[發明專利]有源緩沖器

有效

• 申請號: 201580062853.0
• 申請日: 2015-11-16
• 公開（公告）號: CN107078629B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: A·布萊恩特
• 申請（專利權）人: 賴茵豪森機械制造公司
• 主分類號: H02M1/34
• 分類號: H02M1/34;H02M1/088;H02M7/487
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 曹瑾

本發明一般涉及用于功率變換器的相腳的切換單元和控制功率變換器來驅動負載的方法，并且更具體地涉及多個這樣的切換單元、用于功率變換器的相臂、功率變換器相腳，涉及用于驅動負載的功率變換器，以及制造功率變換器的方法。用于功率變換器的相腳的切換單元可以包括：用于傳導用于驅動負載的電流的功率開關；與所述功率開關并聯耦合的換向路徑，所述換向路徑包括串聯耦合的單元電容器和輔助開關，所述輔助開關被配置為允許控制所述換向路徑的導通狀態；以及耦合到所述功率開關和所述換向路徑的耦合部的單元電感器，其中所述切換單元包括用于接收控制信號的至少一個控制輸入線，所述至少一個控制輸入線被配置為驅動所述功率開關的控制端子和所述輔助開關的控制端子。

技術領域

本發明一般涉及用于功率變換器的相腳的切換單元和控制功率變換器來驅動負載的方法，并且更具體地涉及多個這樣的切換單元、功率變換器的相臂、功率變換器相腳，涉及用于驅動負載的功率變換器，以及制造功率變換器的方法。

背景技術

寬帶隙(WBG)功率半導體器件正在接近某些功率電子變換器應用中的商業采用點。它們具有比硅更大的帶隙，引起增加的擊穿電場強度和增加的最大結溫。

對于給定的擊穿電壓，增加的電場強度導致較窄的漂移區域；這可能產生的優點是，例如：(i)降低導通狀態電壓降(針對歸一化區域的電阻)，從而降低傳導損耗；和/或(ii)更快的切換，從而降低切換損耗。增加的運行結溫也是潛在的益處，盡管現有的器件封裝在典型的可變負載條件下不能承受由此造成的嚴重的溫度循環。

雖然減少的傳導損耗可能是最直接的益處，但是大大增加的切換速度(并且因此降低的切換損耗和/或增加的功率變換器切換頻率)通常只有在換向電感從在基于IGBT的變換器中發現的典型電平大大降低時可以被利用。使用擊穿電壓為例如1200或1700V的功率器件，對于低壓變換器(例如，690V ac電源)，這可能在30nH的區域內。實際上，即使現有的IGBT有時也必須放慢到足夠降低電感電壓過沖電平；使用WBG器件(例如，具有相同額定擊穿電壓的SiCMOSFET)直接代替這些器件通常需要實現相同的切換速度，這可能導致WBG器件切換損耗的顯著增加，這可能使其采用毫無意義。

為了利用WBG器件的潛力，可以考慮開發具有非常小的換向電感(優選地小于幾個nH)的開關電路，以允許快速切換發生，而不會導致大的電壓過沖。然而，這樣的副作用可能是非常快的di/dt和dv/dt切換邊緣，后者也是在電機驅動中采用的問題。此外，由于所需的高度緊湊的布局，在現有的幾千瓦以上的變換器設計中，非常小的換向電感可能是并不能夠實現的。

因此，如果在高功率變換器(例如，100kW及以上)中采用WBG器件，則需要應對現有的換向電感并遞送符合現有IGBT切換的明顯的dv/dt的能力。此外，為了幫助市場的采用，這些器件將優選地能夠在類似于當前使用的封裝(例如EconoDual/Pack(TM)、PrimePack(TM)、HPM)中使用，以避免在變換器設計中必須完全從零開始。

功率變換器領域繼續提供對切換拓撲的需求，切換拓撲可以例如允許更大的能量效率、改進的可靠性、更低的成本、緊湊的設計、標準功率變換器封裝的適用性、快速和/或低切換損耗操作(例如在存在到外部電容器的相對大的電感的情況下)、增加的功率變換器切換頻率、較低的傳導損耗、高的最高操作溫度、高的DC供電電壓，例如相對于功率切換器件擊穿電壓，降低的電壓過沖、對具有繞組的電感負載(例如電機)改進的保護等。

發明內容