[發(fā)明專利]切換導(dǎo)體器件的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480021317.1
• 申請日: 2014-02-07
• 公開（公告）號: CN105122648A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: W·克魯克斯
• 申請（專利權(quán)）人: 阿爾斯通技術(shù)有限公司
• 主分類號: H03K17/10
• 分類號: H03K17/10;H03K17/16
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 李靜;張浴月

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)通半導(dǎo)體器件的方法，導(dǎo)通串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件組中的多個半導(dǎo)體器件的方法，以及用于導(dǎo)通半導(dǎo)體器件的電路。本發(fā)明還涉及關(guān)斷多個半導(dǎo)體器件的方法，關(guān)斷串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件組中的多個半導(dǎo)體器件的方法，以及用于關(guān)斷半導(dǎo)體器件的電路。

背景技術(shù)

在輸電網(wǎng)絡(luò)中，交流(AC)電力通常被轉(zhuǎn)換成直流(DC)電力用于經(jīng)由架空線路和/或海底電纜傳輸。此轉(zhuǎn)換不需要補償由傳輸線路或電纜所施加的AC電容性負載的影響，由此減少了線路和/或電纜的每公里成本。從而當(dāng)需要長距離傳輸電力時，從AC到DC的轉(zhuǎn)換變得具有成本效益。

從AC到DC的電力轉(zhuǎn)換還用于有必要互連運行于不同頻率的AC網(wǎng)絡(luò)的輸電網(wǎng)絡(luò)中。在任何這樣的輸電網(wǎng)絡(luò)中，在AC和DC電力的每個交接處均需要轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)換。

電壓源轉(zhuǎn)換器通常采用開關(guān)來執(zhí)行為將AC電力轉(zhuǎn)換到DC電力所必需的整流和逆變過程，或進行相反過程。這些開關(guān)可以包括半導(dǎo)體器件，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，以改進電壓源轉(zhuǎn)換器的效率和開關(guān)能力。然而，相對于在高壓直流(HVDC)電力傳輸中使用的高壓，這樣的半導(dǎo)體器件的額定低壓需要使用成串聯(lián)堆疊結(jié)構(gòu)的多個半導(dǎo)體器件，使得串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件的組合額定電壓能夠支持這樣的高壓。

當(dāng)在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換時，重要的是每個串聯(lián)堆疊結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體器件同時切換，使得在電壓源轉(zhuǎn)換器運行期間的任何時候，施加到半導(dǎo)體器件兩端的電壓不超過其單個額定電壓。所以存在切換得太早或太遲的半導(dǎo)體器件將承受超過其單個額定電壓的施加電壓的風(fēng)險。

WO97/43832公開了一種控制IGBT的關(guān)斷的方法，以提供對切換串聯(lián)堆疊結(jié)構(gòu)中的單個IGBT的時間的控制。該方法包括以下步驟：在接收到關(guān)斷信號時，施加一電壓到所述IGBT的柵極，該電壓的水平保持電流流過所述IGBT同時允許所述IGBT兩端的電壓升高到預(yù)定水平，并且在預(yù)定時間段以后，施加電壓功能(voltagefunction)到所述IGBT的柵極來關(guān)斷所述IGBT。

WO2008/032113涉及用于例如為IGBT和MOSFET的MOS柵控功率半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的控制方法和電路。在該控制方法中，半導(dǎo)體開關(guān)器件兩端的電壓變化大致跟蹤所述二極管兩端的電壓變化，以避免電壓過沖。

通過在每個半導(dǎo)體器件的柵極端和集電極端之間連接瞬變電壓抑制器(TVS)，可以保護每個半導(dǎo)體器件免受過電壓導(dǎo)致的損害。當(dāng)集電極端和發(fā)射極端之間的電壓(即集電極-發(fā)射極電壓)超過TVS開始導(dǎo)通的電壓時，電流將從集電極端流到柵極端，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體器件導(dǎo)通，因此限制了過電壓的程度。

然而，上面并沒有關(guān)注電壓如何在串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件之間分配，并且因此單個半導(dǎo)體器件仍然可能承受超過其單個額定電壓的外加電壓。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通方法，所述半導(dǎo)體器件包括柵極端、集電極端和發(fā)射極端，該方法包括步驟：

(i)在接收到導(dǎo)通信號時，施加電壓到所述半導(dǎo)體器件的所述柵極端來將所述半導(dǎo)體器件的集電極-發(fā)射極電壓降低到第一預(yù)定電壓平臺水平，并且保持該電壓至所述半導(dǎo)體器件的所述柵極端以預(yù)定時間段；

(ii)在所述預(yù)定時間段之后，控制施加到所述半導(dǎo)體器件的所述柵極端的電壓來以變化的斜率改變所述集電極-發(fā)射極電壓，直到所述集電極-發(fā)射極電壓達到預(yù)定電壓水平，對施加到所述半導(dǎo)體器件的所述柵極端用以改變所述集電極-發(fā)射極電壓的電壓進行的這種控制包括：

將所述集電極-發(fā)射極電壓降低到第二預(yù)定電壓平臺水平；

將所述集電極-發(fā)射極電壓保持在第二預(yù)定電壓平臺水平，以調(diào)節(jié)所述半導(dǎo)體器件在使用中所位于的電路中的電流的變化速率；以及

將所述集電極-發(fā)射極電壓降低到所述半導(dǎo)體器件處于其導(dǎo)通狀態(tài)的電壓水平；以及

(iii)控制施加到所述半導(dǎo)體器件的所述柵極端的電壓來將所述集電極-發(fā)射極電壓保持在所述預(yù)定電壓水平。