功率電子模塊的制作方法
【專利摘要】在提供高壓直流(HVDC)功率傳輸和無功功率補(bǔ)償?shù)碾妷涸崔D(zhuǎn)換器領(lǐng)域，需要一種改進(jìn)的功率電子模塊，該改進(jìn)的功率電子模塊呈現(xiàn)高效率，提供安全的故障模式，并且可以容錯。本申請?zhí)峁┝艘环N功率電子模塊(30)，用在提供高壓直流功率傳輸和無功功率補(bǔ)償?shù)碾妷涸崔D(zhuǎn)換器的鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器中，該功率電子模塊包括與儲能器件(34)并聯(lián)連接的第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(32)。所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(32)包括第一鎖存開關(guān)元件(38)和第一非鎖存開關(guān)元件(40)。
【專利說明】功率電子模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率電子模塊，用在提供高壓直流(HVDC)功率傳輸和無功功率補(bǔ)償?shù)碾妷涸崔D(zhuǎn)換器的鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器中。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓源轉(zhuǎn)換器通常用于相互連接具有不同功率特性(例如，電壓幅度和頻率)的電網(wǎng)絡(luò)。功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計和結(jié)構(gòu)依賴于所需功率轉(zhuǎn)換的性質(zhì)和所連接的電網(wǎng)絡(luò)的功率需求，這可以基于預(yù)期應(yīng)用的類型和尺寸而顯著地變化。
[0003]功率轉(zhuǎn)換的一個示例是在功率傳輸領(lǐng)域。例如，在HVDC功率傳輸網(wǎng)絡(luò)中，AC電功率通常被轉(zhuǎn)換為用于通過架空線和/或海底電纜進(jìn)行傳輸?shù)闹绷?DC)功率。這種轉(zhuǎn)換意味著不需要對由傳輸線或電纜帶來的AC電容性或電感性負(fù)載效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。這反過來降低了每公里線路和/或電纜的成本，因此當(dāng)功率需要被長距離傳輸時，AC功率到DC功率的轉(zhuǎn)換變得節(jié)省成本。
[0004]AC到DC和DC到AC功率轉(zhuǎn)換通常還用在處于需要將在不同頻率下運(yùn)行的兩個AC網(wǎng)絡(luò)相互連接的環(huán)境中的功率傳輸網(wǎng)絡(luò)中。在AC與DC網(wǎng)絡(luò)之間的每個接口處需要轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)該AC與DC網(wǎng)絡(luò)之間所需的轉(zhuǎn)換。
[0005]上述電壓源轉(zhuǎn)換器包括在其鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器內(nèi)設(shè)置的多個功率電子模塊。每個功率電子模塊包括電壓存儲和/或電壓源，所述電壓存儲和/或電壓源被選擇性地切入和切出該鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器，以改變該鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器兩端產(chǎn)生的電壓。
[0006]常規(guī)功率電子模塊10，例如在DE10103031中所提出的功率電子模塊被示意性地顯示在圖1中。該常規(guī)功率電子模塊10包括在具有DC存儲電容器16的半橋配置中所設(shè)置的第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 12和第二 IGBT14。IGBTsl2和14中的每個IGBT具
有與其相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的第一二極管18和第二二極管20。
[0007]該常規(guī)功率電子模塊10還需要消弧晶閘管22，這是因?yàn)镮GBTsl2和14的電流處理能力弱，并且還需要旁路開關(guān)24，這是因?yàn)镮GBTsl2和14通常不用于開路模式，該開路模式在包括數(shù)以百計串聯(lián)連接并在很高電壓下操作的這種功率電子模塊的轉(zhuǎn)換器中是不安全的。
[0008]在有助于改進(jìn)常規(guī)功率電子模塊10容錯的同時，這種消弧晶閘管22需要占據(jù)相當(dāng)大空間的笨重且龐大的夾持結(jié)構(gòu)(未示出)。
[0009]對諸如機(jī)械或溫度開關(guān)的旁路開關(guān)24的需求增加了該模塊的成本，并產(chǎn)生了本身的可靠性問題。
[0010]此外，IGBTsl2和14及其相關(guān)的二極管18、20具有相對高的導(dǎo)通電壓，并因此產(chǎn)生高傳導(dǎo)損耗，這導(dǎo)致了低電路效率。
[0011]因此，需要一種改進(jìn)的功率電子模塊，該改進(jìn)的功率電子模塊呈現(xiàn)高效率，提供安全的故障模式，并且可以容錯。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種功率電子模塊，用在提供高壓直流功率傳輸和無功功率補(bǔ)償?shù)碾妷涸崔D(zhuǎn)換器的鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器中，該功率電子模塊包括與儲能器件并聯(lián)連接的第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件，所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件包括第一鎖存開關(guān)元件和第一非鎖存開關(guān)元件。
[0013]鎖存開關(guān)元件呈現(xiàn)比非鎖存開關(guān)元件低得多的傳導(dǎo)損耗，因此在所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件中包含第一鎖存開關(guān)元件提高了電路效率。鎖存開關(guān)元件還具有高得多的浪涌電流能力，因此可以更加容錯，并且通常不用于更安全的短路模式。
[0014]同時，當(dāng)通過改變所述非鎖存開關(guān)元件的切換速度來操作該模塊時，包含第一非鎖存開關(guān)元件提供了減緩電壓或電流的步進(jìn)變化的選擇。這種減緩，即限定電流的變化率和/或電壓的變化率提高了所述模塊的可靠性并限制了由模塊產(chǎn)生的電磁干擾。這還避免了在所述模塊中對一個或更多個無源緩沖部件的需要。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件在具有第一輸出端子和第二輸出端子的半橋配置中與所述儲能器件并聯(lián)連接。
[0016]半橋配置在一定程度上上為功率電子模塊提供了所需的功能，同時通過減少所述功率電子模塊中的部件數(shù)量來降低相關(guān)的電壓源轉(zhuǎn)換器的尺寸和成本。
[0017]可選地，所述第一鎖存開關(guān)元件被電連接在所述第一輸出端子與第二輸出端子之間。
[0018]將所述第一鎖存開關(guān)元件以這種方式進(jìn)行設(shè)置意味著在實(shí)際功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，例如HVDC功率傳輸中，所述第一鎖存開關(guān)元件承載大部分電流，并且所述第一鎖存開關(guān)元件的低傳導(dǎo)損耗允許優(yōu)化該模塊產(chǎn)生的損耗。另外，所述第一鎖存開關(guān)元件的短路故障模式避免了對旁路開關(guān)的需要。
[0019]此外，像這樣對第一鎖存開關(guān)元件進(jìn)行定位使得第一非鎖存開關(guān)元件被定位在第二輸出端子與儲能器件之間。這允許最有效地利用其可變的切換速度以減緩電壓或電流的步進(jìn)變化。
[0020]優(yōu)選地，位于所述第一輸出端子與第二輸出端子之間的所述開關(guān)元件利用壓縮封裝構(gòu)成。以這種方式來形成所述開關(guān)元件是有利的，這是因?yàn)槔眠@種封裝構(gòu)成的開關(guān)元件不用于安全的短路電路，因此允許相關(guān)電壓源轉(zhuǎn)換器的非中斷操作。
[0021]本發(fā)明的功率電子模塊可以進(jìn)一步包括第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件，所述第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件包括第二鎖存開關(guān)元件和第二非鎖存開關(guān)元件，并且所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件和第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件在全橋配置中與所述儲能器件并聯(lián)連接。
[0022]在功率傳輸應(yīng)用中，例如HVDC中，包含第二組這種串聯(lián)連接的開關(guān)元件允許所述模塊通過選擇性地將儲能器件切換進(jìn)相應(yīng)電壓源轉(zhuǎn)換器內(nèi)的電路中以產(chǎn)生電壓從而阻止故障電流流經(jīng)轉(zhuǎn)換器來提供一定程度的DC故障阻礙。
[0023]另外，在無功功率應(yīng)用中，全橋配置提供有用的功能，例如靜態(tài)補(bǔ)償器(STATC0M)。
[0024]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一鎖存開關(guān)元件和第二鎖存開關(guān)元件中的每個鎖存開關(guān)元件被電連接到所述儲能器件的同一端子。將所述第一和第二鎖存開關(guān)元件電連接到儲能器件的同一端子使得由所述第一和第二鎖存開關(guān)元件創(chuàng)建的電路路徑能夠限定一旁路路徑，該旁路路徑產(chǎn)生最小的損耗并提供安全的短路路徑。這種旁路路徑在局部部件或系統(tǒng)故障的情況下，能使電壓源轉(zhuǎn)換器非中斷操作。
[0025]可選地，所述第一鎖存開關(guān)元件和第二鎖存開關(guān)元件中的每個鎖存開關(guān)元件被電連接到所述儲能器件的負(fù)端子。與非鎖存器件相比，鎖存開關(guān)元件傾向于需要高得多的門單元功率消耗，因此將鎖存開關(guān)元件以前述方式進(jìn)行連接簡化了對所述開關(guān)元件中的每個元件的供電。
[0026]所述鎖存開關(guān)元件或每個鎖存開關(guān)元件可以是晶閘管型半導(dǎo)體器件或包括晶閘管型半導(dǎo)體器件。
[0027]優(yōu)選地，所述晶閘管型半導(dǎo)體器件從以下各項(xiàng)中選擇:
[0028]集成門極換流晶閘管；
[0029]門極關(guān)斷晶閘管；以及
[0030]門極換流晶閘管。
[0031]這種以低傳導(dǎo)損耗操作的器件具有所需的故障模式，并且可以容錯容忍故障。
[0032]所述非鎖存開關(guān)元件或每個非鎖存開關(guān)元件是晶體管型半導(dǎo)體器件或包括晶體管型半導(dǎo)體器件。
[0033]優(yōu)選地，所述晶體管型半導(dǎo)體器件從以下各項(xiàng)中選擇:
[0034]絕緣柵雙極晶體管；
[0035]雙極晶體管；以及
[0036]場效應(yīng)晶體管。
[0037]這種器件的切換速度可被改變并且這些器件呈現(xiàn)固有的限流效應(yīng)。
[0038]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述鎖存開關(guān)元件或至少一個鎖存開關(guān)元件以及所述非鎖存開關(guān)元件或至少一個非鎖存開關(guān)元件包括與其并聯(lián)連接的反向并聯(lián)二極管。包含這種反向并聯(lián)二極管允許通過在某些功率電子模塊中的反向并聯(lián)二極管以及在電壓源轉(zhuǎn)換器內(nèi)的其他功率電子模塊中的鎖存開關(guān)元件來傳導(dǎo)故障電流，從而允許向連接到轉(zhuǎn)換器的AC網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)雙向短路(S卩，消弧)，以指引電流離開DC網(wǎng)絡(luò)中的故障部位。
[0039]可選地，本發(fā)明的功率電子模塊包括電源單元，所述電源單元被電耦合到所述鎖存開關(guān)元件或每個鎖存開關(guān)元件，所述鎖存開關(guān)元件或每個電源單元以所述儲能器件的負(fù)端子為參照。包含這種以儲能器件的負(fù)端子為參照的電源單元避免了需要通過隔離變壓器對所述鎖存開關(guān)元件或每個鎖存開關(guān)元件進(jìn)行供電。
[0040]所述儲能器件可以是以下各項(xiàng)之一:電容器、燃料電池、光電電池、電池，以及具有相關(guān)濾波器的輔助AC生成器。
[0041]當(dāng)在由于位置和運(yùn)輸困難而使設(shè)備可用性改變的地方需要功率轉(zhuǎn)換的情況下，這種靈活性是有用的。
[0042]可選地，所述功率電子模塊包括檢測器，所述檢測器被設(shè)置成與所述功率電子模塊連接，以檢測所述非鎖存開關(guān)元件或每個非鎖存開關(guān)元件的開路故障。對這種開路故障進(jìn)行檢測允許接通相關(guān)的鎖存開關(guān)元件以提供短路電流路徑，因此允許儲能器件的放電。在此之后，功率電子模塊30能夠繼續(xù)對鎖存開關(guān)元件的柵極驅(qū)動供電，或可替換地，可以引起鎖存開關(guān)元件的有意故障。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種電壓源轉(zhuǎn)換器，所述電壓源轉(zhuǎn)換器包括如上所述的功率電子模塊。如上所述，本發(fā)明的電壓源轉(zhuǎn)換器享有本發(fā)明的功率電子模塊的優(yōu)點(diǎn)。
[0044]所述電壓源轉(zhuǎn)換器可以包括至少一個檢測器，所述檢測器或每個檢測器被配置為檢測與各個非鎖存開關(guān)元件相關(guān)的開路故障，并使所述電壓源轉(zhuǎn)換器建立經(jīng)過一個或更多個鎖存開關(guān)元件的短路路徑。
[0045]這種配置有利于允許所述電壓源轉(zhuǎn)換器在局部部件或系統(tǒng)故障的情況下繼續(xù)操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]現(xiàn)將以非限制性示例的方式，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行簡要的描述，其中:
[0047]圖1示出了常規(guī)的功率電子模塊；
[0048]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的功率電子模塊；
[0049]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的功率電子模塊；
[0050]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器。
【具體實(shí)施方式】
[0051]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的功率電子模塊大體上由附圖標(biāo)記30表
/Jn ο
[0052]模塊30包括第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件32，所述串聯(lián)連接的開關(guān)元件32與電容器36形式的儲能器件34并聯(lián)。
[0053]第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件32包括第一鎖存開關(guān)元件38和第一非鎖存開關(guān)元件40，第一鎖存開關(guān)元件38和第一非鎖存開關(guān)元件40在半橋配置中與儲能器件34連接。
[0054]所述半橋配置具有第一和第二輸出端子42、44。第一輸出端子42被電連接到儲能器件34的負(fù)端子46，而第二輸出端子44被電連接在開關(guān)元件38、40之間。
[0055]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，第一輸出端子42可替代地被電連接到儲能器件34的正端子48，而第二輸出端子44被再次電連接在開關(guān)元件38、40之間。
[0056]第一鎖存開關(guān)元件38是采用第一集成門極換流晶閘管(IGCT) 50形式的晶閘管型半導(dǎo)體器件。第一 IGCT50具有與其并聯(lián)連接的相應(yīng)的第一反向并聯(lián)二極管52。
[0057]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一鎖存開關(guān)元件38還可以是不同的晶閘管型半導(dǎo)體器件，例如，門極關(guān)斷(GTO)晶閘管或門極換流晶閘管(GCT)。
[0058]第一非鎖存開關(guān)元件40是采用第一絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 54形式的晶體管型半導(dǎo)體器件，第一 IGBT54具有與其并聯(lián)連接的第二反向并聯(lián)二極管56。
[0059]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一非鎖存開關(guān)元件40可以是另一形式的晶體管型半導(dǎo)體器件，例如以雙極晶體管或場效應(yīng)晶體管(FET)的形式。
[0060]如圖2所示，第一功率電子模塊30不需要包括消弧晶閘管、旁路開關(guān)或緩沖電路，所述消弧晶閘管、旁路開關(guān)或緩沖電路是如圖1中所示的常規(guī)功率電子模塊所需要的。
[0061]第一 IGCT50被電連接在第一輸出端子42與第二輸出端子44之間,在圖2所不的實(shí)施例中，這意味著第一 IGCT50被電連接到儲能器件34的負(fù)端子46。在這種方式中，第一IGCT50能夠選擇性地使第一模塊30提供零輸出電壓。[0062]第一 IGBT54被電連接到儲能器件34的正端子48，因而能夠選擇性地使第一模塊30提供正輸出電壓。
[0063]在本發(fā)明將第一輸出端子42電連接到儲能器件34的正端子48 (并且第二輸出端子被連接在開關(guān)元件38、40之間)的實(shí)施例(未示出)中，通過將第一 IGCT50連接在第一輸出端子和第二輸出端子42、44之間，第一 IGCT50也被電連接到儲能器件34的正端子48。
[0064]回到圖2中所示的實(shí)施例，位于第一輸出端子與第二輸出端子42、44之間的開關(guān)元件，即第一鎖存開關(guān)元件38是壓縮封裝的開關(guān)元件。
[0065]第一功率電子模塊30還包括電源單元90，該電源單元90被電耦合到第一鎖存開關(guān)元件38，并以儲能器件34的負(fù)端子46為參照。
[0066]另外，第一功率電子模塊30包括設(shè)置為與其連接的檢測器92。檢測器92被配置為檢測非鎖存開關(guān)元件40的開路故障。
[0067]在使用中，第一功率電子模塊30操作如下，具體參照(正如由設(shè)置成與電容器36并聯(lián)的第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件所限定的)半橋中的可能切換，即換流事件中的每個事件，即:⑴第一 IGBT54的接通；(ii)第一 IGBT54的關(guān)斷；(iii)第一 IGCT50的接通；以及(iv)第一 IGCT50的關(guān)斷。
[0068]⑴第一 IGBT的接通
[0069]第一 IGBT54，即第一非鎖存開關(guān)元件40的接通使在第一反向并聯(lián)二極管52中流動的電流快速下降至零。
[0070]第一反向并聯(lián)二極管52只能適應(yīng)有限的電流變化率，即第一反向并聯(lián)二極管52僅具有有限的di/dt能力(例如500Α/μ s)，因而流經(jīng)第一反向并聯(lián)二極管52的電流的變化率通過減慢第一 IGBT54的接通來進(jìn)行控制?？梢詫?shí)現(xiàn)用以減緩第一 IGBT54的接通的一種方法是:在第一 IGBT54的柵極驅(qū)動電路中包含較大的柵極電阻器(未示出)，從而避免需要電抗元件以限制電流變化。
[0071](ii)第一 IGBT 的關(guān)斷
[0072]關(guān)斷第一 IGBT54使已經(jīng)流進(jìn)第一 IGBT54的電流換流到第一反向并聯(lián)二極管52。
[0073]第一反向并聯(lián)二極管52是相對慢的二極管，其具有高的瞬時正向電壓，因此第一IGBT54的關(guān)斷被減慢以降低第一 IGBT54兩端的電壓過沖的風(fēng)險和隨之產(chǎn)生的電壓存儲器件34的劇烈放電。
[0074](iii)第一 IGCT 的接通
[0075]第一 IGCT50，即第一鎖存開關(guān)元件38的接通使第二反向并聯(lián)二極管56中的電流快速下降至零。
[0076]第一 IGCT50的鎖存性質(zhì)意味著它的接通速度不能由門極控制來改變，因而與第一 IGBT54相關(guān)的第二反向并聯(lián)二極管56承受非常高的電流上的換流變化，S卩非常高的di/dt (例如500A/ μ s)。然而，設(shè)計成和IGBT —起使用的反向并聯(lián)二極管56具有高di/dt性能，因此毫無困難地適應(yīng)這種電流上的高換流變化。此外，第一 IGCT50具有非常高的接通di/dt性能，因此不受這種事件破壞。
[0077](iv)第一 IGCT 的關(guān)斷
[0078]關(guān)斷第一 IGCT50使已經(jīng)流進(jìn)第一 IGCT50的電流換流到第二反向并聯(lián)二極管56和電壓存儲器件34，即電容器36。[0079]第二反向并聯(lián)二極管56是快速二極管，如上所述，該二極管能夠承受相應(yīng)的高di/dt0
[0080]另外，由電壓存儲器件34、第二反向并聯(lián)二極管56和第一 IGCT50構(gòu)成的回路具有低電感，使得電壓上的關(guān)斷變化即dv/dt，以及電壓過沖被限制。
[0081]第一 IGCT50或其相關(guān)的第一反向并聯(lián)二極管52的故障將導(dǎo)致經(jīng)過第一模塊30的短路。如果第一 IGBT54此刻導(dǎo)通，那么第一 IGBT54會經(jīng)歷這種故障，即短路，比如，電流的突增，即擊穿。為了有助于消除這種事件，第一 IGBT54(或其他晶閘管型半導(dǎo)體器件)可以額外包括擊穿保護(hù)器(未示出)。當(dāng)檢測到第一 IGBT54的去飽和時，這種保護(hù)器會快速關(guān)斷第一 IGBT54。
[0082]第一 IGBT54或其相關(guān)的第二反向并聯(lián)二極管56的故障將導(dǎo)致經(jīng)過儲能器件34，即電容器36的電流路徑變成開路。為了有助于解決這種故障，第一模塊30包括檢測器92，該檢測器92被配置成檢測所述開路并接通第一 IGCT50來提供短路電流路徑。這樣的步驟允許電容器36的放電,并且在此之后,第一模塊30將繼續(xù)向第一 IGCT50柵極驅(qū)動供電,或可選地，將引起第一 IGCT50的有意故障。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的功率電子模塊70被示意性地顯示在圖3中。第二模塊70享有第一模塊30的多個特征，并且這些共有特征由相同的附圖標(biāo)記來表示。
[0084]除了第一鎖存開關(guān)元件38和第一非鎖存開關(guān)元件40，即第一 IGCT50，第一IGBT54，以及相應(yīng)的第一和第二反向并聯(lián)二極管52、56之外，第二功率電子模塊70包括與儲能器件34并聯(lián)連接的第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件72。
[0085]第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件72包括第二 IGCT76形式的第二鎖存開關(guān)元件74，以及第二 IGBT80形式的第二非鎖存開關(guān)元件78。第二 IGCT76包括與其并聯(lián)連接的第三反向并聯(lián)二極管82，并且第二 IGBT80包括與其并聯(lián)連接的第四反向并聯(lián)二極管84。
[0086]第一組和第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件32、72，即第一和第二 IGCT50、76，第一和第二 IGBT54、80，以及相關(guān)的反向并聯(lián)二極管52、56、82、84在全橋配置中與儲能器件34并聯(lián)連接。
[0087]特別地，第一和第二 IGCT50、76被連接到儲能器件34的同一負(fù)端子46，以限定經(jīng)過第二模塊70的旁路路徑86。
[0088]第二模塊70中的(正如由設(shè)置成與電容器36并聯(lián)的第一組和第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件32、72所限定的)全橋中的每一半以與按照第一模塊30所描述的半橋基本類似的方式起作用。
[0089]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器100。
[0090]電壓源轉(zhuǎn)換器100是三相轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括三個分支102，這些分支中的每個分支對應(yīng)于一個各自的相。每個分支102包括多個第一功率電子模塊30。
[0091]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，該電壓源轉(zhuǎn)換器可以包括少于或多于三個分支。所述分支或每個分支還可以包括一個或更多個第一功率電子模塊30和/或一個或更多個第二功率電子模塊70。
[0092]在檢測到與各個非鎖存的開關(guān)元件40、78相關(guān)的開路故障時，相應(yīng)的檢測器92使電壓源轉(zhuǎn)換器100建立經(jīng)過一個或更多個鎖存開關(guān)元件38、74的短路路徑。
【權(quán)利要求】
1.一種功率電子模塊(30)，用在提供高壓直流功率傳輸和無功功率補(bǔ)償?shù)碾妷涸崔D(zhuǎn)換器的鏈環(huán)轉(zhuǎn)換器中，該功率電子模塊(30)包括與儲能器件(34)并聯(lián)連接的第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(32)，所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件包括第一鎖存開關(guān)元件(38)和第一非鎖存開關(guān)元件(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電子模塊，其中，所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(32)在具有第一輸出端子和第二輸出端子(42，44)的半橋配置中與所述儲能器件(34)并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率電子模塊，其中，所述第一鎖存開關(guān)元件(38)被電連接在所述第一輸出端子與第二輸出端子(42，44)之間。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，其中，位于所述第一輸出端子與第二輸出端子(42，44)之間的所述開關(guān)元件(38)利用壓縮封裝構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率電子模塊，進(jìn)一步包括第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(72)，所述第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件包括第二鎖存開關(guān)元件(74)和第二非鎖存開關(guān)元件(78)，并且所述第一組串聯(lián)連接的開關(guān)元件和第二組串聯(lián)連接的開關(guān)元件(32，72)在全橋配置中與所述儲能器件(34)并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率電子模塊，其中，所述第一鎖存開關(guān)元件和第二鎖存開關(guān)元件(38，74)中的每個鎖存開關(guān)元件被電連接到所述儲能器件(34)的同一端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率電子模塊，其中，所述第一鎖存開關(guān)元件和第二鎖存開關(guān)元件(38，74)中的每個鎖存開關(guān)元件被電連接到所述儲能器件(34)的負(fù)端子(46)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，其中，所述鎖存開關(guān)元件或每個鎖存開關(guān)元件(38，74)是晶閘管型半導(dǎo)體器件或包括晶閘管型半導(dǎo)體器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率電子模塊，其中，所述晶閘管型半導(dǎo)體器件從以下各項(xiàng)中選擇: 集成門極換流晶閘管； 門極關(guān)斷晶閘管；以及 門極換流晶閘管。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，其中，所述非鎖存開關(guān)元件或每個非鎖存開關(guān)元件(40，78)是晶體管型半導(dǎo)體器件或包括晶體管型半導(dǎo)體器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率電子模塊，其中，所述晶體管型半導(dǎo)體器件從以下各項(xiàng)中選擇: 絕緣柵雙極 晶體管； 雙極晶體管；以及 場效應(yīng)晶體管。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，其中，所述鎖存開關(guān)元件或至少一個鎖存開關(guān)元件(38，74)以及所述非鎖存開關(guān)元件或至少一個非鎖存開關(guān)元件(40，78)包括與其并聯(lián)連接的反向并聯(lián)二極管(52，82，56，84)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，包括電源單元(90)，所述電源單元(90)被電耦合到所述鎖存開關(guān)元件或每個鎖存開關(guān)元件(38)，所述電源單元或每個電源單元以所述儲能器件(34)的負(fù)端子(46)為參照。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，其中，所述儲能器件(34)是以下各項(xiàng)之一:電容器、燃料電池、光電電池、蓄電池，以及具有相關(guān)濾波器的輔助AC生成器。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊，包括檢測器(92)，所述檢測器(92)被設(shè)置成與所述功率電子模塊連接，以檢測所述非鎖存開關(guān)元件或每個非鎖存開關(guān)元件(40)的開路故障。
16.一種電壓源轉(zhuǎn)換器，包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的功率電子模塊(30)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電壓源轉(zhuǎn)換器，包括至少一個檢測器(92)，所述檢測器或每個檢測器(92)被配置為檢測與各個非鎖存開關(guān)元件(40，78)相關(guān)的開路故障，并使所述電壓源轉(zhuǎn)換器建立經(jīng)過一個或更多個鎖存開關(guān)元件(38，74)的短路路徑。
【文檔編號】H02M7/49GK103947099SQ201180074884
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】科林·查諾克·戴維森, 戴維·雷金納德·特雷納 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司