CN107592103A - 一种微秒级电子开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微秒级电子开关装置，包括两个IGBT、两个二极管、五个散热板、两个压装板、吸收电容和直流母线电容组，最终实现微秒级关断。本发明不仅能够实现微秒级保护，且保护的电流等级较高，能够达到测试过程中流过器件电流的等级，且本发明能够实现保护开关关断时过电压较低，且均压性能好，输出电压和输出电流能够提高到所需求的范围。本发明不仅节省了成本，还降低了寄生电感的感值。本发明设置二极管以及吸收电容，避免出现过电压击穿器件的可能，且通过均压电阻的静态分压实现电压均衡。

Description

一种微秒级电子开关装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种微秒级电子开关装置。
背景技术
电子开关的硬件核心部件是电力电子器件，电力电子器件的通断时间为微秒级甚至纳秒级，远低于机械开关的固有延时时间。根据电子开关所电力电子器件的类型，电子开关可分为半控型电子开关和全控型电子开关。其中半控型电子开关所用的器件一般是晶闸管，全控型电子开关的主电路所用器件一般是IGBT。目前，实际投入使用的电子开关，无论是全控型电力电子器件还是半控型电力电子器件，均采用单只电力电子器件(半控器件或全控器件)配以缓冲吸收电气拓扑，其结构比较简单，控制也比较容易。
但是由于IGBT在大电流测试过程中，非常容易损坏，采用IGBT的全控型电子开关虽然理论上能实现微秒级保护，但能保护的电流等级较低，还达不到测试过程中流过器件电流的等级，且现有技术中采用IGBT的全控型电子开关在使用过程中可能会损坏，不仅起不到保护作用，还可能损坏附近器件。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供的一种微秒级电子开关装置设有第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板、第二压装板、吸收电容和直流母线电容组；其中第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板和第二压装板从上到下依次排列，且通过压装螺杆固定，第一散热板与第二散热板之间、第二散热板与第三散热板之间分别压装IGBT1和IGBT2，第三散热板与第四散热板之间、第四散热板与第五散热板之间分别压装二极管D1和二极管D2；吸收电容通过吸收电容用叠层母排连接第一散热板和第二散热板，直流母线电容组通过直流母线电容用叠层母排连接第一散热板和第五散热板，最终实现微秒级关断。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种微秒级电子开关装置，包括第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板、第二压装板、吸收电容和直流母线电容组；
所述第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板和第二压装板从上到下依次排列，且通过压装螺杆固定，所述第一散热板与第二散热板之间、第二散热板与第三散热板之间分别压装IGBT1和IGBT2，所述第三散热板与第四散热板之间、第四散热板与第五散热板之间分别压装二极管D1和二极管D2；所述吸收电容通过吸收电容用叠层母排连接第一散热板和第二散热板，所述直流母线电容组通过直流母线电容用叠层母排连接第一散热板和第五散热板。
所述吸收电容包括吸收电容C1、吸收电容C2、吸收电容C3和吸收电容C4；
所述吸收电容用叠层母排包括第一叠层母排和第二叠层母排。
所述第一叠层母排第一侧的正极端连接第一散热板，其第一侧的负极端连接第二散热板；所述第一叠层母排第二侧的正极端连接吸收电容C1的正极和吸收电容C2的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C1的负极和吸收电容C2的负极。
所述第二叠层母排第一侧的正极端连接第二散热板，其第一侧的负极端连接第三散热板；所述第二叠层母排第二侧的正极端连接吸收电容C3的正极和吸收电容C4的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C3的负极和吸收电容C4的负极。
所述装置还包括均压电阻R1、均压电阻R2、均压电阻R3和均压电阻R4；
所述吸收电容C1和吸收电容C2均与均压电阻R1并联；
所述吸收电容C3和吸收电容C4均与均压电阻R2并联；
所述均压电阻R3与二极管D1并联，所述均压电阻R4与二极管D2并联。
所述直流母线电容组包括N个直流母线电容；
所述直流母线电容用叠层母排第一侧的正极端连接第一散热板，其第一侧的负极端连接第五散热板；所述直流母线电容用叠层母排第二侧正极端连接N个直流母线电容的正极，其第二侧的负极端连接N个直流母线电容的负极。
所述IGBT1的集电极朝向第一散热板，其发射极朝向第二散热板；
所述IGBT2的集电极朝向第二散热板，其发射极朝向第三散热板。
所述二极管D1的阳极朝向第四散热板，其阴极朝向第三散热板；
所述二极管D2的阳极朝向第五散热板，其阴极朝向第四散热板。
所述第一散热板与IGBT1之间、所述IGBT1与第二散热板之间、所述第二散热板与IGBT2之间、所述IGBT2与第三散热板之间、所述第三散热板与二极管D1之间、所述二极管D1与第四散热板之间、所述第四散热板与二极管D2之间以及所述二极管D2与第五散热板之间均通过定位销固定。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的微秒级电子开关装置设有第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板、第二压装板、吸收电容和直流母线电容组；其中第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板和第二压装板从上到下依次排列，且通过压装螺杆固定，第一散热板与第二散热板之间、第二散热板与第三散热板之间分别压装IGBT1和IGBT2，第三散热板与第四散热板之间、第四散热板与第五散热板之间分别压装二极管D1和二极管D2；吸收电容通过吸收电容用叠层母排连接第一散热板和第二散热板，直流母线电容组通过直流母线电容用叠层母排连接第一散热板和第五散热板，最终实现微秒级关断；
本发明提供的微秒级电子开关装置设有IGBT1和IGBT2以及二极管D1和二极管D2，不仅能够实现微秒级保护，且保护的电流等级较高，能够达到测试过程中流过器件电流的等级，且因为设有吸收电容所以即可避免损坏IGBT，不仅可以起到保护作用，还避免损坏IGBT附近的器件；
本发明提供的微秒级电子开关装置兼备高电压和大电流的特性，更可用于多种电压等级环境；
本发明提供的微秒级电子开关装置能够实现保护开关关断时过电压较低，且均压性能好，输出电压和输出电流能够提高到所需求的范围；
本发明微秒级电子开关装置将IGBT和二极管都压装在一起，节省了成本，且采用电感值非常低的吸收电容用叠层母排和直流母线电容用叠层母排，降低了寄生电感的感值；
本发明微秒级电子开关装置设有二极管D1、二极管D2以及吸收电容C1、吸收电容C2，吸收电容C3和吸收电容C4，避免出现过电压击穿器件的可能，且通过均压电阻R1、均压电阻R2、均压电阻R3和均压电阻R4的静态分压实现电压均衡。
附图说明
图1是本发明实施例中微秒级电子开关装置电气结构图；
图2是本发明实施例中微秒级电子开关装置物理结构图；
其中，1-IGBT1，2-IGBT2，3-二极管D1，4-二极管D2，5-第一散热板，6-第二散热板，7-第三散热板，8-第四散热板，9-第五散热板，10-压装螺杆，11-第一压装板，12-第二压装板，13-吸收电容C1，14-吸收电容C2，15-吸收电容C3，16-吸收电容C4，17-第一叠层母排，18-第二叠层母排，19-直流母线电容，20-直流母线电容用叠层母排。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种微秒级电子开关装置，该微秒级电子开关装置电气结构图如图1所示，其中设有两个IGBT(IGBT1和IGBT2)、两个二极管(二极管D1和二极管D2)、三个直流母线电容(C7、C8和C9)、4个均压电阻(R1、R2、R3、R4)、吸收电容C5(相当于图2中吸收电容C1和吸收电容C2并联)以及吸收电容C6(相当于图2中吸收电容C3和吸收电容C4并联)。
本发明实施例提供的如图1所示的微秒级电子开关装置电气结构的优势在于：
当微秒级电子开关装置断开时，负载可通过二极管D1和二极管D2续流，以避免在IGBT1和IGBT2上产生过电压。直流母线电容C7、C8和C9和本发明实施例提供的微秒级电子开关装置并联，采用本发明实施例提供的微秒级电子开关装置可以避免前端输入寄生直流电感在电子开关关断时所产生的过电压。寄生电感L1和寄生电感L2为直流母线电容C7、C8和C9到微秒级电子开关装置线路的寄生电感。吸收电容C5和吸收电容C6主要用于抑制该微秒级电子开关装置在关断瞬间的电压峰值，4个均压电阻(R1、R2、R3、R4)主要实现IGBT1、IGBT2、二极管D1和二极管V2的静态电压平衡，同时均压电阻R1和均压电阻R2用于实现吸收电容C5和吸收电容C6的放电。本发明实施例提供的微秒级电子开关装置属于正常工作时，长时间导通运行的工作装置，工作时IGBT1、IGBT2一直处于导通状态，直至故障发生时IGBT1、IGBT2在微秒级内关断，以保护前端输入及后端负荷等设备的安全。
本发明实施例提供的微秒级电子开关装置具体物理结构如图2所示，图2中的1表示IGBT1，2表示IGBT2，3表示二极管D1，4表示二极管D2，13表示吸收电容C1，14表示吸收电容C2，15表示吸收电容C3，16表示吸收电容C4，该微秒级电子开关装置主要包括第一压装板11、第一散热板5、第二散热板6、第三散热板7、第四散热板8、第五散热板9、第二压装板12、吸收电容和直流母线电容组；
第一压装板11、第一散热板5、第二散热板6、第三散热板7、第四散热板8、第五散热板9和第二压装板12从上到下依次排列，且通过压装螺杆10固定，第一散热板5与第二散热板6之间、第二散热板6与第三散热板7之间分别压装IGBT1和IGBT2，第三散热板7与第四散热板8之间、第四散热板8与第五散热板9之间分别压装二极管D1和二极管D2；吸收电容通过吸收电容用叠层母排连接第一散热板5和第二散热板6，直流母线电容组通过直流母线电容用叠层母排20连接第一散热板5和第五散热板9。
上述的吸收电容包括吸收电容C1、吸收电容C2、吸收电容C3和吸收电容C4；
上述的吸收电容用叠层母排包括第一叠层母排17和第二叠层母排18。
其中第一叠层母排17第一侧的正极端连接第一散热板5，其第一侧的负极端连接第二散热板6；第一叠层母排17第二侧的正极端连接吸收电容C1的正极和吸收电容C2的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C1的负极和吸收电容C2的负极。
其中第二叠层母排18第一侧的正极端连接第二散热板6，其第一侧的负极端连接第三散热板7；第二叠层母排18第二侧的正极端连接吸收电容C3的正极和吸收电容C4的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C3的负极和吸收电容C4的负极。
本发明提供的微秒级电子开关装置还包括4个均压电阻，分别为均压电阻R1、均压电阻R2、均压电阻R3和均压电阻R4；
上述的吸收电容C1和吸收电容C2均与均压电阻R1并联；
上述的吸收电容C3和吸收电容C4均与均压电阻R2并联；
且上述的均压电阻R3与二极管D1并联，均压电阻R4与二极管D2并联。
直流母线电容组包括3个直流母线电容19；
直流母线电容用叠层母排20第一侧的正极端连接第一散热板5，其第一侧的负极端连接第五散热板9；直流母线电容用叠层母排20第二侧正极端连接N个直流母线电容19的正极，其第二侧的负极端连接N个直流母线电容19的负极。
两个IGBT的方向具体如下：
其中IGBT1的集电极朝向第一散热板5，其发射极朝向第二散热板6；
其中IGBT2的集电极朝向第二散热板6，其发射极朝向第三散热板7。
两个二极管的方向具体如下：
其中二极管D1的阳极朝向第四散热板8，其阴极朝向第三散热板7；
其中二极管D2的阳极朝向第五散热板9，其阴极朝向第四散热板8。
上述第一散热板5与IGBT1之间、IGBT1与第二散热板6之间、第二散热板6与IGBT2之间、IGBT2与第三散热板7之间、第三散热板7与二极管D1之间、二极管D1与第四散热板8之间、第四散热板8与二极管D2之间以及二极管D2与第五散热板9之间均通过定位销固定。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微秒级电子开关装置，其特征在于，包括第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板、第二压装板、吸收电容和直流母线电容组；
所述第一压装板、第一散热板、第二散热板、第三散热板、第四散热板、第五散热板和第二压装板从上到下依次排列，且通过压装螺杆固定，所述第一散热板与第二散热板之间、第二散热板与第三散热板之间分别压装IGBT1和IGBT2，所述第三散热板与第四散热板之间、第四散热板与第五散热板之间分别压装二极管D1和二极管D2；所述吸收电容通过吸收电容用叠层母排连接第一散热板和第二散热板，所述直流母线电容组通过直流母线电容用叠层母排连接第一散热板和第五散热板。
2.根据权利要求1所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述吸收电容包括吸收电容C1、吸收电容C2、吸收电容C3和吸收电容C4；
所述吸收电容用叠层母排包括第一叠层母排和第二叠层母排。
3.根据权利要求2所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述第一叠层母排第一侧的正极端连接第一散热板，其第一侧的负极端连接第二散热板；所述第一叠层母排第二侧的正极端连接吸收电容C1的正极和吸收电容C2的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C1的负极和吸收电容C2的负极。
4.根据权利要求3所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述第二叠层母排第一侧的正极端连接第二散热板，其第一侧的负极端连接第三散热板；所述第二叠层母排第二侧的正极端连接吸收电容C3的正极和吸收电容C4的正极，其第二侧的负极端连接吸收电容C3的负极和吸收电容C4的负极。
5.根据权利要求2所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述装置还包括均压电阻R1、均压电阻R2、均压电阻R3和均压电阻R4；
所述吸收电容C1和吸收电容C2均与均压电阻R1并联；
所述吸收电容C3和吸收电容C4均与均压电阻R2并联；
所述均压电阻R3与二极管D1并联，所述均压电阻R4与二极管D2并联。
6.根据权利要求1所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述直流母线电容组包括N个直流母线电容；
所述直流母线电容用叠层母排第一侧的正极端连接第一散热板，其第一侧的负极端连接第五散热板；所述直流母线电容用叠层母排第二侧正极端连接N个直流母线电容的正极，其第二侧的负极端连接N个直流母线电容的负极。
7.根据权利要求1所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述IGBT1的集电极朝向第一散热板，其发射极朝向第二散热板；
所述IGBT2的集电极朝向第二散热板，其发射极朝向第三散热板。
8.根据权利要求1所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述二极管D1的阳极朝向第四散热板，其阴极朝向第三散热板；
所述二极管D2的阳极朝向第五散热板，其阴极朝向第四散热板。
9.根据权利要求1所述的微秒级电子开关装置，其特征在于，所述第一散热板与IGBT1之间、所述IGBT1与第二散热板之间、所述第二散热板与IGBT2之间、所述IGBT2与第三散热板之间、所述第三散热板与二极管D1之间、所述二极管D1与第四散热板之间、所述第四散热板与二极管D2之间以及所述二极管D2与第五散热板之间均通过定位销固定。
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