[发明专利]功率开关器件串联限压电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种限压电路，尤其涉及一种对串联应用的每个功率开关器件两端电压进行自动幅度限定的电路，同时具有能量回收功能的限压电路。

背景技术

电网提供给用户的电能形式通常是工频(50Hz或60Hz)交流电能，而用户实际使用的却千差万别，如使用直流电的(如电解铝)、有使用高频交流的(如感应加热)，有需要频率电压可调的(如电动机变频调速)等等，所以经常需要用变流器进行电能变换。其中功率开关器件是变流器的核心部件，是实现电能变换的常用和有效手段。

限于目前半导体工业的水平，例如目前可以批量提供的绝缘栅双极晶体管IGBT的耐压限值为1700伏、3300伏等级，还无法用单个功率开关器件直接处理高电压，如10千伏、500千伏等，同时也由于低压功率开关器件的成本较低，因此，实际应用中常常将低压功率开关器件串联起来，使用多只串联来解决耐压不足的问题。由于功率开关器件和其控制电路的参数具有离散性，包括温度敏感性和时变性，功率开关器件的开通过程、关断过程的时间长短可能不一致，会造成功率开关器件串联支路中，开通过程较长、关断过程较短的功率开关器件承受较高的电压，截止时器件漏电流小的承受较高的电压。较高的电压对功率开关器件工作不利，甚至超过功率开关器件的耐压限值而导致其击穿损坏。所以，功率开关器件串联应用时，需要采取特别措施，限制其两端电压在安全的范围内，比如在其耐压限值的70％以内。

针对功率开关器件串联应用，目前使用的技术方法是在每个功率开关器件上并联一个动静态均压吸收单元电路，该单元电路由二极管、电容、并联稳压电路构成，可以实现电压限制功能。如中国发明专利申请“一种能自动均压的串联式功率开关桥臂”(申请号：01108712.9)，公布了一种功率开关器件两端电压的限制电路，其电路形式如图1所示。

现有使用技术方法存在如下缺陷：第一，一个功率开关器件对应一个并联稳压电路，并联稳压电路使用的数量多，元件个数多，利用率较低。第二，而且每个并联稳压电路需要独立调试，改变稳压值时，需要改动所有的并联稳压电路，工作量大。第三，并联稳压电路采用能量消耗型设计，需要消耗电能，导致应用此技术的整机效率下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中，并联稳压电路使用的数量多，元件个数多，利用率较低，同时，每个并联稳压电路需要独立调试，改变稳压值时，需要改动所有的并联稳压电路，工作量大的技术问题。本发明还克服现有技术中，并联稳压电路采用能量消耗型设计，需要消耗电能，导致应用此技术的整机效率下降等技术问题。

本发明的技术方案是：提供一种功率开关器件串联限压电路，包括由多个功率开关器件Q1～Qn组成的功率开关器件串联支路，所述功率开关器件包括控制端、高端SD和低端WD，所述功率开关器件串联支路中，多个功率开关器件Q1～Qn串联方式为一个功率开关器件的高端SD与另一个功率开关器件的低端WD依次串联，其特征在于，还包括多个能量暂存电路K1～Kn，每个功率开关器件并联一个能量暂存电路，所述能量暂存电路K1～Kn分别包括箝位二极管D1～Dn、储能电容C1～Cn、静态均压电阻R1～Rn、储能返回端CF1～CFn，每一个能量暂存电路中，所述储能电容和静态均压电阻并联后形成储能返回端再与所述箝位二极管串联，还包括对所述功率开关器件串联支路进行限压的集中限压电路H，所述集中限压电路H包括限压功能电路U以及多个将所述相应能量暂存电路K暂存的能量集中的能量集中二极管JD2～JDn，所述多个能量集中二极管JD2～JDn的阳极、阴极依次串联，所述多个能量集中二极管JD2～JDn的阳极分别与储能返回端CF2～CFn相连，所述能量集中二极管JD2的阴极与能量返回端CF1相连。

本发明的进一步技术方案是：所述能量暂存电路中，储能电容和静态均压电阻并联后，一端与箝位二极管的阴极连接形成储能返回端，另一端连接到与所述能量暂存电路并联的功率开关器件的低端WD，所述箝位二极管的阳极连接到与所述能量暂存电路并联的功率开关器件的高端SD。

本发明的进一步技术方案是：所述能量暂存电路中，储能电容和静态均压电阻并联后，一端与箝位二极管的阳极连接形成储能返回端，另一端连接到与所述能量暂存电路并联的功率开关器件的高端SD，所述箝位二极管的阴极连接到与所述能量暂存电路并联的功率开关器件的低端WD。