[發(fā)明專利]半導(dǎo)體開關(guān)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580065924.2
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN107005146B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C.C.戴維森
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電器技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/34;H03K17/0814;H03K17/10
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄭浩;付曼

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體開關(guān)電路，用于HVDC電力轉(zhuǎn)換器中，包括：主半導(dǎo)體開關(guān)元件(12)，主半導(dǎo)體開關(guān)元件(12)包括第一和第二連接端子(14，16)，當(dāng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件(12)被接通時電流在第一和第二連接端子之間從第一連接端子(14)流向第二連接端子(16)，主半導(dǎo)體開關(guān)元件(12)具有電連接在其第一和第二連接端子(14，16)之間的輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)；以及控制單元(30)，控制單元(30)與輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)操作連接，控制單元(30)被編程以在給定的操作周期中控制輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)的切換，從而在與其關(guān)聯(lián)的第一和第二連接端子(14，16)之間選擇性創(chuàng)建備選電流路徑(32)，由此電流被轉(zhuǎn)移以通過備選電流路徑(32)流動，以降低主半導(dǎo)體開關(guān)元件(12)兩端的電壓，其中，在給定的操作周期中輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)的切換創(chuàng)建備選電流路徑(32)包括以以下的至少兩者操作輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)：(i)完全導(dǎo)通模式，其中，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)在其最大的額定基極電流或柵極電壓下操作；(ii)脈沖開關(guān)模式，其中，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)被接通和關(guān)斷；以及(iii)有源模式，其中，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件(28)以連續(xù)可變的基極電流或柵極電壓操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用在高壓直流(HVDC)電力變換器(power converter)中的半導(dǎo)體開關(guān)電路。

背景技術(shù)

在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流(AC)電通常被轉(zhuǎn)換成直流(DC)電以經(jīng)由架空線和/或海底電纜傳輸。這種轉(zhuǎn)換消除了對由傳輸線或電纜強加的AC電容負載效應(yīng)補償?shù)男枰⑶医档土嗣壳拙€路和/或電纜的成本，因此在需要遠距離傳輸時是有成本效益的。

使用HVDC電力轉(zhuǎn)換器將AC電轉(zhuǎn)換成DC電。半導(dǎo)體開關(guān)元件，諸如晶閘管是HVDC電力轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件，并充當(dāng)可控整流器將AC電轉(zhuǎn)換成DC電，反之亦然。

盡管這些半導(dǎo)體開關(guān)元件具有非常高的擊穿電壓(breakdown voltages)，能夠承載大電流負載，但即便是來自相同批次的半導(dǎo)體開關(guān)元件表現(xiàn)出不同的性能特性。這在操作包括半導(dǎo)體開關(guān)元件的例如HVDC電力轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生了困難。

此外，許多半導(dǎo)體開關(guān)元件在其性能上具有固有限制，這需要在例如HVDC電力轉(zhuǎn)換器中包括大的、重的和難以設(shè)計的補償部件(remedial components)以補償這些缺點。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用在HVDC電力轉(zhuǎn)換器中的半導(dǎo)體開關(guān)電路，包括：

主半導(dǎo)體開關(guān)元件，所述主半導(dǎo)體開關(guān)元件包括第一和第二連接端子，當(dāng)所述主半導(dǎo)體開關(guān)元件被接通時電流在第一和第二連接端子之間從所述第一連接端子流向所述第二連接端子流動，所述主半導(dǎo)體開關(guān)元件具有電連接在其所述第一和第二連接端子之間的輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件；以及

控制單元，所述控制單元與所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件操作連接，所述控制單元被編程以在給定的操作周期中控制所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件的切換，從而在與其關(guān)聯(lián)的所述第一和第二連接端子之間選擇性創(chuàng)建備選電流路徑(alternative current path)，由此電流被轉(zhuǎn)移以通過所述備選電流路徑流動，以降低所述主半導(dǎo)體開關(guān)元件兩端的電壓，

其中，在給定的操作周期中控制所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件的切換，從而創(chuàng)建備選電流路徑包括以以下的至少兩者操作所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件：

(i)完全導(dǎo)通模式，其中，所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件在其最大的額定基極電流或柵極電壓下操作；

(ii)脈沖開關(guān)模式，其中，所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件被接通和關(guān)斷；以及

(iii)有源模式，其中，所述輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件以連續(xù)可變的基極電流或柵極電壓操作。