[实用新型]一种供电触发一体化的串联高压开关模块

说明书

本实用新型公开了一种供电触发一体化的串联高压开关模块，包括IGBT及其附属电路、磁芯和逻辑选择电路；所述磁芯上绕制3组绕组，包括模块输入绕组、上级输出绕组和下级输入绕组；模块输入绕组接入IGBT及其附属电路和逻辑选择电路，上级输出绕组和下级输入绕组分别作为输入和输出与相邻模块的磁芯的绕组以手拉手方式连接；当高频方波发生电路输出重复低幅值方波时，每级模块以供电模式工作；当高频方波发生电路输出单次高幅值方波时，每级模块以触发模式工作。本实用新型将多个IGBT模块上的磁芯以多绕组方式级联，同时实现多个IGBT开关单元的供电及同步触发功能的一体化，解决高压IGBT串联时高压部分与其附属供电及触发电路自然隔离的难题。

技术领域

本实用新型涉及电力电子开关，尤其涉及一种供电触发一体化的串联高压开关模块。

背景技术

电力电子技术随着功率半导体器件性能的提高以及制造成本的下降在民用及军事等诸多领域得到了广泛应用。目前IGBT、MOSFET等全控功率器件的最高耐压及通流能力水平达到了10kV、200A。这种半导体器件完全能够满足普通的工业应用需求。然而，在涉及大电流、高电压、高功率的高新技术领域，这些功率器件的单体耐压及通流能力已经不能满足相应的需求。比如，在电力工业，大功率高压电力电子变压器通常需要电压30kV电流2000A以上的输出；在高端测试仪器和设备领域，先进的医用X射线发生器上需要产生数百千伏(kV)高稳定的高压，用于电力电缆耐压及局部放电诊断测试的高压超低频及振荡波发生器需要输出数百千伏(kV)的0.1Hz正弦波、0.1Hz余弦方波、30-300Hz的衰减振荡波；在高功率脉冲领域，需要输出功率达数百兆瓦(MW)的快速高电压大电流。

鉴于单体器件性能水平有限，通过多个IGBT、MOSFET器件的串并联来实现高压大电流产生。在串联使用中，需要解决为处于数百千伏(kV)电位的单个IGBT触发及控制电路的供电以及触发信号的传递等问题。当前，大多采用高绝缘隔离变压器、少数直接采用独立电池来为控制电路供电，采用光纤来传递触发信号。然而，高绝缘隔离变压器绝缘要求高，通常体积大、重量大，制造成本也高，而光纤传递触发信号的采用涉及光电、电光转换等外围电路，也增加了系统的复杂性和制造成本以及运行维护的难度。

因此，设计和制造高电压大电流的电子开关时，高效、可靠、具有模块化可拓展等特点的隔离供电及触发方法实属当前高端电力电子技术研究、设计及应用领域中的一个重要课题。

实用新型内容

发明目的：针对以上问题，本实用新型提出一种供电触发一体化的串联高压开关模块，将多个IGBT模块上的磁芯以多绕组方式级联，同时实现多个IGBT开关单元的供电及同步触发功能的一体化，解决高压IGBT串联时高压部分与其附属供电及触发电路自然隔离的难题。

技术方案：为实现上述设计目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种供电触发一体化的串联高压开关模块，包括若干串联的开关单元和幅值可调的高频方波发生电路，所述开关单元包括IGBT及其附属电路、磁芯和逻辑选择电路；所述磁芯上绕制3组绕组，包括为本级电路供电的模块输入绕组、为上级电路供电的上级输出绕组和从下级电路取电的下级输入绕组；模块输入绕组接入IGBT及其附属电路和逻辑选择电路，上级输出绕组和下级输入绕组分别作为输入和输出与相邻模块的磁芯的绕组以手拉手方式连接；所述高频方波发生电路为第一级模块的下级输入绕组提供幅值可调的高频方波；通过磁芯的耦合传输到每个开关单元；当高频方波发生电路输出重复低幅值方波时，逻辑选择电路判断为供能信号，IGBT关断，每级模块以供电模式工作；当高频方波发生电路输出单次高幅值方波时，逻辑选择电路判断为触发信号，IGBT导通，每级模块以触发模式工作。

进一步地，IGBT及其附属电路包括整流二极管、储能电容、双电平DC/DC模块、双电平IGBT驱动芯片和IGBT；IGBT及其附属电路接收高频方波，经整流二极管整流后对储能电容供电，储能电容接双电平DC/DC模块，可同时输出两个等级的电压，双电平DC/DC模块接双电平IGBT驱动芯片，用于控制IGBT的导通与关断。