[发明专利]一种功率开关串联电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率开关的串联技术，尤其涉及功率开关串联电路的设计和控制方法。

背景技术

当前，在高压大功率变换器中，对于功率器件要求具有较高的耐压值，但单个的功率器件显然无法满足这一要求。现有的一种解决方式是，使用多个功率开关器件直接串联。例如，功率开关器件可以是晶闸管、门控可关断晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，它们可应用于高压直流电路、静态可变补偿器和高压逆变器等电子设备中。

但是，采用晶闸管、门控可关断晶闸管等传统器件进行串联连接时，功率损耗大、开关速度慢，因而无法在PWM变流装置中得到广泛应用。相比之下，IGBT作为上世纪八十年代出现的一种新型半导体功率器件，不仅具有电压控制输入特性、低阻通态输出特性，而且IGBT的开关速度很快，完全能够满足PWM变流技术的要求。另一方面，尽管串联电路中各IGBT指标、栅极控制信号电路完全相同，但由于各IGBT的性能、开关速度的差异，栅极控制信号线路元器件参数的不一致，线路存在分布电感、分布电容等因素，往往会造成IGBT的开关动作不一致，进而造成个别IGBT器件在开关瞬间，集电极与发射极之间的电压超过其额定的耐压值，损坏该功率器件。

有鉴于此，如何对现有的功率开关串联电路进行改进，以便在电路出现异常情形时能够快速地保护功率开关，提升串联电路的运行可靠性，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的功率开关串联电路在使用时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型的功率开关串联电路及其控制方法。

依据本发明的一个方面，提供一种功率开关串联电路，该功率开关串联电路包括：

多个串联模块，相邻的串联模块间通过各自的功率开关串联连接，并且所述多个串联模块中的至少一串联模块包括：

一功率开关，具有一第一端、一第二端和一第三端，所述第一端用于控制所述功率开关导通或关断，所述第二端连接至相邻的一串联模块中的功率开关，以及所述第三端连接至相邻的另一串联模块中的功率开关；以及

一检测模块，包括一检测单元和一隔离单元，所述检测单元用于检测所述功率开关的第二端和第三端之间的电压是否过压，以及所述隔离单元根据所检测的电压输出一电压检测信号；

一控制模块，电性连接至所述隔离单元，用于接收所述电压检测信号并输出与所述电压检测信号相对应的一控制信号；以及

一驱动模块，电性连接至所述控制模块，用于将所述控制信号进行放大处理，以驱动每一串联模块中的功率开关导通或关断；

其中，当所检测的电压高于一第一阈值电压时，所述电压检测信号为一过压信号，并且所述控制模块输出与所述过压信号相对应的控制信号，以便关断每一串联模块中的功率开关。

优选地，所述隔离单元为一光耦合器。更优选地，所述光耦合器包括一发光半导体和一受光半导体，所述发光半导体与所述检测单元串联连接，以及所述受光半导体连接至所述控制模块。进一步，所述光耦合器为一高速光耦合器。

优选地，当所述功率开关的第二端和第三端之间的电压高于所述第一阈值电压时，所述检测单元电性导通以耦接至所述隔离单元。

优选地，所述至少一串联模块还包括一均压模块，该均压模块包括一电阻，跨接于所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率开关进行静态均压。

优选地，所述至少一串联模块还包括一电容及一二极管，所述电容包含第一端和第二端，所述二极管包含正极和负极，所述电容的第一端耦接于所述二极管的负极，所述二极管的正极和所述电容的第二端跨接于所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率开关进行动态均压。

优选地，所述至少一串联模块还包括一箝位电路，设置于所述电容和所述检测模块之间，用于将反映所述功率开关的第二端和第三端间的电压箝位至一第二阈值电压，其中，所述第二阈值电压低于所述第一阈值电压。

优选地，该电压检测信号经由光纤传送至所述控制模块。

优选地，多个串联模块中的每一串联模块均包括该检测模块。