[发明专利]基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器及其故障运行控制方法

权利要求书

1.一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述串联变换器为半桥结构，上下桥臂对称，上桥臂和下桥臂均由n+r个混合并联器件串联组成，其中n个混合并联器件维持所述串联变换器正常运行，r个混合并联器件用作冗余作用，所述串联变换器中每个混合并联器件由a个SiC MOS和b个IGBT并联组成，混合并联器件中每个SiC MOS的漏极与每个IGBT的集电极连接，每个SiC MOS的源极与每个IGBT的发射极连接，串联变换器中每个功率器件包含一个独立的驱动器，驱动器负责驱动信号的接受、功率器件的驱动和反馈信号的发送，所述串联变换器包含一个总的中央控制器，负责每个功率器件的驱动信号序列、反馈信号的接收、器件健康状态的判断、控制策略的调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述混合并联器件中的SiC MOS和IGBT电压等级相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述混合并联器件中的SiC MOS和IGBT为分离式功率器件或功率模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述驱动信号与反馈信号通过光纤传输。

5.根据权利要求1所述的基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述中央控制器为数字控制逻辑芯片。

6.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，器件失效模式包括开路故障和短路故障两种模式。

7.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述驱动器在接收到驱动开通信号且所驱动的器件处于正常导通状态时，经过一段延迟时间后发送反馈信号至中央控制器；所述驱动器包含器件电压采样功能，采样驱动器接收到驱动关断信号后在功率器件完全关断的条件下采样功率器件两端的电压；所述驱动器包含数字控制芯片，与中央控制器通信连接，将采样到的器件电压上传给中央控制器。

8.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述功率器件状态监测基于以下方式实现：功率器件在开路故障下驱动器接收开通信号后反馈信号丢失，中央控制器通过检测反馈信号判断功率器件是否为开路失效以及定位失效的位置；功率器件在短路故障下驱动器接收关断信号后采样到的器件两端电压为零，中央控制器通过检测关断时器件两端的电压判断功率器件是否为短路失效以及定位失效的位置。

9.根据权利要求1所述的一种基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器，其特征在于，所述冗余器件数量r是所述串联变换器可靠性与变换器成本权衡的结果，串联变换器的可靠性为：其中R(t)为单个功率器件的表达式，串联变换器的成本为y＝kr+m，其中m是不包含冗余器件时串联变换器的成本，k是增加一个冗余器件增加的成本，y是串联变换器的总成本。

10.权利要求1-9中任一所述基于Si IGBT/SiC MOS混合并联器件的串联变换器的故障运行控制方法，其特征在于，根据器件开路故障和短路故障，所述控制方法均在一个开关周期内判断故障类型、定位故障类型及做出应对策略；

若串联变换器中功率器件为开路故障，所述控制方法具体为：

(1)中央控制器向串联变换器中处于运行状态的功率器件发出驱动开通，经过一段延迟时间后检测每个功率器件的反馈信号；

(2)若串联变换器中某个功率器件的反馈信号丢失，中央控制器则判断该功率器件为开路故障，并定位该功率器件的位置；

(3)中央控制器向故障器件及其并联器件发出常开驱动信号，保持该混合并联器件始终处于导通状态；同时中央控制器将冗余功率器件使能为运行状态投入到变换器中；

若串联变换器中功率器件为短路故障；所述控制方法具体为：

(1)中央控制器向串联变换器中处于运行状态的功率器件发出驱动关断，经过一段延迟时间后检测每个功率器件两端的电压；

(2)若串联变换器中某个功率器件关断状态下两端的电压为零，中央控制器则判断该功率器件为短路故障，并定位该功率器件的位置；

(3)中央控制器向故障器件及其并联器件发出常开驱动信号，保持该混合并联器件始终处于导通状态；同时中央控制器将冗余功率器件使能为运行状态投入到变换器中。