[发明专利]一种开关器件电路及其控制电路和控制方法

说明书

本发明涉及开关器件技术领域，旨在提供一种开关器件电路及其控制电路和控制方法。开关器件电路包括至少两个串联耦接的子模块，每个子模块包括主开关和与主开关并联的均压电路，该均压电路包括电容和放电开关，放电开关具有一控制端用于接收一子控制信号，其中每个子模块的子控制信号根据各个子模块的电容两端的电压和一参考电压或多个参考电压产生，用来控制各个子模块的电容是否放电。本发明可以实现各个串联的开关器件均压，具有模块化、结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及一种开关器件电路及其控制电路和控制方法。

背景技术

在电力系统、轨道交通、数据中心等应用场景中，需要电力电子变换器实现中高压电能变换。目前商用的全控型开关器件最高耐压只有6500V(绝缘栅双极型晶体管 IGBT)，单个开关器件无法承受十到数百千伏的电压。为承受中高电压，目前有两种技术路径，一是将低压开关器件串联，二是借助多电平电路拓扑。相比于多电平电路，开关器件串联使用的功率器件数目更少，使得变换器的成本和体积较小，且控制一般更为简单。

由于开关器件及其驱动电路静态及动态参数的离散性，例如开关器件的开通及关断延时、寄生电容不同等，串联的开关器件可能会出现电压不均，这可能会导致部分开关器件的电压超过其耐压，导致其击穿损坏。开关器件串联应用时，需要采取措施实现各个开关器件间的电压均衡。

针对功率开关器件串联应用，目前有若干种均压技术方法。一是在每个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功率开关桥臂” (申请号01108712.9)，其电路形式如图1所示。该方法的缺点在于每个并联稳压电路要独立调试，工作量大，且稳压电路采用能量消耗型设计，效率较低。另一种均压技术方法是，在每个开关器件上并联能量暂存电路，并采用集中限压电路，限制能量暂存电路的电容电压，如中国发明专利申请“功率开关器件串联限压电路”(申请号 201010110043.7)，其电路形式如图2所示。该方法的缺点是存在可靠性问题，下端功率器件均压高度依赖上端器件，其中一个器件的过压将导致其下端所有器件过压。

发明内容

本发明要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提供一种开关器件电路及其控制电路和控制方法，可以实现串联的各个开关器件的电压均衡。

根据本发明的实施例提出了一种开关器件电路，包括：子模块，所述子模块包括：主开关；以及均压电路，与所述主开关并联耦接，所述均压电路包括电容和放电开关，所述放电开关具有一控制端用于接收一子控制信号，所述电容与所述放电开关耦接；其中所述子控制信号根据所述电容两端的电压和一参考电压产生，所述子控制信号用于控制所述放电开关的导通和关断，当所述放电开关导通时，所述电容放电。

根据本发明的实施例提出了一种开关器件电路的控制电路，所述开关器件电路包括子模块，所述子模块包括主开关和一与所述主开关并联耦接的均压电路，所述均压电路包括电容和放电开关，所述放电开关具有一控制端用于接收一子控制信号，所述电容与所述放电开关耦接，所述控制电路包括：电压采样电路，用于采样所述子模块的电容两端的电压并输出对应的电压采样信号；以及比较电路，用于接收所述电压采样信号和一参考电压信号，并根据所述电压采样信号和所述参考电压信号产生对应的电压比较信号；其中所述控制电路根据所述电压比较信号产生所述子控制信号以控制所述放电开关是否导通，当所述放电开关导通时，所述电容放电。

根据本发明的实施例还提出了一种开关器件电路的控制方法，所述开关器件电路包括子模块，所述子模块包括主开关和一与所述主开关并联耦接的均压电路，所述均压电路包括电容和放电开关，所述放电开关具有一控制端用于接收一子控制信号，所述电容与所述放电开关耦接，所述控制方法包括：采样所述子模块的所述电容两端的电压并输出对应的电压采样信号；根据所述电压采样信号和一参考电压产生对应的电压比较信号；以及根据所述电压比较信号产生所述子控制信号以控制所述放电开关是否导通，当所述放电开关导通时，所述电容放电。