一种集成式开关组件制造技术

本发明专利技术公开了一种集成式开关组件，包括：功率器件、温度传感单元、双绞线和处理单元；温度传感单元设置在具有绝缘结构的功率器件的冷板上，用于获取所述功率器件的温度，并将其转换为电流信号；双绞线将所述功率器件和温度传感单元分别与处理单元连接，用于将电流信号传输给所述处理单元；处理单元根据电流信号获得开关组件的冷板温度和触发脉冲信号。本发明专利技术集控制、保护、健康诊断于一体，集成度高、智能化强，既能够可靠控制交流开关的开断动作，还能实时获取交流开关自身的健康状态，并可以可靠工作于强电磁场环境，它对确保交流开关装置健康、安全工作，起到非常关键性作用。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式开关组件
本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种集成式开关组件。
技术介绍
目前电力电子系统正朝着高电压、强电流、集成化、智能化方向发展，这既是为了解决目前电力电子
劳动密集和技术密集的现状，又最大限度地发挥大容量电力电子器件的应用潜力，成功解决工程中大容量功率变换装置可靠、安全、健康工作的技术难题。尤其是当前以SCR(相控晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)等为代表的大功率电力电子器件，代替传统的真空开关、气体开关和液体开关，构建大容量交流开关，普遍应用于功率变换装置中，业已产业化，极大地促进电力电子技术的发展。在电力电子功率变换装置(设备)的工作期间，如果不能随时判明交流开关是否成功触发导通、工作温度是否过温，将是非常危险的，尤其是在一些军事应用场合，将会带来灾难性的后果。如何将功率器件、控制器、传感器及其后续处理等电路集成为一个完整的智能式电力电子开关组件，必将制约电力电子功率变换装置健康、安全、可靠工作，开展这方面的探索性工作，就显得意义特别重大。运行实践表明，应用现场对大容量电力电子功率变换装置(组件)，提出了极为苛刻的要求，包括如下三个方面：(1)由于电力电子器件工作时电压高达数千伏特、电流高达数千甚至数万安培以上，要求开关组件的进出母线既要尽量短，降低发热损耗，又要充分考虑其爬电距离，确保超强的绝缘能力；(2)在这种高压、大电流的工业应用现场，如何准确、可靠地获取反应交流开关健康状态的信息，如触发控制指令、冷板温度、触发脉冲等，就显得十分关键；(3)大容量电力电子功率变换装置(组件)，必须具有在强电磁干扰工作环境中能够正常工作的能力，包括安全获取它们的健康状态信息。由此可见，研制出一种集成式开关组件，能够同时将功率器件、触发脉冲控制电路、门极触发脉冲驱动电路、功率器件的缓冲保护电路、温度传感器和电平变换等后续处理电路，合理、科学、安全集成一起，将强电与弱电严格、正确、合理处理，确保开关组件既能够正常工作于强电磁场环境，还可以实时获取自身健康状态信息，使得交流开关组件，能够长时间可靠、安全、健康工作。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种集成式开关组件，将功率器件、门极触发控制电路、门极触发脉冲驱动电路、功率器件的缓冲保护电路、温度传感器及其后续变换电路、健康状态信号的获取与电平变换电路等，合理、科学地集成为一个完整的智能化电力电子开关组件，旨在克服现有技术中电力电子开关组件集成度不高、智能化程度低的技术问题。本专利技术提供了一种集成式开关组件，包括：功率器件、温度传感单元、双绞线和处理单元；温度传感单元设置在具有绝缘结构的功率器件的冷板上，用于获取所述功率器件的温度，并将其转换为电流信号；双绞线将所述功率器件和温度传感单元分别与处理单元连接，用于将电流信号传输给所述处理单元；处理单元根据电流信号获得开关组件的冷板温度和触发脉冲信号。总而言之，本专利技术的优点集中体现在：(1)集成度高：本交流开关组件将功率器件、门极触发控制电路、门极驱动电路、功率器件的缓冲保护电路、温度传感器及其后续处理电路、健康状态信号的获取及其电平变换电路等重要环节集成组装一起，确保弱信号走线距离短、受干扰程度最小。(2)叠装方式灵活：本交流开关组件能够根据工业现场对交流开关的电压、电流、安装位置等不同参数的具体需求的不同，可以采用串联压装的单相开关组件，也可以采用串联压装的三相开关组件，还可以采用并排压装的三相开关组件。(3)智能化程度高：本交流开关组件能够实时获取交流开关的控制与健康状态，包括交流开关组件的触发脉冲控制指令、冷板温度、驱动用触发脉冲等重要信息，对于判明交流开关组件是否健康、安全、可靠工作，意义重大。总之，本交流开关组件集控制、保护、健康诊断于一体，集成度高、智能化强，既能够可靠控制交流开关的开断动作，还能实时获取交流开关自身的健康状态，并可以正常工作于强电磁场环境，它对确保交流开关装置健康、安全工作，起到非常关键性作用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的集成式开关组件的电路原理框图。图2为本专利技术实施例提供的集成式开关组件中充当单相交流开关的压装结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的集成式开关组件中埋置在具有绝缘结构护套中的温度传感器的结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的集成式开关组件中所示的交流开关触发脉冲的采样电路的原理图。图5为本专利技术实施例提供的集成式开关组件中所示的交流开关触发脉冲的光耦隔离电路的原理图和交流开关冷板的温度后续处理电路的原理图。图6为本专利技术实施例提供的集成式开关组件中用于充当三相交流开关的具体实施方式的结构示意图。图7为充当三相交流开关的一种串联压装方式的结构示意图。图8为充当三相交流开关的另一种并排压装方式的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于现有的绝大多数应用于高压、强电流场合的开关组件，要么没有设置测试其冷板温度的状态信号；有的虽然设置了测试其冷板温度的状态信号，但是，并没有设置反应开关组件是否正常获取产生触发脉冲的控制指令的状态信号；当然，有的虽然没有设置反应开关组件是否正常获取产生触发脉冲的控制指令的状态信号，却设置了反应开关组件触发脉冲是否正常的状态信号。针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种集成式开关组件，将功率器件、门极触发控制电路、门极驱动电路、功率器件的缓冲保护电路、温度传感器及其后续变换电路、健康状态信号的获取与电平变换电路等，合理、科学地集成为一个完整的智能化电力电子开关组件，旨在克服现有技术中电力电子开关组件集成度不高、智能化程度低等不足。本专利技术提供了一种集成式开关组件，包括：功率器件、温度传感单元、双绞线和处理单元；为了提高集成度，将缓冲保护电路与功率器件集成安装；为了提高传感器可靠性，将温度传感单元安装有绝缘护套；为了统一获取集成式开关组件的健康状态，采用三组屏蔽双绞线；为了提高处理单元的集成度，采取同时获取交流开关的温度、控制指令和触发脉冲等关键性健康状态信号的方法；功率器件，将第一开关TH1和第二开关TH2背靠背压装一起，用于充当交流开关；温度传感单元用于将反应交流开关冷板的温度转换为电流信号It输出；三组双芯屏蔽的双绞线用于将电流信号It传送至处理单元，同时将功率器件中的第一开关TH1和第二开关TH2的触发脉冲传送至处理单元；处理单元用于实时控制第一开关TH1和第二开关TH2的开断、实时采集第一开关TH1和第二开关TH2的触发脉冲，并将电流信号It进行变换得到反映交流开关冷板温度的电压信号，并根据反映交流开关冷板温度的电信号和触发脉冲的电信号、控制触发脉冲的指令，最终获得反应交流开关运行时的健康状态。在本专利技术实施例中，功率器件包括上绝缘板、下绝缘板、S-导电极、S+导电极、第一开关TH1、第二开关TH2、由电阻RC1和电容C1串接而成的缓冲保护电路，在具有U型结构的S-导电极的上、下两端分别压装上绝缘板和下绝缘板，且在S-导电极的中间，依次串联压装有第一开关TH1、S+导电极和第二开关TH2；S+导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式开关组件，其特征在于，包括：功率器件(1)、温度传感单元(2)、双绞线(3)和处理单元(4)；所述温度传感单元(2)设置在具有绝缘结构的功率器件(1)的冷板上，用于获取所述功率器件(1)的温度，并将其转换为电流信号；所述双绞线(3)将所述功率器件(1)和所述温度传感单元(2)分别与所述处理单元(4)连接，用于将所述电流信号传输给所述处理单元(4)；所述处理单元(4)根据所述电流信号获得开关组件的冷板温度和触发脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种集成式开关组件，其特征在于，包括：功率器件(1)、温度传感单元(2)、双绞线(3)和处理单元(4)；所述温度传感单元(2)设置在具有绝缘结构的功率器件(1)的冷板上，用于获取所述功率器件(1)的温度，并将其转换为电流信号；所述双绞线(3)将所述功率器件(1)和所述温度传感单元(2)分别与所述处理单元(4)连接，用于将所述电流信号传输给所述处理单元(4)；所述处理单元(4)根据所述电流信号获得开关组件的冷板温度和触发脉冲信号。2.如权利要求1所述的集成式开关组件，其特征在于，所述功率器件(1)包括：上绝缘板(1-1)、下绝缘板(1-5)、S-导电极(1-2)、S+导电极(1-4)、第一开关TH1(1-3)、第二开关TH2(1-6)和缓冲保护电路(1-7)；所述S-导电极(1-2)为U型结构，在具有U型结构的S-导电极(1-2)的上、下两端分别压装上绝缘板(1-1)和下绝缘板(1-5)，在具有U型结构的S-导电极(1-2)的中间依次串联压装所述第一开关TH1(1-3)、S+导电极(1-4)和第二开关TH2(1-6)；所述S+导电极(1-4)为平板结构，且在所述S+导电极(1-4)中开设有测试孔，所述测试孔用于放置所述温度传感单元(2)；所述缓冲保护电路(1-7)并接在S-导电极和S+导电极两端。3.如权利要求2所述的集成式开关组件，其特征在于，所述缓冲保护电路(1-7)包括：串联连接的电阻RC1和电容C1，所述电阻RC1的非串联连接端与所述S+导电极连接，所述电容C1的非串联连接端与所述S-导电极连接。4.如权利要求2所述的集成式开关组件，其特征在于，所述温度传感单元(2)包括：绝缘护套(2-1)和温度传感器(2-2)；所述绝缘护套(2-1)置于所述测试孔中，所述温度传感器(2-2)置于所述绝缘护套(2-1)中，且所述温度传感器(2-2)通过所述双绞线(3)的两个接线端子T5和T6与所述处理单元(4)连接。5.如权利要求1-4任一项所述的集成式开关组件，其特征在于，所述双绞线(3)包括：用于发送触发脉冲以及将所述触发脉冲传输给所述处理单元(4)的接线端子T1、T2、T3和T4；所述接线端子T1连接至第一开关TH1的阴极K1，所述接线端子T2连接至第一开关TH1的门极G1，所述接线端子T3连接至第二开关TH2的阴极K1，所述接线端子T4连接至第二开关TH2的门极G1。6.如权利要求1-5任一项所述的集成式开关组件，其特征在于，处理单元(4)包括：采样电路(4-1)、光耦隔离电路(4-2)、温度处理电路(4-3)和数据采集电路(4-4)；所述采样电路(4-1)用于采集第一开关TH1和第二开关TH2的触发脉冲；所述光耦隔离电路(4-2)用于对采集的控制触发脉冲的指令和触发脉冲进行光耦隔离和电平转换，实现测试系统的安全性提高；所述温度处理电路(4-3)用于获取反应功率器件(1)的温度信号；所述数据采集电路(4-4)用于实时采集反应开关组件运行时的健康状态，包括反应开关组件运行环境温度的电压信号、反应开关组件控制触发脉冲的指令信号和反应开关组件触发脉冲的方波电压信号。7.如权利要求6所述的集成式开关组件，其特征在于，采样电路(4-1)包括：接线端子是T7、T8、T9、T10、T11和T12，电阻RD1，电阻RD2，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，脉冲隔离变压器TR1，脉冲隔离变压器TR2，电阻RT1，电阻RT2，MOSFET管子TM1，MOSFET管子TM2，电阻RS1，电阻RS2，电阻RC3；其中接线端子T7接电阻RD1的一端，电阻RD1的另一端接二极管D1的阴极，接线端子T8接二极管D1的阴极，电容C1并接在电阻RD1的两端，二极管D1的阳极接脉冲隔离变压器TR1的原边的同名端，隔离变压器TR1的原边的另一端连接到接线端子T7，脉冲隔离变压器TR1的副边同名端接电源US1+，脉冲隔离变压器TR1的副边另一端二极管D3的阳极，二极管D3的阳极接电阻RT1的一端，二极管D3的阴极接电源US1+，电阻RT1的另一端接MOSFET管子TM1的DM1脚，MOSFET管子TM1的DM1脚接电容C3的一端，电容C3的另一端接电阻RC3的一端，电阻RC3的另一端接MOSFET管子TM1的SM1脚，MOSFET管子TM1的SM1脚接电阻RS1的一端，电阻RS1的该端与接线端子T13连接，MOSFET管子TM1的GM1脚与接线端子T17连接，电阻RS1的另一端与接线端子T14连接，接线端子T9接电阻RD2的一端，电阻RD2的另一端接二极管D2的阴极，接线端子T10接二极管D2的阴极，电容C2并接在电阻RD2的两端，二极管D2的阳极接脉冲隔离变压器TR2的原边的同名端，脉冲隔离变压器TR2的原边的另一端连接到接线端子T9，脉冲隔离变压器TR2的副边同名端接电源US1+，脉冲隔离变压器TR2的副边另一端二极管D4的阳极，二极管D4的阳极接电阻RT2的一端，二极管D4的阴极接电源US1+，电阻RT2的另一端接MOSFET管子TM2的DM2脚，MOSFET管子TM2的DM2脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接电阻RC4的一端，电阻RC4的另一端接MOSFET管子TM2的SM2脚，MOSFET管子TM2的SM2脚接电阻RS2的一端，电阻RS2的该端与接线端子T15连接，MOSFET管子TM2的GM2脚与接线端子T18连接，电阻RS2的另一端与接线端子T16连接，经由接线端子T13、T14、T15、T16、T17和T18，将采样电路(4-1)与光耦隔离电路(4-2)连接起来。8.如权利要求6所述的集成式开关组件，其特征在于，光耦隔离电路(4-2)包括：接线端子T13、T14、T15、T16，电阻RX1，电阻RL3，电阻RL4，电阻RL5，电阻RL6，电阻RL7，电阻RL8，二极管DZ1，二极管DZ2，二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈碧环，
申请(专利权)人：武汉天富海科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42