一种基于可关断器件的大功率电子开关的制作方法

本发明属于电子开关领域，尤其是一种基于可关断器件的大功率电子开关装置。

技术背景

随着科学技术的发展，脉冲功率技术和脉冲电流试验技术对大功率电子开关提出了越来越高的要求，如要求可靠性高、宽的工作范围、较小的开关时延与抖动、使用寿命长、脉冲关断可控等。

传统的机械开关由于控制响应速度慢、触发抖动大、在大电流下触头容易烧损、可靠性和安全性差，因此很难作为大功率放电开关使用。晶闸管是一种能通过控制触发导通的电子开关，具有响应速度快、损耗小、可靠性高等优点，是不能实现电流关断控制。而IGBT、IGCT、GTO等器件不仅具有晶闸管的特性，而且可以实现电流关断可控。因此，高精度脉宽控制要求的大功率电子开关可以采用可关断元件串并联来实现，使它能够承受高电压和大电流，使导通和关断实时可控。

然而IGBT、IGCT、GTO等器件的应用离不开机械安装、传热、固体及流体应力分析、高压绝缘配合等多方面的技术，如何达到一种高效安全稳定的控制，成为本技术领域的技术瓶颈。

技术实现要素：

如上述

背景技术：
中描述的问题，本发明采用可关断器件IGBT、IGCT、GTO等作为电子开关元件，涉及半导体器件的安装、传热、固体及流体应力分析、高压绝缘配合等多方面的技术。特别是电子开关的机械安装构造至关重要，采用合理的机械安装构造，才能为电子开关的安全运行和方便维护提供有力保障。

本发明的目的是提供一种结构简单、可靠性高、电气性能好、免维护的基于IGBT、IGCT、GTO等可关断器件的大功率电子开关。

本发明提供的技术方案是：一种基于可关断器件的大功率电子开关，其特征是，包括方型螺母、压板、电阻弯管、静态均压电阻、低感母线板、可关断器件、散热块、塑料螺杆、吸收电容、光纤、支持绝缘子、动态吸收电阻和拉板；螺母、压板、塑料螺杆和拉板构成了外部框架，用于固定整个电子开关装置；压板上设有低感母线板，低感母线板上设有电阻弯管；上下两片静态均压电阻中间夹着一块动态吸收电阻，电阻弯管固定在相邻的两块低感母线板之间；动态吸收电阻与其左右侧低感母线板之间都夹着散热块，左侧散热块与动态吸收电阻中间设有可关断器件，可关断器件的下端与光纤连接；支持绝缘子固定在靠近右侧的低感母线板上，固定了吸收电阻，也使吸收电阻后侧的吸收电容接地。

进一步，上述电子开关采用多个可关断器件构成多级串联模块化结构。

进一步，所述可关断器件选用IGBT或IGCT或GTO构成串联单元。

进一步，所述每个可关断器件均设有静态均压电阻单元、动态均压RC吸收回路单元和开关压装组件。

进一步，所述可关断器件采用扁平压装式IGBT元件或扁平压装式IGCT或扁平压装式GTO。

进一步，所述塑料螺杆采用纤维加强塑料。

本发明的电子开关通过光纤与控制系统相连，当需要导通开关时，由控制系统发出触发信号经光纤同时触发电子开关所有元件；当需要关断开关时，由控制系统发出触发信号经光纤同时关断电子开关所有元件。

本发明的主要优点：

(1)采用了扁平压装式IGBT、IGCT和GTO等大功率可关断器件直接串联技术，通过光纤控制大功率器件的开通与关断，实现高低压隔离和同步触发；该开关不仅可以实现对电源的开通控制，而且可以实现对电源的关断控制，从而实现理想的脉冲电源输出。

(2)采用低感母线板设计；低感母线板的四边分别单独安装静态均压电阻单元、阻尼电阻单元、吸收电容单元，设计出最优化的结构配置，实现了整个装置的模块化结构并满足高压电气绝缘距离，而且，避免了以往复杂的电缆连接和电磁干扰。

(3)采用纤维加强塑料替代金属螺栓紧固件技术，取消了以往技术中采用的高压绝缘套杯，避免了高压套杯在使用中容易出现击穿的现象，同时优化了元件压装技术和工艺效果。

(4)模块化设计；用同样的零件可以装配出不同电压等级的开关，减少零件种类。

附图说明

图1是本发明基于可关断器件的大功率电子开关装置电路图；

图2是本发明基于可关断器件的大功率电子开关装置正视图；

图3是本发明基于可关断器件的大功率电子开关装置后视图；

图4是本发明基于可关断器件的大功率电子开关装置俯视图；

图中：1为方型螺母；2为压板；3为电阻弯管；4为静态均压电阻；5为低感母线板；6为可关断器件；7为散热块；8为塑料螺杆；9为吸收电容；10为光纤；11为支持绝缘子；12为动态吸收电阻；13为拉板。

具体实施方式

附图1至附图4给出了本发明的一种具体实施方案，现结合附图对本发明作进一步的描述。

从附图可以看出，该发明主要包括：可关断电力电子器件单元、静态均压电阻单元、动态均压RC回路单元和开关压装组件单元；

可关断电力电子器件单元由可关断器件6、散热块7和光纤10组成，散热块7左侧紧靠低感母线板，右侧与扁平压装式IGBT元件6相邻，可关断器件6的下方与光纤10相连接；散热块7既可有效的增强元件的导电接触面积，亦可提供模块化结构需要的足够散热空间；光纤10一端压装到可关断元件6内，另一端ST头接入脉冲分配系统即控制系统；

所述可关断器件6采用扁平压装式IGBT元件或扁平压装式IGCT或扁平压装式GTO；

静态均压电阻单元包括静态均压电阻4和电阻弯管3，电阻弯管3将静态均压电阻4固定在相邻的两块低感母线板之间，从而优化了结构，避免了以往结构设计中采用二次电缆实现静态均压电阻单元并联到单个可关断器件单元的正负极；

动态均压RC回路单元包括电阻弯管3、吸收电容9、支持绝缘子11和动态吸收电阻12组成，上下两根电阻弯管3及固定在右侧低感母线板5上的支持绝缘子11将动态吸收电阻12及吸收电容9固定在两块低感母线板5之间，吸收电容9设在动态吸收电阻12的后方；支持绝缘子11的作用是使吸收电容9接地和固定动态吸收电阻12；动态均压RC回路单元采用二次高压电缆串联连接，吸收电容9和动态吸收电阻12的另一个接线端均采用二次高压电缆分别连接到相邻的上下低感母线板5上，即实现并联到单个可关断电力电子器件单元的正负极。

开关压装组件单元主要包括方形螺母1、压板2、塑料螺杆8和拉板13，塑料螺杆8一段穿过压板2，塑料螺杆8另一端穿过拉板13，塑料螺杆8穿过压板2和拉板13通过方形螺母1螺旋固定，这四个部件将整个电子开关装置的外形固定成一个盒装的长方体，塑料螺杆8相当于长方体的长，压板2相当于长方体的高，拉板即为长方体的宽；每两个低感母线板5之间都是一个独立的电子开关器件模块，通过一个公共的低感母线板5串联成一个多级串联模块；采用方形螺母1、压板2和塑料螺杆8实现对可关断电力电子器件单元、静态均压电阻单元、动态均压RC回路单元的模块化元件压装，拉板13是吊装和供安装使用。