[發(fā)明專利]用于根據(jù)需要暫時(shí)承擔(dān)能量傳輸或分配設(shè)備的電流的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710234358.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107070191B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·雅各布;M·格斯克;K·延斯;J·盧茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣能源能量變換技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/34
• 分類號(hào): H02M1/34
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;姜甜

實(shí)現(xiàn)一種根據(jù)需要將電流從第一線路支路換向到另外的第二線路支路的裝置，其具有多個(gè)彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)布置在第二線路支路中的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和驅(qū)控多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)控單元。驅(qū)控單元設(shè)立成，分別將提高的驅(qū)控電壓(其大小高于針對(duì)持續(xù)運(yùn)行來(lái)規(guī)定的最大允許的驅(qū)控電壓)施加到多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件上，以便導(dǎo)通地連接或保持多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，和引起通過(guò)它們的提高的通過(guò)電流，其電流強(qiáng)度至少相應(yīng)于兩倍的額定運(yùn)行電流。驅(qū)控單元還設(shè)立成，在多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件傳導(dǎo)提高的通過(guò)電流期間，在分別設(shè)置的短的接通持續(xù)時(shí)間之后通過(guò)關(guān)斷驅(qū)控電壓又切斷多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。由此，裝置可以針對(duì)運(yùn)行中的更高功率來(lái)設(shè)計(jì)，或在給定的運(yùn)行功率下可以減小裝置的半導(dǎo)體面積和結(jié)構(gòu)尺寸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)需要暫時(shí)承擔(dān)能量傳輸設(shè)備或能量分配設(shè)備的電流的裝置，并且特別是涉及一種這樣的裝置，其具有多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，這些功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)地布置在以下線路支路中，電流應(yīng)根據(jù)需要換向到該線路支路上。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件，諸如IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、BIGT（雙模式絕緣柵極晶體管）、MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）和類似的，還被用于對(duì)電壓和電流進(jìn)行整流和逆變。為此，合適的變流器通常具有多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。已知有以用于不同應(yīng)用的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變流器用于不同的功率水平，這些應(yīng)用例如是用于將電網(wǎng)與轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動(dòng)器耦聯(lián)以及用于在兩個(gè)電網(wǎng)之間的能量交換。

隨著功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的持續(xù)發(fā)展，針對(duì)越來(lái)越高的功率范圍和電壓范圍始終期望和發(fā)展出新的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和另外的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在中壓和高壓范圍內(nèi)，例如增多地使用具有多個(gè)彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)地布置的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的變流器，以便針對(duì)相應(yīng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)高阻斷能力和/或高導(dǎo)電能力并且將電壓提高到最高水平直至高壓直流輸電（HGü）的范圍內(nèi)。也發(fā)展出模塊式多點(diǎn)變流器，它們?cè)诿總€(gè)支路中具有若干相同類型的單元或子模塊，所述單元或子模塊分別通過(guò)具有能驅(qū)控的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和用于中間存儲(chǔ)電能的內(nèi)部電容器的橋式電路來(lái)形成。通過(guò)模塊式結(jié)構(gòu)方式，變流器是能針對(duì)不同的功率和應(yīng)用單獨(dú)地?cái)U(kuò)展的。模塊式多點(diǎn)變流器例如由DE 101 03 031 A1、DE 10 2010 046 142 A1或EP1 497 911 B1公知。

在非常高的功率范圍中，針對(duì)半導(dǎo)體功率器件需要越來(lái)越大的半導(dǎo)體面積，所述越來(lái)越大的半導(dǎo)體面積相應(yīng)地決定了變流器的大的結(jié)構(gòu)體積和高成本。用于冷卻和驅(qū)控變流器的耗費(fèi)也大幅上升。存在如下應(yīng)用，在所述應(yīng)用中變流器雖然在高功率情況下但僅在相對(duì)短的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)使用。存在有如下期望，即，針對(duì)這些應(yīng)用提高能傳輸?shù)墓β剩惶岣哂糜陔娐费b置和控制變流器的耗費(fèi)。相反地存在如下期望，即，在變流器的針對(duì)這樣的應(yīng)用的給定的高額定功率的情況下，減小功率開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體面積并且減少用于實(shí)施和運(yùn)行變流器的成本和耗費(fèi)，或者更好地充分利用功率半導(dǎo)體器件。

除了變流器之外存在大量其他應(yīng)用，其中使用多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，以便可以實(shí)現(xiàn)高電流負(fù)載和高反向電壓。例如，在用于給馬達(dá)饋電的變頻器中使用所謂的“制動(dòng)斬波器”，用以監(jiān)控和控制中間回路電壓。在這樣的馬達(dá)的制動(dòng)過(guò)程中，發(fā)電電流可以經(jīng)過(guò)馬達(dá)側(cè)的變流器流回到中間回路中，并且引起中間回路電壓高于允許值。如果中間回路電壓高于閾值電壓，則暫時(shí)電子式地接通制動(dòng)斬波器，在該制動(dòng)斬波器上聯(lián)接有所謂的制動(dòng)電阻，該制動(dòng)電阻將中間回路中的多余能量轉(zhuǎn)化成熱能并且因此限制了最大的中間回路電壓。該過(guò)程在需要時(shí)反復(fù)進(jìn)行。針對(duì)高功率范圍，在這里同樣可能需要的是，制動(dòng)斬波器的電子開(kāi)關(guān)以多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。