[發明專利]應用于GCT器件門極驅動的電源管理電路

在審

• 申請號: 201810002287.X
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108092491A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 陳政宇;曾嶸;余占清;趙彪;宋強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M1/06
• 分類號: H02M1/06
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 王沖;吳鑫

一種應用于GCT器件門極驅動的電源管理電路，包括第一電源模塊，為GCT器件的關斷模塊、開通模塊、監控與通信模塊等模塊進行供電；第二電源模塊，用于對GCT器件的上電啟動和斷電過程中的電源進行管理；第三電源模塊，用于提供上、下相鄰級GCT器件的第一電源模塊的備用電源，對相鄰GCT器件進行隔離供電。這種電源管理電路滿足GCT門極驅動單元從GCT器件高壓側主電路直接取電的需求，從而不需要從低電位對GCT的門極驅動單元進行高壓隔離供電，大大降低了器件體積和成本，提供多種備用供電方式，提高了可靠性。增加上電、斷電過程的供電管理策略，有效防止過程中的電壓擊穿。

技術領域

本發明屬于電力技術領域，涉及到電力電子器件，特別涉及一種應用于GCT器件門極驅動的電源管理電路。

背景技術

門極換流晶閘管GCT(Gate Commutated Thyristor)器件作為一種大功率半導體開關器件，以門極換流關斷技術為特色，兼有晶閘管(SCR)和門極可關斷晶閘管(GTO)低通態壓降以及IGBT穩定的動態和靜態關斷性能等優點。

現有應用于GCT器件(如IGCT、ETO等)的門極驅動，如圖1所示，其電路模塊主要包括電源管理電路模塊、開通模塊、關斷模塊、監控與通信模塊等。GCT器件的關斷模塊中存在幾十mF的預充電電容組，在關斷狀態下，該電容組與GCT的門極、陰極并聯連接，使門極、陰極間電壓保持反向偏置，從而保證GCT的陽極、陰極可以耐受額定的直流電壓或暫態電壓。如若門極、陰極間電壓不滿足一定的反向偏置條件，則GCT的耐受電壓及電壓變化率將不能達到額定耐壓值。電源管理電路為關斷模塊的幾十mF電容組、開通模塊、監控與通信模塊等進行供電。

GCT門極驅動的上電啟動過程需要將電容組充電至預設電壓閾值(如20V)。由于電源管理電路充電功率有限，現有GCT典型的門極驅動上電啟動過程一般需要3-5秒。在充電過程中應保證GCT處于關斷狀態，并且陽極、陰極間不能施加較高電壓或電壓變化率，否則可能導致GCT過壓擊穿損壞。因此，在GCT的應用中，需要先完成GCT門極驅動上電過程，再將陽極、陰極之間施加高壓電。相應的，應在陽極、陰極之間電壓下降至一定值后，才可以斷開GCT門極驅動電源。這也就決定了GCT的門極驅動不能從陽極、陰極之間直接取電，而是需要利用低電位的其他電源回路，對GCT門極驅動單元進行高壓隔離供電。

另外，在現有電源管理電路的條件下，一旦外部電源出現故障，門極驅動將立即無法正常工作，造成GCT所應用的系統出現故障。

現有技術的這種門極驅動的電源管理電路嚴重限制了GCT的應用，尤其是在高壓領域，隨著電壓等級的提高，對GCT門極驅動單元供電的隔離電壓等級不斷提高，極大地增加了器件體積和供電的成本，降低了可靠性。

發明內容

解決現有技術方案的缺陷與不足，本發明提出一種應用于GCT器件的門極驅動的新型電源管理電路。

技術方案如下：

一種應用于GCT器件門極驅動的電源管理電路，連接外部電源，包括：

第一電源模塊，為所述GCT器件門極驅動的關斷模塊、開通模塊和監控與通信模塊進行供電；

第二電源模塊，電耦接所述第一電源模塊，用于對所述GCT器件的上電啟動和斷電過程中的電源進行管理，并利用所述GCT器件的陽極、陰極間電壓對所述第一電源模塊進行備用供電；

所述第一、二電源模塊電耦接外部電源，所述外部電源為所述第一、二電源模塊供電。

進一步包括第三電源模塊，電耦接上、下相鄰級GCT器件的第一電源模塊，用于提供上、下相鄰級GCT器件的第一電源模塊的備用電源，對所述相鄰GCT器件進行備用隔離供電；所述第一電源模塊電耦接所述第三電源模塊，為所述第三電源模塊供電。