[發明專利]一種自動限壓的功率開關器件串聯電路

無效

• 申請號: 201310265195.8
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103326550A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王達開;黃電勛
• 申請（專利權）人: 王達開;黃電勛
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 田亞軍;陳本發

技術領域

本發明涉及一種電力電子行業中的限壓電路，更具體地說，涉及一種用自動限壓的功率開關器件串聯電路。

背景技術

用PWM調制的功率開關器件串聯電路，在高壓變頻器，直流柔性輸電領域有很大的應用前景。目前絕緣柵雙極晶體管（IGBT）串聯橋臂，在3KV,?10KV高壓變頻器上已得到應用。

由于目前功率開關器件的耐壓值較低，如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的耐壓耐值為1200V,1700V,?3300V等值,在高壓電路如10KV,500KV電路中，必須數只功率開關器件串聯工作來解決耐壓問題。由于功率開關器件的參數的離散性，外在環境的差異性，附加電路的參數差異性等，使開通過程，關斷過程中，串聯電路中的每個功率開關器件承受動態電壓不一致。在開通過程中后開通的功率開關器件，以及關斷過程中先關斷的功率開關器件承受的電壓過高，超過功率開關器件的耐壓限值而損壞。

因此，在功率開關器件串聯應用時，需采取相應的措施，將其兩端電壓限定在安全工作電壓范圍內，一般將其工作承受電阻限定在最大耐壓值的70%以內。

針對功率開關器件串聯應用，目前已有多種技術方法來解決。其中的無源緩沖電路限定電壓法，應用較廣。如一種中國專利“一種能自動均壓的串聯式功率開關橋臂”（申請號01108712.9）,公布了一種功率開關器件兩端并聯的無源器緩沖器件構成的動靜態均壓電路，電路形式如圖1所示。再如一種PCT專利申請“功率開關器件串聯限壓電路”（國際申請號PCT/CN2010/078206）,公布了一種通過一次調節功率開關器件兩端并聯的電容的儲能，來自動限壓的無源器緩沖器件電路，電路形式如圖2所示。

這兩個技術的缺陷是：第一，要求無源緩沖電路的箝位二極管耐壓值與對應的功率開關器件的耐壓等級匹配。而普通TO220,TO247等封裝的二極管，工作電流可以滿足電路要求，但耐壓值達一般在2000V以下。致使串聯使用的功率開關器件的電壓等級限制在1200V,?1700V等電壓等級。如這兩項技術不適用于3300V或更高電壓的IGBT串聯使用。第二，無源緩沖電路的箝位二極管進入反向截止時的電壓,達到對應功率開關器件截止時的高電壓，加上反向電流很大，使二極管容易因超出安全工作區而損壞。第三，其中的限壓電路限壓范圍高達數千伏,使電壓采樣電路復雜,采樣精度降低。第四，其余元器件的耐壓值要求高，安全間距大。

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發明內容

本發明解決的技術問題是：構建一種自動限壓的功率開關器件串聯電路，克服現有技術功率開關器件的耐壓等級受限，箝位二極管容易損壞，功率開關器件限定電壓偏差大，元件耐壓值要求高的技術問題。

本發明的技術方案是：構建一種自動限壓的功率開關器件串聯電路，包括由多個功率開關器件Q1至Qn組成的功率開關器件串聯支路，多個集中限壓電路U，所述功率開關器件包括控制端、高端SD和低端WD，所述功率開關器件串聯支路以一個功率開關器件的高端SD連接另一個功率開關器件的低端WD的方式依次串聯，還包括進行儲能的多個儲能電路P1至Pm、多個放電二極管Dp、能量集中二極管Du，所述每個功率開關器件與所述儲能電路配合，而且至少有一個功率開關器件與所述多個儲能電路配合，與所述一個功率開關器件配合的一個儲能電路或者與所述一個功率開關器件配合的所述多個儲能電路串聯后，并聯在該功率開關器件兩端,?所述每個集中限壓電路U分別配合所述每個功率開關器件，所述集中限壓電路U的兩端分別與能量集中二極管Du和一個功率開關器件相連。

本發明的進一步技術方案是:所述儲能電路包括儲能電容C、靜態均壓電阻R、箝位二極管D，所述儲能電容C、靜態均壓電阻R并聯后與所述箝位二極管D串聯，儲能電容C的正端引出儲能返回端Cf,?儲能電容C的負端引出儲能返回端Cr,?并聯在一個功率開關器件兩端的多個串聯的儲能電路，每相鄰的兩個儲能返回端Cf之間串入放電二極管Dp，每相鄰的兩個儲能返回端Cr之間也串入放電二極管Dp。

本發明的進一步技術方案是:在與一個功率開關器件并聯的一個儲能電路中,所述儲能電路包括儲能電容C、靜態均壓電阻R、箝位二極管D,?所述儲能電容C、靜態均壓電阻R并聯后，儲能返回端Cf與所述箝位二極管D的陰極相連，儲能返回端Cr與該功率開關器件的低端WD相連,所述箝位二極管D的陽極與該功率開關器件的高端SD相連。