[发明专利]半导体开关电路

说明书

本发明提供了一种半导体开关电路，用于HVDC电力转换器中，包括：主半导体开关元件(12)，主半导体开关元件(12)包括第一和第二连接端子(14，16)，当主半导体开关元件(12)被接通时电流在第一和第二连接端子之间从第一连接端子(14)流向第二连接端子(16)，主半导体开关元件(12)具有电连接在其第一和第二连接端子(14，16)之间的辅助半导体开关元件(28)；以及控制单元(30)，控制单元(30)与辅助半导体开关元件(28)操作连接，控制单元(30)被编程以在给定的操作周期中控制辅助半导体开关元件(28)的切换，从而在与其关联的第一和第二连接端子(14，16)之间选择性创建备选电流路径(32)，由此电流被转移以通过备选电流路径(32)流动，以降低主半导体开关元件(12)两端的电压，其中，在给定的操作周期中辅助半导体开关元件(28)的切换创建备选电流路径(32)包括以以下的至少两者操作辅助半导体开关元件(28)：(i)完全导通模式，其中，辅助半导体开关元件(28)在其最大的额定基极电流或栅极电压下操作；(ii)脉冲开关模式，其中，辅助半导体开关元件(28)被接通和关断；以及(iii)有源模式，其中，辅助半导体开关元件(28)以连续可变的基极电流或栅极电压操作。

技术领域

本发明涉及用在高压直流(HVDC)电力变换器(power converter)中的半导体开关电路。

背景技术

在电力传输网络中，交流(AC)电通常被转换成直流(DC)电以经由架空线和/或海底电缆传输。这种转换消除了对由传输线或电缆强加的AC电容负载效应补偿的需要，并且降低了每千米线路和/或电缆的成本，因此在需要远距离传输时是有成本效益的。

使用HVDC电力转换器将AC电转换成DC电。半导体开关元件，诸如晶闸管是HVDC电力转换器的关键部件，并充当可控整流器将AC电转换成DC电，反之亦然。

尽管这些半导体开关元件具有非常高的击穿电压(breakdown voltages)，能够承载大电流负载，但即便是来自相同批次的半导体开关元件表现出不同的性能特性。这在操作包括半导体开关元件的例如HVDC电力转换器中产生了困难。

此外，许多半导体开关元件在其性能上具有固有限制，这需要在例如HVDC电力转换器中包括大的、重的和难以设计的补偿部件(remedial components)以补偿这些缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用在HVDC电力转换器中的半导体开关电路，包括：

主半导体开关元件，所述主半导体开关元件包括第一和第二连接端子，当所述主半导体开关元件被接通时电流在第一和第二连接端子之间从所述第一连接端子流向所述第二连接端子流动，所述主半导体开关元件具有电连接在其所述第一和第二连接端子之间的辅助半导体开关元件；以及

控制单元，所述控制单元与所述辅助半导体开关元件操作连接，所述控制单元被编程以在给定的操作周期中控制所述辅助半导体开关元件的切换，从而在与其关联的所述第一和第二连接端子之间选择性创建备选电流路径(alternative current path)，由此电流被转移以通过所述备选电流路径流动，以降低所述主半导体开关元件两端的电压，

其中，在给定的操作周期中控制所述辅助半导体开关元件的切换，从而创建备选电流路径包括以以下的至少两者操作所述辅助半导体开关元件：

(i)完全导通模式，其中，所述辅助半导体开关元件在其最大的额定基极电流或栅极电压下操作；

(ii)脉冲开关模式，其中，所述辅助半导体开关元件被接通和关断；以及

(iii)有源模式，其中，所述辅助半导体开关元件以连续可变的基极电流或栅极电压操作。