[發(fā)明專利]電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110497556.6
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113271012B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉基業(yè);鄭澤東;李馳;張志學;陳濤;蘇亮亮
• 申請（專利權）人: 清華大學;中車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權代理有限公司 11245
• 代理人: 宋學康

1.一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲，其特征在于，用于提高所述電力電子器件的耐電壓水平，包括串聯(lián)在一起的N個電力電子器件；所述N為偶數(shù)，且大于等于四；第N/2個電力電子器件和第N/2 + 1 個電力電子器件的連接處為負載端；

每個所述電力電子器件的兩端均并聯(lián)實現(xiàn)靜態(tài)電壓均衡的電阻；

在所述串聯(lián)在一起的N個電力電子器件的兩端并聯(lián)N/2個串聯(lián)在一起的半橋母線電容；在不包括首尾2個電力電子器件的剩余的N-2個電力電子器件中，以所述負載端為中間點的鏡像對稱關系下，每M個電力電子器件兩端并聯(lián)M/2個串聯(lián)在一起的鉗位電容；所述M為偶數(shù)，且小于等于N-2；

在不包括首尾2個電力電子器件的剩余的N-2個電力電子器件中，以所述負載端為中間點的鏡像對稱關系下，每K個電力電子器件之間并聯(lián)K/2個串聯(lián)在一起的在動態(tài)過程中提供電流路徑的二極管；所述K為偶數(shù)，且小于等于N-2；所述在動態(tài)過程中提供電流路徑的二極管的導通電流方向與所述電力電子器件導通電流的方向相反；

在所述串聯(lián)在一起的不包括首尾2個電力電子器件的N-2個電力電子器件中的每個電力電子器件兩端并聯(lián)一個補償電荷的器件；

所述補償電荷的器件為電容或者二極管；當所述補償電荷的器件為二極管時，所述補償電荷的二極管的導通電流的方向與所述電力電子器件導通電流的方向相反。

2.根據(jù)權利要求1所述的電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲，其特征在于，所述電力電子器件包括IGBT或MOSFET。

3.如權利要求1所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，包括所述N個電力電子器件不進行開通和關斷動作的靜態(tài)，如下：

當所述負載端到所述串聯(lián)在一起的N個電力電子器件中的首端之間的T個電力電子器件均處于開通狀態(tài)時，剩余的N-T個電力電子器件承受的電壓為母線電壓的一半，提高了所述間接串聯(lián)拓撲的耐電壓水平；所述T等于N/2；

當所述負載端到所述串聯(lián)在一起的N個電力電子器件中的尾端之間的P個電力電子器件均處于開通狀態(tài)時，剩余的N-P個電力電子器件承受的電壓為母線電壓的一半，提高了所述間接串聯(lián)拓撲的耐電壓水平；所述P等于N/2；

當所述N個電力電子器件均處于關斷狀態(tài)時，每個所述電力電子器件承受的電壓為母線電壓除以N，提高了所述間接串聯(lián)拓撲的耐電壓水平。

4.如權利要求1所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，包括所述電力電子器件處于動態(tài)過程，如下：

控制距離所述負載端最遠的電力電子器件，到距離所述負載端最近的電力電子器件依次關斷；

當所有電力電子器件都關斷后，再控制距離所述負載端最近的器件，到距離所述負載端最遠的器件依次導通；所述電力電子器件處于動態(tài)的控制方法，提高了所述間接串聯(lián)拓撲的耐電壓水平。

5.根據(jù)權利要求3或4所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，

所述N = 4，則依次串聯(lián)在一起的電力電子器件為S1、S2、S3和S4。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，

當所述串聯(lián)在一起的電力電子器件處于動態(tài)過程，所述負載端的電流i_o絕對值大于零，且方向為流出所述間接串聯(lián)拓撲時，或者，所述負載電流i_o絕對值大于零，且方向為流入間接串聯(lián)結構時，所述控制方法為：所述電力電子器件狀態(tài)從S1和S2導通而S3和S4關斷，切換到S3和S4導通而S1和S2關斷。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，

當所述串聯(lián)在一起的電力電子器件處于動態(tài)過程，所述負載端的電流i_o等于零時，所述控制方法包括：所述電力電子器件狀態(tài)從S1和S2導通而S3和S4關斷，切換到S3和S4導通而S1和S2關斷；或者，所述電力電子器件狀態(tài)從S3和S4導通而S1和S2關斷，切換到S1和S2導通而S3和S4關斷。

8.根據(jù)權利要求5所述的一種電力電子器件的間接串聯(lián)拓撲的控制方法，其特征在于，

當所述串聯(lián)在一起的電力電子器件處于動態(tài)過程，所述負載端的電流i_o絕對值大于零，且方向為流出所述間接串聯(lián)拓撲時，或者，所述負載電流i_o絕對值大于零，且方向為流入間接串聯(lián)結構時，所述控制方法為：狀態(tài)從S3和S4導通而S1和S2關斷，切換到S1和S2導通而S3和S4關斷。