高旁路开关控制板卡的可维护性。

7、本实用新型实施例提供的半导体组件中的供能模块包括：从下至上依次设置的IGBT板卡供能磁环和旁路开关供能磁环，IGBT板卡供能磁环用于为IGBT控制板卡供能；旁路开关供能磁环用于为旁路开关控制板卡供能。 IGBT板卡供能磁环和旁路开关供能磁环上下两列的形式布置，在安装的过程中，便于电缆线穿过IGBT板卡供能磁环和旁路开关供能磁环，除此之外，还便于IGBT板卡供能磁环和旁路开关供能磁环的维护。

8、本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：调压稳流单元；调压稳流单元设置于IGBT压装单元的一端，用于调整半导体组件的电流值和电压值。将调压稳流单元设置于IGBT压装单元的一端的布局方式，使得安装人员在实际安装的过程中比较简单，工作量较少，而且后续维护也比较方便。

9、本实用新型的实施例还提供一种直流断路器，包括本实用新型另一实施例提供的半导体组件。该半导体组件通过电容器组、IGBT压装单元及二极管压装单元的布局方式，可以有效利用电容器组与IGBT压装单元之间的空隙，大大减小了半导体组件的体积，进而使得本实用新型实施例提供的直流断路器的结构更加紧凑，有利于直流断路器的小型化设计。

附图说明

图1表示本实用新型实施例的半导体组件的主视图；

图2表示本实用新型实施例的半导体组件的立体图；

图3表示本实用新型实施例的半导体组件中各个器件的电路拓扑连接示意图。

附图标记说明：

1-电容器组；2-IGBT压装单元；21-第一IGBT压装单元；22-第二IGBT 压装单元；3-二极管压装单元；4-IGBT控制板卡；5-旁路开关；6-旁路开关控制板卡；7-IGBT板卡供能磁环；8-旁路开关供能磁环；9-水管；10-调压稳流单元；11-框架；12-供能模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种半导体组件，包括：电容器组 1、IGBT压装单元2及二极管压装单元3，其中，电容器组1和IGBT压装单元2分别设置于二极管压装单元3的两侧。

通过电容器组1、IGBT压装单元2及二极管压装单元3的布局方式，可以有效利用电容器组1与IGBT压装单元2之间的空隙，使得本实用新型实施例提供的半导体组件的结构更加紧凑；还缩短了二极管压装单元3与电容器组 1之间连接线的长度，从而降低了回路中的电感，保障了器件的安全；除此之外，这样的布局方式，使电容器组1与二极管压装单元3之间的距离最短，降低了本实用新型实施例提供的半导体单元内部电流转移过程中的电压过冲。因此，可以在小型化的直流断路器中进行应用。该半导体组件既能够应用于混合式高压直流断路器主支路，也能够作为可长期持续通流可实现大电流双向关断的半导体单元独立应用于一般直流电网装置。

需要说明的是，在本实用新型实施例中是以一个二极管压装单元3为例进行的说明，在实际应用中，该二极管压装单元3可以根据实际需要设置为多个，每个二极管压装单元3内包括偶数只二极管；而且本申请中多个二极管压装单元相当于将现有技术中的一个二极管压装单元，因此，本实用新型中每个二极管压装单元3中二极管的数量比现有二极管压装单元中二极管的数量少；除此之外，各二极管之间均是反串联的形式压装形成。例如：每个二极管压装单元 3内均包括4个二极管，即第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，阳极与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极与第四二极管的阴极连接。在实际应用中，由于每个二极管压装单元3中设置的二极管的数量较少，使得二极管压装单元3的体积也较小；由于二极管压装单元3具有多个，且设置于电容器组1和IGBT压装单元2之间，所以在安装过程中不需要考虑在空间位置上与IGBT压装单元2中的IGBT一一对应的关系，使得安装更加灵活便捷。

在一实施例中，如图1所示，本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：IGBT控制板卡4，IGBT控制板卡4叠放于IGBT压装单元2上；从而可以减小IGBT控制板卡4与IGBT压装单元2之间的驱动线缆的长度；除此之外，还可为设备的后续维护提供方便。

具体的，IGBT压装单元2包括：依次设置于二极管压装单元3一侧的第一IGBT压装单元21和第二IGBT压装单元22。在实际应用中，IGBT控制板卡4设置于第一IGBT压装单元21和第二IGBT压装单元22的上方中心对称轴的位置上，可以大大减小第一IGBT压装单元21及第二IGBT压装单元22 与IGBT控制板卡4之间的驱动线缆的长度，不仅节约成本，还减小了回路中的电感。在实际应用中，IGBT控制板卡4用于控制第一IGBT压装单元21和第二IGBT压装单元22的开关状态，通过向第一IGBT压装单元21和第二 IGBT压装单元22下发指令信号的方式，控制第一IGBT压装单元21和第二 IGBT压装单元22进行合闸和分闸操作。

在一实施例中，IGBT压装单元2上设置有散热器(图1未示出)，用于对 IGBT压装单元2产生的热量进行散热。

在现有技术中，二极管压装单元采用的是整体压装形式，二极管压装单元中的二极管与IGBT压装单元2中的IGBT都是一一对应的，结构上的限制导致在二极管压装单元中必须使用较厚的导电板，从而来补偿IGBT、IGBT压装单元中散热器的总厚度与二极管压装单元中的二极管总厚度的差值；这样，不仅成本较高，而且对二极管压装单元的要求也较高。而本实用新型实施例提供的半导体组件中二极管压装单元3设置于电容器组1和IGBT压装单元2之间，且具有多个，即将现有的一个大的二极管压装单元设置成多个小二极管压装单元3，结构上不需要二极管与IGBT一一对应设置，可以在二极管压装单元3上使用较薄的导电板，因此，本实用新型提供的半导体组件中散热器的数量与现有技术相比，不仅可以降低成本，还可以减小二极管压装单元的制作难度。

在一实施例中，如图1所示，本实用新型提供的半导体组件还包括：旁路开关5和供能模块12，其中，旁路开关5与供能模块12依次设置于IGBT压装单元2远离二极管压装单元3的另一侧。由于IGBT压装单元2上设置有散热器，旁路开关5设置于IGBT压装单元2的一侧，可以使散热器对旁路开关 5实现间接散热，从而无需为旁路开关5单独设置专门的冷却装置来解决单独考虑旁路开关5真空灭弧室冷却的问题，既降低了成本，又减少了半导体组件的体积，也便于旁路开关5的维护。

具体的，旁路开关5与IGBT压装单元2连接，在使用过程中，旁路开关 5产生的热量会通过连接线传导至散热器上，这样散热器就可以实现旁路开关5的间接冷却。

在一实施例中，如图1所示，本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：旁路开关控制板卡6；旁路开关控制板卡6设置于供能模块12的底部，用于控制旁路开关5的开关状态。这样可以简化线缆敷设，便于对旁路开关控制板卡6进行维护。

在一实施例中，如图1所示，供能模块12包括：从下至上依次设置的IGBT 供能磁环7和旁路开关供能磁环8，IGBT板卡供能磁环7用于为IGBT控制板卡4供能；旁路开关供能磁环8用于为旁路开关控制板卡6供能。IGBT板卡供能磁环7和旁路开关供能磁环8上下两列的形式布置，在安装的过程中，便于电缆线穿过IGBT板卡供能磁环7和旁路开关供能磁环8，除此之外，还便于IGBT板卡供能磁环7和旁路开关供能磁环8的维护。

在一实施例中，如图1所示，本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：水管9；水管9设置于IGBT压装单元2的底部，用于对半导体组件进行散热。通过水管9的设置可以将半导体组件中的一些高温部件进行冷却，防止由于温度过高而使本实用新型实施例提供的半导体组件损坏。

在一实施例中，如图2所示，本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：调压稳流单元10；调压稳流单元10设置于IGBT压装单元2的一端，用于调整半导体组件的电流值和电压值。将调压稳流单元10设置于IGBT压装单元2 的一端的布局方式，使得安装人员在实际安装的过程中比较简单，工作量较少，而且后续维护也比较方便。现有技术中，调压稳流单元10通常设置于半导体组件的外部，与半导体组件是分离的，在安装以及后期检修维护时都比较复杂；本实用新型实施例提供的半导体组件中包括调压稳流单元10，不仅安装简单，后期维护也比较方便，也成为了本实用新型实施例提供的半导体组件中不可缺少的一部分。

在一实施例中，如图2所示，本实用新型实施例提供的半导体组件还包括：框架11，用于固定电容器组1、IGBT压装单元2、二极管压装单元3、旁路开关5、供能模块12和调压稳流单元10。具体的，从框架11上的一侧依次安装有电容器组1、二极管压装单元3、IGBT压装单元2、旁路开关5和供能模块12；IGBT压装单元2一端的框架11的安装托板上安装有调压稳流单元10；水管9和旁路开关控制板卡6安装于框架11的下方；因此，本实用新型实施例提供的半导体组件的结构更加紧凑，缩短了二极管压装单元3与电容器组1 之间连接线的长度，从而降低了回路中的电感，保障了器件的安全；使电容器组1与二极管压装单元3之间的距离最短，降低了本实用新型实施例提供的半导体单元内部电流转移过程中的电压过冲；旁路开关5设置于IGBT压装单元 2的一侧，可以使得散热器对旁路开关5实现间接散热，无需单独考虑旁路开关5真空灭弧室冷却问题，也便于旁路开关5的维护；将调压稳流单元10设置于IGBT压装单元2的一端的布局方式，使得安装人员在实际安装的过程中比较简单，工作量较少，而且后续维护也比较方便。

在实际应用中，本实用新型实施例提供的半导体组件中各个器件的电路拓扑连接示意图如图3所示，由图3可以看出在本实用新型实施例中电气拓扑中所设计的IGBT压装单元之间采用先并联后相互反串联形式，通过两组反串联压装单元再通过母排并联实现。需要说明的是，图3仅为本实用新型实施例的简化的电路结构示意图，半导体组件中所有的组成器件并未示出，本实用新型并不以此为限。

本实用新型实施例还提供一种直流断路器，包括本实用新型上述实施例提供的半导体组件。

该半导体组件通过电容器组、IGBT压装单元及二极管压装单元的布局方式，可以有效利用电容器组与IGBT压装单元之间的空隙，大大减小了半导体组件的体积，进而使得本实用新型实施例提供的直流断路器的结构更加紧凑，有利于直流断路器的小型化设计。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的直流断路器是设置有上述半导体组件的直流断路器，则上述半导体组件的所有实施例均适用于该直流断路器，且均能达到相同或相似的有益效果。

以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体组件，其特征在于，包括：电容器组、IGBT压装单元及至少一二极管压装单元，其中，所述电容器组和所述IGBT压装单元分别设置于所述二极管压装单元的两侧。

2.根据权利要求1所述的半导体组件，其特征在于，所述IGBT压装单元包括：依次设置于所述二极管压装单元一侧的第一IGBT压装单元和第二IGBT压装单元。

3.根据权利要求2所述的半导体组件，其特征在于，还包括：IGBT控制板卡，所述IGBT控制板卡叠放于所述IGBT压装单元上。

4.根据权利要求3所述的半导体组件，其特征在于，还包括：旁路开关和供能模块，其中，

所述旁路开关与所述供能模块依次设置于所述IGBT压装单元远离所述二极管压装单元的另一侧。

5.根据权利要求4所述的半导体组件，其特征在于，还包括：旁路开关控制板卡；

所述旁路开关控制板卡设置于所述供能模块的底部，用于控制所述旁路开关的开关状态。

6.根据权利要求5所述的半导体组件，其特征在于，所述供能模块包括：从下至上依次设置的IGBT板卡供能磁环和旁路开关供能磁环，

所述IGBT板卡供能磁环用于为所述IGBT控制板卡供能；

所述旁路开关供能磁环用于为所述旁路开关控制板卡供能。

7.根据权利要求5所述的半导体组件，其特征在于，还包括：水管；

所述水管设置于所述IGBT压装单元的底部，用于对所述半导体组件进行散热。

8.根据权利要求7所述的半导体组件，其特征在于，还包括：调压稳流单元；

所述调压稳流单元设置于所述IGBT压装单元的一端，用于调整所述供能模块的电流值和电压值。

9.根据权利要求8所述的半导体组件，其特征在于，还包括：框架，用于固定所述电容器组、IGBT压装单元、二极管压装单元、旁路开关、供能模块和调压稳流单元。

10.一种直流断路器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的半导体组件。

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