专利名称：一种h桥和半h桥通用电路模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种H桥和半H桥通用电路模块。
背景技术：
随着电力电子技术的飞速发展，全控型电力电子器件(如IGBT、IGCT, MOSFET和 GTO等)发展使用越来越广泛，模块化级联型电压源换流器目前已经广泛应用于大功率电力电子设备制造技术、电力传动技术、柔性交流输电技术以及高压直流输电技术等领域。目前级联型电压源换流器的级联子模块电路，一般是全控型电力电子器件构成的H桥和半H桥。 例如级联型STATC0M (星形或三角形连接)采用H桥模块级联，用于补偿负荷功率因数或向电力系统提供无功；模块化多电平换流器(三相全桥连接)既可以采用半H桥级联模块，又可以采用H桥级联模式，甚至是H桥、半H桥混合级联模式，用于构成新型高压直流输电、柔性交流输电等装置的核心部件，或构成大功率逆变器、变频器。以上所述的基于H桥、半H桥级联型电力电子设备，输出的电压波形质量高、谐波含量小、电压等级高，用在电力电子和电力系统领域显示出非常优越的性能。因此目前针对 H桥、半H桥级联型电力电子设备的研究非常热门，但是对于一个既能使用半H桥级联，又能使用H桥级联的电力电子设备，两种级联方式下的控制策略和运行效果都是不同的，所以进行对比实验非常必要，而常规的H桥和半H桥只能满足一种电路拓扑，要改变电路拓扑需要重新搭建电路。本发明H桥和半H桥通用电路模块能很好解决这个问题，只需要一个控制量就能实现H桥和半H桥的转换，非常方便，对于该类设备的研究具有非常重要的价值和
眉、ο
发明内容
本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种H桥和半H桥通用电路模块。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种H桥和半H桥通用电路模块，它包括四个可控功率半导体器件、四个二极管、三个双向可控开关、一个单刀双掷开关和两个电解电容；双向可控开关可以为双向可控硅、电磁继电器等；可控功率半导体器件可以为 IGBT、MOSFET、SCR 等。进一步地，所述可控功率半导体器件为IGBT，所述四个二极管DfD4分别反并联在四个IGBT ΤΓΤ4的集电极和发射极之间，第一 IGBT Tl的发射极和第二 IGBT T2的集电极相连，第三IGBT T3的发射极和第四IGBT T4的集电极相连，第一 IGBT Tl的集电极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 IGBT T2的发射极和第一电解电容Cl的负极相连，第三 IGBT T3的集电极和第二电解电容C2的正极相连，第四IGBT T4的发射极和第二电解电容 C2的负极相连，第一双向可控开关Sl的两端分别和第一 IGBT Tl的集电极和第三IGBT T3 的集电极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4 的发射极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4 的集电极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四IGBT的集电极相连，第二开关触点Kb和第四IGBT T4的发射极相连，第一 IGBT Tl的发射极作为第一输出端子A，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子B。进一步地，，所述可控功率半导体器件为M0SFET，四个二极管D1 D4分别反并联在四个MOSFET T1 T4的漏极和源极之间，第一MOSFET Tl的源极和第二MOSFET Τ2的漏极相连，第三MOSFET Τ3的源极和第四MOSFET Τ4的漏极相连，第一MOSFET Tl的漏极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 MOSFET Τ2的源极和第一电解电容Cl的负极相连，第三MOSFET Τ3的漏极和第二电解电容C2的正极相连，第四MOSFET Τ4的源极和第二电解电容C2的负极相连，第一双向可控开关Sl的两端分别和第一 MOSFET Tl的漏极和第三MOSFET Τ3的漏极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 MOSFET Τ2的源极和第四MOSFET Τ4的源极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 MOSFET Τ2的源极和第四MOSFET Τ4的漏极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四MOSFET Τ4的漏极相连，第二开关触点Kb 和第四MOSFET Τ4的源极相连，第一 MOSFET Tl的源极作为第一输出端子Α，单刀双掷开关 Kl的刀片作为第二输出端子B。进一步地，所述可控功率半导体器件为SCR，四个二极管DfD4分别反并联在四个 SCR T1 T4的阳极和阴极之间，第一 SCR Tl的阴极和第二 SCR Τ2的阳极相连，第三SCR Τ3 的阴极和第四SCR Τ4的阳极相连，第一 SCR Tl的阳极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 SCR Τ2的阴极和第一电解电容Cl的负极相连，第三SCR Τ3的阳极和第二电解电容C2 的正极相连，第四SCR Τ4的阴极和第二电解电容C2的负极相连，第一双向可控开关Sl的两端分别和第一 SCR Tl的阳极和第三SCR Τ3的阳极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 SCR Τ2的阴极和第四SCR Τ4的阴极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 SCR Τ2的阴极和第四SCR Τ4的阳极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四SCR Τ4的阳极相连，第二开关触点Kb和第四SCR Τ4的阴极相连，第一 SCR Tl的阴极作为第一输出端子Α，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子B。本发明的有益效果在于本发明级联型电压源换流器的子模块电路既能作为H桥工作，又能作为半H桥工作，几乎适用于所有的级联型多电平电力电子设备。H桥和半H桥的转换不需要改接线，只需要改变一位控制开关量就能实现，非常方便，非常适用于既能级联H桥，又能级联半H桥的电力电子设备，两种级联方式的对比研究。
图1是本发明H桥和半H桥通用电路模块的结构示意图2是本发明H桥和半H桥通用电路模块工作于半H桥模式的等效电路； 图3是本发明H桥和半H桥通用电路模块工作于H桥模式的等效电路。
具体实施例方式下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。如图1所示，本发明H桥和半H桥通用电路模块，包括四个可控功率半导体器件、 四个二极管、三个双向可控开关、一个单刀双掷开关和两个电解电容；双向可控开关可以为双向可控硅、电磁继电器等。可控功率半导体器件可以为IGBT、MOSFET、SCR等。实施例1本实施例中，可控功率半导体器件为IGBT，如图1所示，四个二极管D1 D4分别反并联在四个IGBT ΤΓΤ4的集电极和发射极之间，第一 IGBT Tl的发射极和第二 IGBT T2的集电极相连，第三IGBT T3的发射极和第四IGBT T4的集电极相连，第一 IGBT Tl的集电极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 IGBT T2的发射极和第一电解电容Cl的负极相连，第三 IGBT T3的集电极和第二电解电容C2的正极相连，第四IGBT T4的发射极和第二电解电容 C2的负极相连，第一双向可控开关Sl的两端分别和第一 IGBT Tl的集电极和第三IGBT T3 的集电极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4 的发射极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4 的集电极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四IGBT的集电极相连，第二开关触点Kb和第四IGBT T4的发射极相连，第一 IGBT Tl的发射极作为第一输出端子A，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子B。本发明H桥和半H桥通用电路模块，有H桥模式和半H桥模式两种工作状态，故一位开关控制量就能实现两种模式的切换，由控制器产生开关控制量控制三个双向可控开关的通断和单刀双掷开关的切换。不妨设开关控制量值为0时电路工作为半H桥模式，开关控制量值为1时电路工作为H桥模式。当开关控制量值为0时，控制第一双向可控开关Sl断开，第二双向可控开关S2断开，第三双向可控开关S3闭合，单刀双掷开关Kl投向第二开关触点Kb，产生的等效电路如图2所示，第一端子A和第一 IGBT Tl的发射极相连，第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4的集电极相连，第二端子B和第四IGBT T4的发射极相连，电路为两个半H桥级联。当开关控制量值为1时，控制第一双向可控开关Sl闭合，第二双向可控开关S2闭合，第三双向可控开关S3断开，单刀双掷开关Kl投向第一开关触点Ka，产生的等效电路如图3所示，第一 IGBT Tl的集电极和第三IGBT T3的集电极相连，第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4的发射极相连，第一端子A和第一 IGBT Tl的发射极相连，第二端子B和第四 IGBT T4的集电极相连，电路为一个H桥。实施例2
本实施例中，可控功率半导体器件为M0SFET，如图1所示，四个二极管D1 D4分别反并联在四个MOSFET T1 T4的漏极和源极之间，第一 MOSFET Tl的源极和第二 MOSFET Τ2的漏极相连，第三MOSFET Τ3的源极和第四MOSFET Τ4的漏极相连，第一 MOSFET Tl的漏极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 MOSFET Τ2的源极和第一电解电容Cl的负极相连，第三 MOSFET Τ3的漏极和第二电解电容C2的正极相连，第四MOSFET Τ4的源极和第二电解电容 C2的负极相连，第一双向可控开关Sl的两端分别和第一 MOSFET Tl的漏极和第三MOSFET Τ3的漏极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 MOSFET Τ2的源极和第四MOSFET Τ4的源极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 MOSFET Τ2的源极和第四MOSFET Τ4的漏极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四MOSFET的漏极相连，第二开关触点Kb和第四MOSFET Τ4的源极相连，第一MOSFET Tl的源极作为第一输出端子Α，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子B。本实施例工作的工作过程与实施例1相同，也可同时工作于H桥和半H桥电路。实施例3
本实施例中，可控功率半导体器件为SCR，如图1所示，四个二极管D1 D4分别反并联在四个SCR T1 T4的阳极和阴极之间，第一 SCR Tl的阴极和第二 SCR Τ2的阳极相连，第三 SCR Τ3的阴极和第四SCR Τ4的阳极相连，第一 SCR Tl的阳极和第一电解电容Cl的正极相连，第二 SCR Τ2的阴极和第一电解电容Cl的负极相连，第三SCR Τ3的阳极和第二电解电容C2的正极相连，第四SCR Τ4的阴极和第二电解电容C2的负极相连，第一双向可控开关 Sl的两端分别和第一 SCR Tl的阳极和第三SCR Τ3的阳极相连，第二双向可控开关S2的两端分别和第二 SCR Τ2的阴极和第四SCR Τ4的阴极相连，第三双向可控开关S3的两端分别和第二 SCR Τ2的阴极和第四SCR Τ4的阳极相连，单刀双掷开关Kl第一开关触点Ka和第四SCR Τ4的阳极相连，第二开关触点Kb和第四SCR Τ4的阴极相连，第一 SCR Tl的阴极作为第一输出端子Α，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子B。本实施例工作的工作过程与实施例1相同，也可同时工作于H桥和半H桥电路。电路中的双向可控开关可以选择电力电子器件，如双向可控硅等，也可以选择电磁开关元件，如电磁继电器等，具体的选择可以根据工程响应时间和耐压要求来选择。当开关控制量为0时，电路工作于半H桥模式，第三双向可控开关S3闭合，第一双向可控开关Sl 和第二双向可控开关S2承受的压降为两直流电容的电压差，单刀双掷开关承受的压降为第四IGBT Τ4的正向压降；当开关控制量为1时，电路工作于H桥模式，第一双向可控开关 Si、第二双向可控开关S2闭合，第三双向可控开关S3和单刀双掷开关Kl承受的压降为第四IGBT Τ4的正向压降。所以三个双向可控开关和单刀双掷开关耐压选择以直流电容器额定电压为标准，加一定的裕度。
权利要求
1.一种H桥和半H桥通用电路模块，其特征在于，它包括四个可控功率半导体器件、四个二极管、三个双向可控开关、一个单刀双掷开关和两个电解电容；双向可控开关可以为双向可控硅、电磁继电器等；可控功率半导体器件可以为IGBT、MOSFET、SCR等。
2.根据权利要求1所述H桥和半H桥通用电路模块，其特征在于，所述可控功率半导体器件为IGBT，所述四个二极管(Dl D4)分别反并联在四个IGBT (T1 T4)的集电极和发射极之间，第一 IGBT (Tl)的发射极和第二 IGBT (Τ2)的集电极相连，第三IGBT (Τ3)的发射极和第四IGBT (Τ4)的集电极相连，第一 IGBT (Tl)的集电极和第一电解电容(Cl)的正极相连，第二 IGBT (Τ2)的发射极和第一电解电容(Cl)的负极相连，第三IGBT (Τ3)的集电极和第二电解电容(C2)的正极相连，第四IGBT (Τ4)的发射极和第二电解电容(C2)的负极相连，第一双向可控开关(Si)的两端分别和第一 IGBT (Tl)的集电极和第三IGBT (Τ3) 的集电极相连，第二双向可控开关(S2)的两端分别和第二 IGBT (Τ2)的发射极和第四IGBT (Τ4)的发射极相连，第三双向可控开关(S3)的两端分别和第二 IGBT (Τ2)的发射极和第四 IGBT (Τ4)的集电极相连，单刀双掷开关(Kl)第一开关触点(Ka)和第四IGBT (Τ4)的集电极相连，第二开关触点(Kb)和第四IGBT (T4)的发射极相连，第一 IGBT (Tl)的发射极作为第一输出端子(A)，单刀双掷开关Kl的刀片作为第二输出端子(B)。
3.根据权利要求1所述H桥和半H桥通用电路模块，其特征在于，所述可控功率半导体器件为M0SFET，四个二极管(Dl D4)分别反并联在四个MOSFET (T1 T4)的漏极和源极之间，第一 MOSFET (Tl)的源极和第二 MOSFET (Τ2)的漏极相连，第三MOSFET (Τ3)的源极和第四MOSFET (Τ4)的漏极相连，第一 MOSFET (Tl)的漏极和第一电解电容(Cl)的正极相连， 第二 MOSFET (Τ2)的源极和第一电解电容(Cl)的负极相连，第三MOSFET (Τ3)的漏极和第二电解电容(C2)的正极相连，第四MOSFET (Τ4)的源极和第二电解电容(C2)的负极相连， 第一双向可控开关(Si)的两端分别和第一 MOSFET (Tl)的漏极和第三MOSFET (Τ3)的漏极相连，第二双向可控开关(S2)的两端分别和第二 MOSFET (Τ2)的源极和第四MOSFET (Τ4) 的源极相连，第三双向可控开关(S3)的两端分别和第二 MOSFET (Τ2)的源极和第四MOSFET (Τ4)的漏极相连，单刀双掷开关(Kl)第一开关触点(Ka)和第四MOSFET (Τ4)的漏极相连， 第二开关触点(Kb)和第四MOSFET (T4)的源极相连，第一 MOSFET (Tl)的源极作为第一输出端子(A)，单刀双掷开关(Kl)的刀片作为第二输出端子(B)。
4.根据权利要求1所述H桥和半H桥通用电路模块，其特征在于，所述可控功率半导体器件为SCR，四个二极管(DfD4)分别反并联在四个SCR (ΤΓΤ4)的阳极和阴极之间，第一 SCR (Tl)的阴极和第二 SCR (Τ2)的阳极相连，第三SCR (Τ3)的阴极和第四SCR (Τ4)的阳极相连，第一 SCR (Tl)的阳极和第一电解电容(Cl)的正极相连，第二 SCR (Τ2)的阴极和第一电解电容(Cl)的负极相连，第三SCR (Τ3)的阳极和第二电解电容(C2)的正极相连， 第四SCR (Τ4)的阴极和第二电解电容(C2)的负极相连，第一双向可控开关(Si)的两端分别和第一 SCR (Tl)的阳极和第三SCR (Τ3)的阳极相连，第二双向可控开关(S2)的两端分别和第二 SCR (Τ2)的阴极和第四SCR (Τ4)的阴极相连，第三双向可控开关(S3)的两端分别和第二 SCR (Τ2)的阴极和第四SCR (Τ4)的阳极相连，单刀双掷开关(Kl)第一开关触点 (Ka)和第四SCR (Τ4)的阳极相连，第二开关触点(Kb)和第四SCR (T4)的阴极相连，第一 SCR (Tl)的阴极作为第一输出端子(A)，单刀双掷开关(Kl)的刀片作为第二输出端子(B)。
全文摘要
本发明公开了一种H桥和半H桥通用电路模块，它包括四个可控功率半导体器件、四个二极管、三个双向可控开关、一个单刀双掷开关和两个电解电容；双向可控开关可以为双向可控硅、电磁继电器等；可控功率半导体器件可以为IGBT、MOSFET、SCR等；本发明H桥和半H桥通用电路模块既能作为H桥工作，又能作为半H桥工作，几乎适用于所有的级联型多电平电力电子设备。H桥和半H桥的转换不需要改接线，只需要改变一位控制开关量就能实现，非常方便，非常适用于既能级联H桥，又能级联半H桥的电力电子设备。
文档编号H02M1/20GK102545566SQ20121000069
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者周月宾, 梁一桥, 江道灼, 胡鹏飞, 郭捷 申请人:浙江大学