三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构的制作方法

本发明涉及半导体开关技术领域，特别涉及一种三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构。

背景技术：

基于柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决中国新能源并网和消纳问题的有效技术手段，高压直流断路器是构建直流电网的核心设备之一，目前，高压直流断路器的拓扑主要有正反向串联结构的igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块和单级h桥结构的igbt模块串联，外配置一个高压快速机械开关组成。由于直流断路器断开直流电流时，会在断路器两端产生很高的直流暂态电压，因此，直流断路器转移支路中需要串联很多igbt模块，同时要求快速机械开关承受很高的关断电压，因此造成直流断路器的体积庞大，造价高昂，同时对快速机械开关的要求很高，设计难度极大。

现有技术中的高压直流断路器阀模块，随着电压和开断电流要求的提升，级联数量增大，成本会急剧高，连接复杂，体积较大。另外，直流断路器的工作过程中，半导体开关组件担负着导通和关断故障电流的任务，在转移支路组件中，高压直流断路器动作时，要求转移支路组件中的半导体开关必须在规定的时间内快速可靠地关断较大的故障电流，关断过程中会产生极大的电流变化率，这就要求转移支路组件中的杂散电感越小越好，同时要求转移支路组件在设计时充分的考虑瞬变电流所产生的电磁干扰。半导体开关是断路器的核心部件，所以设计一种空间体积小、可靠性高，紧凑性好、电感值低、抗干扰能力强的半导体开关是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构，以解决现有的单柱压接及多柱并行压接方式无法在一个框架的基础上实现复杂电路及串级多单元电路，且体积较大、结构复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多柱压接式桥电路串级模块，所述多柱压接式桥电路串级模块包括依次叠放的多个三柱桥电路组件；

每个所述三柱桥电路组件均包括igct器件，多个所述三柱桥电路组件的igct器件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第一柱体，所述igct器件之间放置第一绝缘块以隔开；

每个所述三柱桥电路组件均包括第一二极管组件，多个所述三柱桥电路组件的第一二极管组件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第二柱体，所述第一二极管组件之间通过铜排接触以电路联通；

每个所述三柱桥电路组件均包括第二二极管组件，多个所述三柱桥电路组件的第二二极管组件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第三柱体，所述第二二极管组件之间通过铜排接触以电路联通；

所述第二柱体或所述第三柱体中放置铝块弥补所述第二柱体和所述第三柱体高度差；

所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体均通过定位销控制各自的位置，以保证所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体的压接面积；

所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体呈等边三角形分布，形成桥电路压接组件单元。

可选的，在所述的多柱压接式桥电路串级模块中，所述的桥电路压接组件单元还包括桥内缓冲阻容、桥外缓冲阻容以及均压电阻，所述桥内缓冲阻容、所述桥外缓冲阻容及所述均压电阻分别外挂于所述等边三角形的三个侧面并固定安装。

可选的，在所述的多柱压接式桥电路串级模块中，在每个所述桥电路压接组件单元中，所述第一二极管组件包括两个正极相对的快恢复二极管，所述第二二极管组件包括两个负极相对的快恢复二极管，或者，

所述第一二极管组件包括两个负极相对的快恢复二极管，所述第二二极管组件包括两个正极相对的快恢复二极管；

相邻的第一二极管组件中的快恢复二极管的正负极位置相反。

本发明还提供一种包括上述多柱压接式桥电路串级模块的三柱压接式串级触发开关压接主体结构，所述三柱压接式串级触发开关压接主体结构还包括压接框架，其中：

所述压接框架包括上压板、下压板及多个绝缘拉杆，所述绝缘拉杆均匀竖直放置于所述上压板及所述下压板之间，且与所述上压板及所述下压板垂直，所述绝缘拉杆一端与所述上压板的边缘固定，另一端与所述下压板的边缘固定。

可选的，在所述的三柱压接式串级触发开关压接主体结构中，所述绝缘拉杆的两端粘接有金属嵌件以提高机械强度，并通过两端粘接金属嵌件形成凸台以对所述上压板及所述下压板进行限位。

可选的，在所述的三柱压接式串级触发开关压接主体结构中，所述三柱压接式串级触发开关压接主体结构还包括多个碟簧组件，其中：

每个所述碟簧组件包括多个碟簧、球形顶杆、压块、圆筒支撑件及圆筒锁紧螺母，所述碟簧套在所述圆筒支撑件外侧，所述圆筒锁紧螺母与所述圆筒支撑件内壁间隙配合，并与所述球形顶杆通过螺纹连接，所述球形顶杆及所述压块球面接触；

压接时，所述圆筒支撑件与加压的安装设备油缸螺纹连接，所述碟簧被所述压接框架的上压板和所述圆筒支撑件的底部法兰压缩变形，导致所述圆筒锁紧螺母的底部法兰与所述圆筒支撑件的底部法兰露出一段间隙，将所述圆筒锁紧螺母通过所述球形顶杆的螺纹向上旋紧。

本发明还提供一种包括上述压接主体结构的三柱压接式串级触发开关，所述的三柱压接式串级触发开关还包括阀电源盒模块，其中：

所述阀电源盒模块分别通过一上连接板、一下连接板及多个绝缘梁构成一可单独拆装的模块，所述阀电源盒模块中容置多个供电单元，4根所述绝缘梁及所述上连接板及所述下连接板通过螺钉安装成为一个整体框架，并在两侧安装左滑板及右滑板以固定所述供电单元。

可选的，在所述的三柱压接式串级触发开关中，各个所述供电单元与所述桥电路压接组件单元一一对应，每个所述供电单元包括供电pcb板、电源盒盖与阀隔离变压器，所述供电pcb板和所述阀隔离变压器与其对应的桥电路压接组件单元连接为一体；

所述供电pcb板与所述阀隔离变压器通过托板连接成一体，并在所述供电pcb板上方安装所述电源盒盖进行保护；

将多个所述供电单元依次装到所述整体框架上的对应位置；

所述左滑板及所述右滑板对所述供电单元进行限位。

可选的，在所述的三柱压接式串级触发开关中，所述的三柱压接式串级触发开关还包括阀供能变压器、避雷器、上屏蔽外壳及下屏蔽外壳，其中：

所述上屏蔽外壳及所述下屏蔽外壳用于容置所述压接主体结构、所述阀电源盒模块、所述阀供能变压器及所述避雷器。

可选的，在所述的三柱压接式串级触发开关中，所述上屏蔽外壳与所述下屏蔽外壳为金属钣金零件，通过压死边、模具冲压、拼焊打磨工艺达到零件目标形状，使其外边角为圆弧状以防止尖角放电引起电磁干扰，且最小圆弧半径为3mm。

在本发明提供的三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构中，第一柱体、第二柱体和第三柱体均通过定位销控制各自的位置以保证所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体的压接面积，且所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体呈等边三角形分布，形成桥电路压接组件单元，提供了一种基于门极换向晶闸管(theintegratedgatecommutatedthyristor，简称igct)和压接式二极管的结构紧凑的触发开关模块，适用于柔性直流断路器中，解决了对于较高等级的控制电压和开断电流，所需器件级联数量增大，连接复杂，体积较大等问题。

进一步的，上压板和下压板采用30mm厚的钢板，保证压接主体结构长期经受40kn力时自身受力形变对整体结构的影响在可控范围内。绝缘拉杆保证了压接框架中上压板和下压板之间的电位差，使上压板与桥电路单元六电位一致，下压板与桥电路单元一电位一致，省去了桥电路中导体与上下压板的绝缘距离，大大缩小了触发开关的整体尺寸。并且绝缘拉杆两端采用粘接金属嵌件的方式，大大增加绝缘零件固定位置的强度，并通过两端金属嵌件的凸台对上下压板进行限位，保证整体框架中上下压板的间距尺寸。并通过0.2mm铜箔垫片调整绝缘拉杆高度误差。

另外，所述阀电源盒模块作为一个单独模块，可与压接主体结构并行进行，缩短触发开关整体制作周期；上屏蔽外壳与下屏蔽外壳为金属钣金零件，通过压死边、模具冲压、拼焊打磨工艺达到零件目标形状，使其整体全无锐边、棱角。上、下屏蔽外壳将压装主体结构及阀电源盒模块较好的连接为整体，并使整体回路中的阀供能变、避雷器器件也在其上安装，将多柱压接式串级触发开关内各部件包括在其范围内，并通过零件自身圆滑外轮廓保证其整体结构的电气可靠性。

附图说明

图1是现有的单柱压接式串级触发开关示意图；

图2～8是本发明一实施例三柱压接式串级触发开关示意图；

图中所示：1-压接主体结构；10-三柱桥电路组件；11-igct器件；12-第一二极管组件；13-第二二极管组件；14-桥内缓冲阻容；15-桥外缓冲阻容；161-软连接铜排；162-折弯铜排；17-定位销；20-第一柱体；30-第二柱体；50-压接框架；51上压板；52-下压板；53-多个绝缘拉杆；60-碟簧组件；61-碟簧；62-球形顶杆；63压块；64-圆筒支撑件；65圆筒锁紧螺母；70-阀电源盒模块；71-上连接板；72-下连接板；73-绝缘梁；74-供电单元；75-电源盒盖；76-阀隔离变压器；80-上屏蔽外壳；81-下屏蔽外壳；82-阀供能变压器；83-避雷器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，现有技术中一种用于断路器的二极管桥低感模块，包括iegt压装结构、二极管压装结构、阻尼电容、阻尼电阻和连接母排组。所述iegt压装结构一次压接2只并联iegt，所述2只并联iegt分别为1号iegt和2号iegt；所述1号iegt的c极和所述2号iegt的c极通过iegt共用c极导电板连接；所述1号iegt的e极和所述2号iegt的e极通过e极拱形连接排连接；所述二极管压装结构一次压接4只二极管，所述4只二极管分别为d1二极管、d2二极管、d3二极管和d4二极管；其中所述d1二极管和所述d2二极管一组，所述d3二极管和所述d4二极管一组，形成两组二极管；同一组中的两只二极管同向排列；不同组中的二极管阴极相对；两组二极管呈镜像分布；所述d1二极管的阴极和所述d3二极管的阴极通过二极管共阴极导电板连接；所述连接母排组包括1号连接母排、2号连接母排和3号连接母排；所述1号iegt的e极通过所述1号连接母排与所述d2二极管的阳极连接；所述2号iegt的e极通过所述2号连接母排与所述d4二极管的阳极连接；所述iegt共用c极导电板通过所述3号连接母排与所述二极管共阴极导电板连接；所述阻尼电容的一端与所述3号连接母排连接，所述阻尼电容的另一端与所述1号连接母排连接；所述阻尼电阻与所述阻尼电容并联。

本发明的核心思想在于提供一种三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构，以解决现有的单柱压接及多柱并行压接方式无法在一个框架的基础上实现复杂电路及串级多单元电路，且体积较大、结构复杂的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构，所述多柱压接式桥电路串级模块包括依次叠放的多个三柱桥电路组件；每个所述三柱桥电路组件均包括igct器件，多个所述三柱桥电路组件的igct器件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第一柱体，所述igct器件之间放置第一绝缘块以隔开；每个所述三柱桥电路组件均包括第一二极管组件，多个所述三柱桥电路组件的第一二极管组件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第二柱体，所述第一二极管组件之间通过铜排接触以电路联通；每个所述三柱桥电路组件均包括第二二极管组件，多个所述三柱桥电路组件的第二二极管组件叠放以形成所述多柱压接式桥电路串级模块的第三柱体，所述第二二极管组件之间通过铜排接触以电路联通；所述第二柱体或所述第三柱体中放置铝块弥补所述第二柱体和所述第三柱体高度差；所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体均通过定位销控制各自的位置，以保证所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体的压接面积；所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体呈等边三角形分布，形成桥电路压接组件单元。

<实施例一>

本实施例提供一种用于断路器的三柱压接式串级触发开关及其压接主体结构，如图8所示，所述三柱压接式串级触发开关结构包括压接主体结构1、阀电源盒模块70、阀供能变压器82、避雷器83以及上屏蔽外壳80、下屏蔽外壳81等。

如图6所示，所述压接主体结构1包括多柱压接式桥电路串级模块(包括第一柱体20、第二柱体30及第三柱体)即6个桥电路压接组件单元(包括三柱桥电路组件10及其附加组件)、压接框架50以及3个碟簧组件60。电路主体为6个基于igct的三柱桥电路组件10串联，将每个三柱桥电路组件10视为最小单元，附带其结构称为桥电路压接组件单元。所述桥电路压接组件单元包括三柱桥电路组件10、桥内缓冲阻容14、桥外缓冲阻容15以及均压电阻。如图2～3所示，所述的三柱桥电路组件10包括四个快恢复二极管、一个igct功率器件11、软连接铜排161以及铝块、绝缘块零件。所述四个二极管两两一组(及分为第一二极管组件12和第二二极管组件13)、并与igct器件11呈三柱等边三角形分布，若其中一组二极管正极相对，则另一组二极管负极相对，相邻的第一二极管组件中的快恢复二极管的正负极位置相反；且每组二极管间均放有软连接铜排161分别与igct组件11两极相连，两组二极管上下两端也通过软连接铜排161进行相互连接，实现三柱桥电路组件10联通。桥内缓冲阻容14、桥外缓冲阻容15通过外接折弯铜排162螺钉固定的方式分别安装于三柱桥电路组件10的两侧及前方。均压电阻由于发热量较大，加装散热器，通过绝缘拉杆53固定在igct器件11门驱位置两侧，并用连接线完成电路连接。

所述多柱压接式桥电路串级模块为6个桥电路压接组件单元依次叠放，每单元igct器件11间放置绝缘块隔开，每单元二极管间为铜排接触，保证电路联通，且两柱二极管器件中在适当位置放置铝块弥补高度差。且三柱器件均通过定位销17控制位置，保证各柱器件所要求的压接面积。

如图4所示，所述压接框架50包括上压板51、下压板52及绝缘拉杆53。上压板51及下压板52采用30mm厚的钢板，保证压接主体结构长期经受40kn力时自身受力形变对整体结构的影响在可控范围内。绝缘拉杆53保证了压接框架中上压板51、下压板52的电位差，使上压板51与最顶端的三柱桥电路组件10电位一致，下压板52与最下端的三柱桥电路组件10电位一致，省去了桥电路中导体与上下压板的绝缘距离，大大缩小了触发开关的整体尺寸。并且绝缘拉杆两端采用粘接金属嵌件的方式，大大增加绝缘零件固定位置的强度，并通过两端金属嵌件的凸台对上下压板进行限位，保证整体框架中上下压板的间距尺寸。并通过0.2mm铜箔垫片调整绝缘拉杆高度误差。

如图5所示，所述碟簧组件60每组包括6个碟簧61、球形顶杆62及压块63、圆筒支撑件64及圆筒锁紧螺母65。碟簧61套在圆筒支撑件64外侧，圆筒锁紧螺母65与圆筒支撑件64内壁间隙配合，并与球形顶杆62通过螺纹连接，球形顶杆62及压块63球面接触。压接时圆筒支撑件64与加压的安装设备油缸螺纹连接，碟簧61被压接框架的上压板51和圆筒支撑件64底部法兰压缩变形，导致圆筒锁紧螺母65底部法兰与圆筒支撑件64底部法兰露出一段间隙，此时将圆筒锁紧螺母65通过顶杆螺纹向上旋紧，使油缸拆除后依然保持碟簧61的压紧状态从而提供长期的压紧力。

如图7所示，所述阀电源盒模块70为对应各桥电路压接组件单元的供电单元组成的一个便于安装检修的可单独拆装的模块。首先，4根绝缘梁73及上连接板71、下连接板72通过螺钉安装成为一个整体框架，并在两侧安装左右滑板用于固定供电单元74。供电单元74为每个三柱桥电路组件10对应的供电pcb板与阀隔离变压器76通过托板连接成一体，并在pcb上方安装电源盒盖75进行保护。然后将6个供电单元74依次装到框架上的对应位置。其中，将pcb板与阀隔离变压器76作为一个整体，大大减少框架内安装工作量。另外，左右滑板通过其自身结构对供电单元74进行限位，后仅通过正面两个螺钉固定，降低装配难度。阀电源盒模块70作为一个单独模块，可与压接主体结构1并行进行，缩短触发开关整体制作周期。

所述上屏蔽外壳80、下屏蔽外壳81为金属钣金零件，通过压死边、模具冲压、拼焊打磨等各项工艺，达到零件目标形状，使其整体全无锐边、棱角，且最小圆弧半径不小于3mm，以防止尖角放电引起电磁干扰。上、下屏蔽外壳81将压装主体结构1及阀电源盒模块70较好的连接为整体，并使整体回路中的阀供能变压器、避雷器器件也在其上安装，将多柱压接式串级触发开关内各部件包括在其范围内，并通过零件自身圆滑外轮廓保证其整体结构的电气可靠性。

本发明使串联的六个基于igct、二极管的桥电路及其电源盒、隔离变、供能变、变流器等器件集成在一个1380x350x700(mm)范围模块内，整体性较好、外形美观、结构紧凑、尺寸较小。且在此种情况下，可实现多个开关模块级联，满足关断较大故障电流的要求。

具体的，所述的桥电路压接组件单元包括三柱桥电路组件、桥内缓冲阻容、桥外缓冲阻容以及均压电阻。其中，所述的三柱桥电路组件包括四个快恢复二极管、一个igct功率器件、软连接铜排以及铝块、绝缘块零件。所述四个二极管两两一组、并与igct器件成三柱等边三角形分布，其中一组二极管正极相对，另一组二极管负极相对，并通过软连接铜排使其相互之间及与igct之间联通。此外三柱上下端面通过加装铝块及绝缘块零件调整高度，使各三柱桥电路组件之间各柱端面接触实现串联。桥内缓冲阻容、桥外缓冲阻容以及均压电阻外挂于三柱桥电路组件各侧面安装。

所述的多柱压接式桥电路串级模块包括：至少两个桥电路压接组件单元。其与压接框架以及碟簧组件组成多柱压接式串级触发开关的压接主体结构。其中，所述的压接框架包括上、下压板及绝缘拉杆，上下压板位置对齐，通过绝缘拉杆限位及限制间距高度后固定成为压接框架。所述的碟簧组件包括多个碟簧、球形顶杆及压块、圆筒支撑件及圆筒锁紧螺母。碟簧套在圆筒支撑件外侧，圆筒锁紧螺母与圆筒支撑件内壁间隙配合，并与球形顶杆通过螺纹连接，球形顶杆及压块球面接触。压接时圆筒支撑件与油缸螺纹连接，碟簧被压接框架的上压板和圆筒支撑件底部法兰压缩变形，导致圆筒锁紧螺母底部法兰与圆筒支撑件底部法兰露出一段间隙，此时将圆筒锁紧螺母通过顶杆螺纹向上旋紧，使油缸拆除后依然保持碟簧的压紧状态从而提供长期的压紧力。多个桥电路压接组件单元自身定位孔通过定位销与压接框架定位孔配合限定位置后叠放于压接框架内，并通过上方的碟簧组件提供长期40kn的压紧力。

进一步的，所述的多柱压接式串级触发开关包括：多柱压接式桥电路串级模块、阀电源盒模块、阀供能变以及上、下屏蔽外壳。其中：所述的阀电源盒模块包括对应各桥电路压接组件单元的供电单元，每个供电单元包括该单元桥电路的阀电源盒和阀隔离变，且连接为一体。各供电单元通过上下连接板及绝缘梁构成一个便于安装检修的可单独拆装的模块。上、下屏蔽外壳将多柱压接式串级触发开关内各部件包括在其范围内，通过零件自身圆滑外轮廓保证其整体结构的电气可靠性。

综上，上述实施例对三柱压接式串级触发开关的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。