本發明專利技術提供一種基于焊接型IGBT與壓接型二極管反并聯結構的換流單元，包括IGBT模塊和電容，所述IGBT模塊包括反并聯的焊接型IGBT和壓接型二極管，所述IGBT模塊與所述電容并聯。本發明專利技術提供的一種基于焊接型IGBT與壓接型二極管反并聯結構的換流單元，包括焊接型IGBT和壓接型二極管，在包含多個串聯的換流單元的換流器中，故障的換流單元可以轉化為短路失效模式，保證整個IGBT閥的安全工作。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電カ電子半導體器件應用領域，具體講涉及一種基于焊接型IGBT與壓接型ニ極管反并聯結構的換流単元。
技術介紹
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)是 20 世紀80年代中期出現的ー種半導體電カ開關器件，它的輸入控制部分為金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor),輸出級為雙極結型晶體管，兼有MOSFET和電カ晶體管的優點高輸入阻抗，電壓控制，驅動功率小，開關速度快，工作頻率可達10 40kHz，飽和壓降低，電壓電流容量較大，安全工作區寬，但 單個IGBT的電壓、電流允許值很難再提高，為了應用于高電壓、大功率的領域，可以采用模塊化多電平和H橋級聯多電平的方法。模塊化多電平技術和H橋級聯多電平技術均為ー種多電平換流器技木，每相橋臂采用多個電氣、結構和功能相同的子単元串聯而成，并且將直流側支撐電容分散集成到單個子單元中，每個子単元包含ー個直流電源(一般為直流儲能電容)，單個子単元主功率開關管的不同開關組合具備類似于單刀雙擲開關的功能，不同開關組合與直流電源相互配合，從而形成了具有兩種電平輸出的“可控電壓源”，H橋級聯技術區別模塊化多電平技術在于H橋級聯技術沒有直流母線。傳統模塊化多電平技術和H橋級聯多電平技術的子換流單元受到IGBT器件額定電壓的限制，難以進ー步提高電壓，需要通過引入IGBT串聯以提高子模塊的電壓與容量，同時各個換流單元間會產生電壓不平衡的情況，而高電壓、大功率的應用領域決定了一旦出現嚴重的電壓不平衡，IGBT將不可避免的出現失效甚至爆炸，而IGBT出現斷路實現或者發生爆炸后，又會損壞這些大功率電カ電子裝置，造成嚴重的損失。目前半導體器件的封裝形式主要有焊接型和平板壓接型兩種，焊接型具有體積小，安裝方便，結構簡單等優點，但器件只能單面散熱，要求地板既要絕緣又要導熱性能好，其失效形式為斷路形式，平板壓接型結構是將器件和雙面散熱器緊固在一起，散熱器既作散熱又作電極之用，散熱性能好，器件工作安全可靠，失效模式為短路形式。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述缺陷，本專利技術的目的是提供一種基于焊接型IGBT與壓接型ニ極管反并聯結構的換流単元，焊接型IGBT出現斷路故障吋，故障的IGBT為短路失效形式，不影響整個IGBT串聯結構的工作，此外，反并聯ニ極管耐壓值應當稍低于IGBT耐壓值，當焊接型IGBT出現電壓超出正常工作電壓的異常エ況時，壓接型ニ極管會過壓擊穿，形成短路失效，保護該IGBT不至于損壞，采用本結構可以省去傳統換流単元必需的保護用晶閘管。本專利技術提供的一種換流単元包括=IGBT模塊和電容，所述IGBT模塊包括反并聯的焊接型IGBT和壓接型ニ極管，所述IGBT模塊與所述電容并聯。本專利技術提供的第一優選技術方案中所述IGBT模塊包括半橋結構，所述半橋結構包括一個橋臂，橋臂包括上下兩個反并聯的焊接型IGBT和壓接型ニ極管。本專利技術提供的第二優選技術方案中所述IGBT模塊包括H橋結構，所述H橋結構包括対稱的兩個橋臂，每個橋臂包括上下兩個反并聯的焊接型IGBT和壓接型ニ極管。本專利技術提供的第三優選技術方案中所述壓接型ニ極管通過平板壓接的封裝形式封裝進散熱器里，所述焊接型IGBT的集電極與發射極固定在所述散熱器兩端。本專利技術提供的第四優選技術方案中所述壓接型ニ極管通過20KN-80KN強カ壓接與散熱器壓合。本專利技術提供的第五優選技術方案中所述壓接型ニ極管為壓接型碳化硅ニ極管。 本專利技術提供的第六優選技術方案中所述壓接型ニ極管的耐壓值低于IGBT耐壓值。本專利技術提供的第七優選技術方案中提供一種模塊化多電平結構電壓源換流器，一端連接高壓直流輸電的直流網絡側(I)，另一端連接三相交流網絡側(2)，所述模塊化多電平結構電壓源換流器包括三相支路，每相支路包括串聯的半橋結構IGBT模塊的換流單J Li ο本專利技術提供的第八優選技術方案中提供ー種H橋級聯多電平結構電壓源換流器，一端連接三相中性點，另一端連接三相交流網絡側，所述模塊化多電平結構電壓源換流器包括三相支路，每相支路包括串聯的H橋結構IGBT模塊與電容并聯的換流単元。附圖說明圖I是本專利技術實施例提供的一種模塊化多電平換流單元結構框圖；圖2是本專利技術實施例提供的ー種H橋級聯型多電平換流單元結構框圖；圖3是本專利技術實施例提供的一種模塊化多電平電壓源換流器結構框圖；圖4是本專利技術實施例提供的ー種H橋級聯型電壓源換流器結構框圖。圖中1、直流網絡側2、三相交流網絡側3、換流單元4、開關器件5、電容。具體實施例方式本專利技術提供的ー種換流單元，包括并聯的IGBT模塊與電容，該IGBT模塊包括焊接型IGBT和壓接型ニ極管。為了達到較好的保護效果，壓接型ニ極管的額定耐壓可以稍低于焊接型IGBT額定耐壓值。進ー步的，該壓接型ニ極管為壓接型SiC(碳化硅)ニ極管。實施例一本專利技術提供的實施例一為ー種模塊化多電平換流單元，具體結構示意圖如圖I所示，由圖I可以看出，本實施例提供的一種模塊化多電平換流單元包括并聯的IGBT模塊與電容，本實施例提供的IGBT模塊結構為半橋型，橋臂包括上下兩個反并聯的焊接型IGBT和壓接型ニ極管。壓接型ニ極管通過平板壓接的散熱器形式連接到IGBT，平板壓接式結構主要是將器件和雙面散熱器緊固在一起，散熱器既作散熱又作電極之用，壓接型ニ極管通過平板壓接的方式反并聯于其相應的焊接型IGBT的集電極C和發射極E之間。本實施例提供的一種模塊化多電平換流單元由兩組相互獨立的IGBT、ニ極管和ー個電容組成，換流單元中的一只IGBT損壞后，此換流単元的電容電壓將不斷升高，進而導致IGBT反并聯的平板壓接式ニ極管擊穿，并進入短路失效模式，使得該換流単元短路。若換流單元中一只IGBT出現エ作電壓超出正常工作電壓的異常エ況時，由于反并聯ニ極管耐壓值稍低于IGBT耐壓值，壓接型ニ極管會過壓擊穿，形成短路失效，保護該IGBT不至于損壞，該換流単元短路。因此，采用本結構可以省去傳統換流単元必需的保護用晶閘管。實施例ニ 本專利技術提供的實施例ニ為ー種H橋級聯型多電平換流單元，具體結構如圖2所示，由圖2可以看出，本實施例提供的ー種H橋級聯型多電平換流単元包括并聯的IGBT模塊和電容，本實施例提供的IGBT模塊結構為H橋型，每個橋臂包括上下兩個反并聯的焊接型IGBT和壓接型ニ極管。壓接型ニ極管通過平板壓接的散熱器形式連接到IGBT，平板壓接式結構主要是將 器件和雙面散熱器緊固在一起，散熱器既作散熱又作電極之用，壓接型ニ極管通過平板壓接的方式反并聯于其相應的焊接型IGBT的集電極C和發射極E之間。本實施例提供的一種模塊化多電平換流單元由四組相互獨立的IGBT、ニ極管和ー個電容組成，換流單元中的一只IGBT損壞后，該換流単元的電容電壓將不斷升高，進而導致IGBT反并聯的平板壓接式ニ極管擊穿，并進入短路失效模式，使得該換流単元短路。若換流單元中一只IGBT出現エ作電壓超出正常工作電壓的異常エ況時，由于反并聯ニ極管耐壓值稍低于IGBT耐壓值，壓接型ニ極管會過壓擊穿，形成短路失效，保護該IGBT不至于損壞，該換流単元短路。因此，采用本結構可以省去傳統換本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種換流單元，包括IGBT模塊和電容，其特征在于：所述IGBT模塊包括反并聯的焊接型IGBT和壓接型二極管；所述IGBT模塊與所述電容并聯。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳銳，溫家良，韓健，陳中圓，蔚泉清，賈娜，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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