CN216531271U - 一种基于模块igbt的内联双向电子开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，包括：高频隔离线圈，所述高频隔离线圈与高频驱动电源电连接；高频隔离线圈耦合连接双开断单元串联组件，所述双开断单元串联组件设置有N个，N大于等于1，每个双开断单元串联组件可独立实现双向通流，N个所述双开断单元串联组件串联连接。每个双开断单元串联组件可独立实现双向通流，根据工作电压和电流需要选择合适数量的双开断单元串联组件，即可满足工作需求。而且电子开关装置为多个双开断单元串联组件组成，可根据需求控制电子开关装置的体积，单元组件结构简单，降低了维修的难度。

Description

一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置

技术领域

本实用新型涉及柔性直流负荷电流开断技术领域，具体涉及一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置。

背景技术

直流负荷开关是直流配电系统的重要开关元件，保证直流负荷的可靠投切，由于直流电流无自然过零点，直流系统的短路电流开断相比于交流开断更为困难，其开断技术也是制约直流配电系统发展和推广的瓶颈问题。

功率半导体电子开关是直流负荷开关的关键部件，它需要承受高电压、大电流，控制电气回路的通断，即控制负荷电流。其质量的优劣及其对成本体积的控制直接影响直流负荷开关的性能。由于单颗功率开关器件的工作电压/电流水平有限，需要根据实际应用场合进行合理的串并联组合，且需要对电子开关的结构及工艺进行针对性的设计。

基于压接封装功率开关器件的压接式电子开关，其具有开断速度快、限流能力强、开断电流无电弧等优点。但这类断路器的性能主要受制于半导体器件，使得结构复杂体积大进而导致检修困难。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，包括：高频隔离线圈，所述高频隔离线圈与高频驱动电源电连接；高频隔离线圈耦合连接双开断单元串联组件，所述双开断单元串联组件设置有N个，N大于等于1，每个双开断单元串联组件可独立实现双向通流，N个所述双开断单元串联组件串联连接。

采用上述实现方式，每个双开断单元串联组件可独立实现双向通流，根据工作电压和电流需要选择合适数量的双开断单元串联组件，即可满足工作需求。而且电子开关装置为多个双开断单元串联组件组成，可根据需求控制电子开关装置的体积，单元组件结构简单，降低了维修的难度。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述双开断单元串联组件包括第一开断单元和第二开断单元，所述第一开断单元和所述第二开断单元串联连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，对应所述第一开断单元和第二开断单元分别设置有驱动模块，所述开断单元的驱动端与相应的驱动模块电连接，所述驱动模块与所述高频隔离线圈耦合连接。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述驱动模块上设置有磁环，通过所述磁环与所述高频隔离线圈耦合连接。各基本开断单元的驱动模块取电采用磁环取能方式，各磁环通过与高频隔离线圈的耦合获取能量，为相应单元的驱动供电，解决高电位取能和高压电气隔离问题。

结合第一方面第一至三种任一可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述第一开断单元和第二开断单元分别设置在公共散热组件的两侧，成轴对称布置方式，所述第一开断单元和第二开断单元通过公共散热组件电连接。双开断单元串联组件采用背靠背串联结构，公共散热组件组件同时实现固定支撑、连接通流、散热三重功能，有效减小因单元件连接而造成的额外体积。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，对应所述第一开断单元和第二开断单元分别设置有缓冲保护组件，所述缓冲保护组件分别设置在所述公共散热组件的两端。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述开断单元包括反向串联连接的第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和第二IGBT反向串联组成双向通流支路，所述第一IGBT和第二IGBT共发射极连接，所述第一IGBT和第二IGBT的基极短接与所述驱动模块电连接。模块式IGBT的内置共发射极芯片呈内部反串联结构，仅需一颗芯片即可实现单元回路的双向通流。通断控制采用单一驱动方式同时驱动，确保双向操作的一致性。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述第一IGBT和第二IGBT分别并联连接一个二极管，所述第一IGBT的发射极与第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极与所述第一IGBT的集电极电连接；所述第二IGBT的发射极与第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的负极与所述第二IGBT的集电极电连接。

结合第一方面第六或七种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述开断单元还包括与所述双向通流支路并联连接的缓冲支路和保护支路。

结合第一方面第八种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述缓冲支路包括放电电阻和缓冲电容，所述放电电阻的第一端与所述第一IGBT的集电极电连接，所述放电电阻的第二端与缓冲电容的第一端电连接，所述缓冲电容的第二端与所述第二IGBT的集电极电连接；所述保护支路包括避雷器，所述避雷器两端分别与所述第一IGBT的集电极和所述第二IGBT的集电极电连接。RC缓冲支路和避雷器降低开断过程中的电压应力，同时保证开断单元的动/静态均压，确保功率开关器件的工作安全。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种双开断单元串联组件的电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种双开断单元串联组件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的开断单元的电路结构示意图；

图1-4中，符号表示为：

1-高频隔离线圈，2-高频驱动电源，3-双开断单元串联组件，4-第一开断单元，5-第二开断单元，6-驱动模块，7-磁环，8-公共散热组件，9-缓冲保护组件，TX1-第一IGBT，TX2-第二IGBT，D1-第一二极管，D2-第一二极管，R-放电电阻，C-缓冲电容，MOV-避雷器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

参见图1，本实用新型实施例提供的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置包括：高频隔离线圈1，所述高频隔离线圈1与高频驱动电源2电连接；高频隔离线圈1耦合连接双开断单元串联组件3，所述双开断单元串联组件3设置有N个，N大于等于1，每个双开断单元串联组件3可独立实现双向通流，N个所述双开断单元串联组件3串联连接。

每个双开断单元串联组件3可独立实现双向通流，根据工作电压和电流需要选择合适数量的双开断单元串联组件3，即可满足工作需求。而且电子开关装置为多个双开断单元串联组件3组成，可根据需求控制电子开关装置的体积，单元组件结构简单，降低了维修的难度。

参见图2，所述双开断单元串联组件3包括第一开断单元4和第二开断单元5，所述第一开断单元4和所述第二开断单元5串联连接。对应所述第一开断单元4和第二开断单元5分别设置有驱动模块6，所述开断单元的驱动端与相应的驱动模块6电连接，所述驱动模块6与所述高频隔离线圈1耦合连接。

本实施例中，所述驱动模块6上设置有磁环7，通过所述磁环7与所述高频隔离线圈1耦合连接。各基本开断单元的驱动模块6取电采用磁环7取能方式，各磁环7通过与高频隔离线圈1的耦合获取能量，为相应单元的驱动供电，解决高电位取能和高压电气隔离问题。

参见图3，所述第一开断单元4和第二开断单元5分别设置在公共散热组件8的两侧，成轴对称布置方式，所述第一开断单元4和第二开断单元5通过公共散热组件8电连接。双开断单元串联组件3采用背靠背串联结构，公共散热组件8组件同时实现固定支撑、连接通流、散热三重功能，有效减小因单元件连接而造成的额外体积。对应所述第一开断单元4和第二开断单元5分别设置有缓冲保护组件9，所述缓冲保护组件9分别设置在所述公共散热组件8的两端。

参见图4，所述开断单元包括反向串联连接的第一IGBT TX1和第二IGBT TX2，所述第一IGBT TX1和第二IGBT TX2反向串联组成双向通流支路，所述第一IGBT TX1和第二IGBTTX2共发射极连接，所述第一IGBT TX1和第二IGBT TX2的基极短接与所述驱动模块6电连接。模块式IGBT的内置共发射极芯片呈内部反串联结构，仅需一颗芯片即可实现单元回路的双向通流。通断控制采用单一驱动方式同时驱动，确保双向操作的一致性。

所述第一IGBT TX1和第二IGBT TX2分别并联连接一个二极管，所述第一IGBT TX1的发射极与第一二极管D1的正极电连接，所述第一二极管D1的负极与所述第一IGBT TX1的集电极电连接；所述第二IGBT TX2的发射极与第二二极管D2的正极电连接，所述第二二极管D2的负极与所述第二IGBT TX2的集电极电连接。

所述开断单元还包括与所述双向通流支路并联连接的缓冲支路和保护支路。所述缓冲支路包括放电电阻R和缓冲电容C，所述放电电阻R的第一端与所述第一IGBT TX1的集电极电连接，所述放电电阻R的第二端与缓冲电容C的第一端电连接，所述缓冲电容C的第二端与所述第二IGBT TX2的集电极电连接；所述保护支路包括避雷器MOV，所述避雷器MOV两端分别与所述第一IGBT TX1的集电极和所述第二IGBT TX2的集电极电连接。RC缓冲支路和避雷器MOV降低开断过程中的电压应力，同时保证开断单元的动/静态均压，确保功率开关器件的工作安全

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，包括：高频隔离线圈，所述高频隔离线圈与高频驱动电源电连接；高频隔离线圈耦合连接双开断单元串联组件，所述双开断单元串联组件设置有N个，N大于等于1，每个双开断单元串联组件可独立实现双向通流，N个所述双开断单元串联组件串联连接。

2.根据权利要求1所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述双开断单元串联组件包括第一开断单元和第二开断单元，所述第一开断单元和所述第二开断单元串联连接。

3.根据权利要求2所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，对应所述第一开断单元和第二开断单元分别设置有驱动模块，所述开断单元的驱动端与相应的驱动模块电连接，所述驱动模块与所述高频隔离线圈耦合连接。

4.根据权利要求3所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述驱动模块上设置有磁环，通过所述磁环与所述高频隔离线圈耦合连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述第一开断单元和第二开断单元分别设置在公共散热组件的两侧，成轴对称布置方式，所述第一开断单元和第二开断单元通过公共散热组件电连接。

6.根据权利要求5所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，对应所述第一开断单元和第二开断单元分别设置有缓冲保护组件，所述缓冲保护组件分别设置在所述公共散热组件的两端。

7.根据权利要求3所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述开断单元包括反向串联连接的第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和第二IGBT反向串联组成双向通流支路，所述第一IGBT和第二IGBT共发射极连接，所述第一IGBT和第二IGBT的基极短接与所述驱动模块电连接。

8.根据权利要求7所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述第一IGBT和第二IGBT分别并联连接一个二极管，所述第一IGBT的发射极与第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极与所述第一IGBT的集电极电连接；所述第二IGBT的发射极与第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的负极与所述第二IGBT的集电极电连接。

9.根据权利要求7或8所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述开断单元还包括与所述双向通流支路并联连接的缓冲支路和保护支路。

10.根据权利要求9所述的基于模块IGBT的内联双向电子开关装置，其特征在于，所述缓冲支路包括放电电阻和缓冲电容，所述放电电阻的第一端与所述第一IGBT的集电极电连接，所述放电电阻的第二端与缓冲电容的第一端电连接，所述缓冲电容的第二端与所述第二IGBT的集电极电连接；所述保护支路包括避雷器，所述避雷器两端分别与所述第一IGBT的集电极和所述第二IGBT的集电极电连接。

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