[实用新型]双向H桥IGBT固态断路器

说明书

本实用新型涉及一种过流能力强的双向H桥IGBT固态断路器，包括四条二极管支路L1、L2、L3、L4，所述二极管支路L1、二极管支路L2以相同导通方向相接从而形成支路J1，所述二极管支路L3、二极管支路L4以相同导通方向相接从而形成支路J2，所述支路J1、支路J2反向并联；还包括IGBT集群，所述IGBT集群具有多只相互连接的IGBT器件，所述IGBT集群的一端连接至支路J1、支路J2之间的其中一个接点，所述IGBT集群的另一端连接至支路J1、支路J2之间的另一个接点。本实用新型的双向H桥IGBT固态断路器具有过流能力强，断路器的效率高，电流分断能力强，开关元件少，保护时间短的特点，可实现100us内的微秒级可靠关断。

技术领域

本实用新型涉及直流电网故障保护领域，尤其涉及一种双向H桥IGBT固态断路器。

背景技术

区别于传统的交流电网，直流电网在发生短路时，由于没有电压过零点，常规断路器无法瞬间关断直流大电流，进行故障保护，因而双向直流固态断路器应运而生，正在发展中的直流电网，尤其是船舶的综合电力系统离不开高压大功率能快速关断的双向直流固态断路器的应用。

近几年，国内外开发成功的双向直流固态断路器多为混合式断路器，关断时间一般在3毫秒以上，难以满足大型船舶直流电网需要微秒级快速关断的短路故障保护要求。尤其是针对特殊用途的船舶，其直流电网电压上升到10kV以上后，对直流断路器的快速关断和系统可靠性提出了更高的要求。由于目前市场上尚不具备该类产品，国内外开始研究开发这种微秒级快速关断型固态断路器。

实用新型内容

本实用新型出于安全考虑，旨在提供一种整机过流能力强的双向直流固态断路器，用于实现100us内的可靠关断。

本实用新型的技术研发思路如下所示：

目前，现有技术中对双向直流固态断路器主要有半控器件型结构、全控器件H桥式结构、全控器件反并联结构、全控器件反串联结构四种方案，电气拓扑具体为：

(1)半控器件型结构

见图1，半控器件型结构的核心为反向并联的半控器件，如图中所示两条可控硅支路，当能量正向流动时，开通正向串联的可控硅Ty1，能量正向流动，如果能量需要反向流动，关掉Ty1，开通Ty2，能量即可反向流动。

(2)全控器件H桥式结构

见图2，全控器件H桥式结构需要四组二极管组件及一组全控器件实现双向通流及分断，其中，二极管组件D1、全控器件T1以及二极管组件D4实现正向通流回路，而二极管组件D3、全控器件T1以及二极管组件D2实现反向通流回路。

(3)全控器件反并联结构

见图3，全控器件反并联结构需要两组二极管组件及两组全控器件实现双向通流及分断，其中，正向通流时，开通全控器件T1以及二极管组件D1，此时全控器件T2关断，反向通流时，开通全控器件T2以及二极管组件D2，此时全控器件T1关断。

(4)全控器件反串联结构

见图4，全控器件反串联结构需要两组二极管组件及两组全控器件，正向通流时，开通全控器件T1以及二极管组件D2，此时全控器件T2关断；反向通流时，开通全控器件T2以及二极管组件D1，此时全控器件T1关断。

上述四种方案中，若采用半控器件型结构来制作10KV/5KA双向直流固态断路器，其最大技术瓶颈在于主回路采用的是半控器件，即晶闸管，因而难以保证主回路在100us内可靠关断，具体理由如下：