[发明专利]一种开关器件串联均压电路

说明书

本发明公开了一种开关器件串联均压电路，包括开关桥臂，关于中间节点对称分为上桥臂和下桥臂，上桥臂包括至少两个互相串联的第一开关器件，下桥臂包括至少两个互相串联的第二开关器件，相邻两个第一开关器件之间设有第一串联节点，相邻两个第二开关器件之间设有第二串联节点，第一开关器件和第二开关器件均并联有均压电阻；直流电路，正极输出端连接开关桥臂的正极，负极输出端连接开关桥臂的负极；至少一辅助均压电容，两端分别连接关于中间节点对称的第一串联节点和第二串联节点；储能电感，一端连接中间节点，另一端连接其他电路。本发明提升了动态均压能力。

技术领域

本发明涉及开关器件技术领域，尤其涉及一种开关器件串联均压电路。

背景技术

在电力电子装置中，开关器件包括半导体功率开关或化合物半导体功率开关，通常是系统中关键元件，其开关耐压能力和开关速度等均是重要参数指标，往往对整个电力电子装置的性能产生及其重要的影响。随着功率容量的不断增加，此类开关器件所要承受的电压等级也越来越高，成百上千乃至几万伏电压要求都有。然而，单个开关器件受材料和工艺条件等限制，耐压能力有限，并且一些相同结构类型的开关器件随着耐压等级的提升，其开关性能也变差。以IGBT为例，1700VIGBT相比于600V IGBT的开关速度、开关损耗等指标差距很大。

针对开关器件耐压不足问题，开关器件串联是提升开关工作电压的途径之一，开关器件串联可以满足高压应用的要求。开关器件串联时期望器件之间实现均压，但是在实际应用中各开关器件之间经常存在控制参数差异，开关驱动延时不一致等问题，进而造成各开关器件之间无法均压。如图1所示，在基于传统Buck降压电路的开关器件串联电路中，当串联开关器件S1和串联开关器件S2同为关断状态时，两只并联电阻用以平衡两个串联开关器件不同的漏电流造成的电压偏差，使每个串联开关器件承担接近一半的系统输入电压。然而，当两个串联开关器件在开通和关断过程中存在时间差时，后开通或先关断的的串联开关器件，在短时间内将承受全部工作电压，因此该电路的串联开关器件存在动态不均压问题。为了解决动态不均压的问题，需要配置额外的电路或方法去克服。在申请号为CN113938117A，名称为“一种均压装置及电力电子开关”的中国发明专利中，如图2所示，该发明专利采用电容分压实现电压均衡，但是同时带来了开关器件开通时电容电流尖峰和电容能量的损耗。在申请号为CN113922802A，名称为“一种15kV可控硅放电开关”的中国发明专利中，如图3所示，该发明专利采用电阻、电容和二极管构成静态均压和动态均压电路，可克服电容放电的电流尖峰，但仍然存在电容充放电损耗。在申请号为CN110994961B，名称为“一种功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压方法和电路”的中国发明专利中，如图4所示，该发明专利在开关器件的门极驱动电路中增加采样和补偿单元，利用开关器件并联的RC缓冲电路的电流反馈差值，对开关驱动的时间做调整，目标是补偿开通和关断过程的时间不一致，从而实现开关器件动态电压均衡。缺点是线路复杂，并且RC缓冲电路带来充放电损耗。

发明内容

发明内容描述段落针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种开关器件串联均压电路，用于避免缓冲电路充放电造成的额外损耗，提升动态均压能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种开关器件串联均压电路，包括：

开关桥臂，关于自身的正极与负极之间的中间节点对称划分为互相串联的上桥臂1和下桥臂2，所述上桥臂1包括至少两个互相串联的第一开关器件，所述下桥臂2包括至少两个互相串联的第二开关器件，相邻两个所述第一开关器件之间设有第一串联节点，相邻两个所述第二开关器件之间设有第二串联节点，各所述第一开关器件和各所述第二开关器件均并联有一均压电阻；

直流电路3，所述直流电路3的正极连接所述开关桥臂的正极，所述直流电路3的负极连接所述开关桥臂的负极；

至少一辅助均压电容Ca，正极和负极分别连接关于所述中间节点对称的所述第一串联节点和所述第二串联节点；

储能电感L1，一端连接所述中间节点，另一端连接其它电路。