[实用新型]一种自动限压的功率开关器件串联高压电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种限压电路，更具体地说，涉及一种自动限压的功率开关器件串联使用的高压电路。

背景技术

用PWM调制的功率开关器件串联电路，在高压变频器，直流柔性输电领域有很大的应用前景。目前绝缘栅双极晶体管（IGBT）串联桥臂，在3KV, 10KV高压变频器上已得到应用。

由于目前功率开关器件的耐压值较低，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）的耐压耐值为1200V,1700V, 3300V等值,在高压电路如10KV,500KV电路中，必须数只功率开关器件串联工作来解决耐压问题。由于功率开关器件的参数的离散性，外在环境的差异性，附加电路的参数差异性等，使开通过程，关断过程中，串联电路中的每个功率开关器件承受动态电压不一致。在开通过程中后开通的功率开关器件，以及关断过程中先关断的功率开关器件承受的电压过高，超过功率开关器件的限压限值导而损坏。

因此，在功率开关器件串联应用时，需采取相应的措施，将其两端电压限定在安全工作电压范围内，一般将其工作承受电阻限定在最大耐压值的70%以内。

针对功率开关器件串联应用，目前已有多种技术方法来解决。其中的无源缓冲电路限定电压法，应用较广。如一种中国专利“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并联的无源器缓冲器件构成的动静态均压电路，电路形式如图1所示。再如一种PCT专利申请“功率开关器件串联限压电路”（国际申请号PCT/CN2010/078206）,公布了一种通过一次调节功率开关器件两端并联的电容的储能，来自动限压的功率开关器件串联电路，电路形式如图2所示。

这两个技术的缺陷是：第一，要求无源缓冲电路的箝位二极管耐压值与对应的功率开关器件的耐压等级匹配。而普通TO220,TO247等封装的二极管，工作电流可以满足电路要求，但耐压值达一般在2000V以下。致使串联使用的功率开关器件的电压等级限制在1200V, 1700V等电压等级。如这两项技术不适用于3300V或更高电压的IGBT串联使用。第二，无源缓冲电路的箝位二极管进入反向截止时的电压,达到对应功率开关器件截止时的高电压，加上反向电流很大，使二极管容易因超出安全工作区而击穿损坏。第三，限压电路的限压范围高达数千伏,使电压采样电路复杂,采样精度降低。第四，其余元器件的电压太高，安全间距大。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：构建一种自动限压的功率开关器件串联高压电路，克服现有技术功率开关器件的耐压等级受限，箝位二极管容易损坏，功率开关器件限定电压偏差大，元件耐压值要求高的技术问题。

本实用新型的技术方案是：构建一种自动限压的功率开关器件串联高压电路，包括由多个功率开关器件Q1至Qn组成的功率开关器件串联支路，集中限压电路U，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以一个功率开关器件的高端SD连接另一个功率开关器件的低端WD的方式依次串联，所述集中限压电路U包括高电压端U+和低电压端U-；还包括进行储能的多个储能电路P1至Pm、多个放电二极管Dp、多个汇流二极管Dq、能量集中二极管Du,所述每个功率开关器件都与所述储能电路配合，而且至少有一个功率开关器件与所述多个储能电路配合，所述储能电路包括储能电容C、静态均压电阻R、箝位二极管D，与所述一个功率开关器件配合的一个储能电路或者与所述一个功率开关器件配合的所述多个储能电路串联后，并联在该功率开关器件两端, 所述储能电路包括储能电容C、静态均压电阻R、箝位二极管D，所述储能电容C、静态均压电阻R并联后与所述箝位二极管D串联，储能电容C的正端引出储能返回端Cf, 储能电容C的负端引出储能返回端Cr, 并联在一个功率开关器件两端的多个串路的储能电路，每相邻的两个储能返回端Cf之间串入放电二极管Dp，每相邻的两个储能返回端Cr之间串入放电二极管Dp；上一个功率开关器件并联的多个串联的储能电路的最后一个储能电路的电容与汇流二极管Dq的阴极相连，后一个功率开关器件并联的多个串联的储能电路的第一个储能电路的电容与汇流二极管Dq的阳极相连；集中限压电路U的两端分别与能量集中二极管Du和一个功率开关器件相连。

本实用新型的进一步技术方案是:在与一个功率开关器件并联的一个储能电路中,所述储能电路包括储能电容C、静态均压电阻R、箝位二极管D, 所述储能电容C、静态均压电阻R并联后，储能返回端Cf与所述箝位二极管D的阴极相连，储能返回端Cr与该功率开关器件的低端WD相连,所述箝位二极管的阳极与该功率开关器件的高端SD相连。