CN105474546A - 半导体开关电路 - Google Patents

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Abstract

在HVDC电力转换器的领域中，需要一种改进的半导体开关电路，其避免了与各个半导体开关元件表现出不同性能特性且在其性能上具有固有限制相关的困难。一种半导体开关电路(70；80；90)包括主电流支路(74；92)，其包括至少一个主半导体开关元件(12)，并且当所述主半导体开关元件(12)或每个主半导体开关元件(12)被接通时，电流在第一方向上(D1)上流动。半导体开关电路(70；80；90)还包括辅助电流支路(76；104)，其与主电流支路(74；92)并联连接。辅助电流支路(76；104)包括至少一个辅助半导体开关元件(72)，并且所述辅助半导体开关元件(72)或每个辅助半导体开关元件(72)具有与其可操作地连接的控制单元(30)。所述控制单元(30)或每个控制单元(30)被配置为当所述或每个主半导体开关元件(12)被接通时，在辅助电流支路(76；104)中接通所述辅助半导体开关元件(72)或每个辅助半导体开关元件(72)，以经由辅助电流支路(76；104)选择性地建立替代电流路径(32；108)，因此通过主电流支路(74；92)在第一方向(D1)上流动的电流被转向为通过替代电流路径(32；108)流动，以减少紧接着所述主半导体开关元件(12)或每个所述主半导体开关元件(12)被接通之后流经所述或每个主半导体开关元件(12)的电流的变化率。

Description

半导体开关电路
技术领域
本发明涉及一种均用于在高压直流(HVDC)电力转换器中使用的半导体开关电路以及半导体开关串。
背景技术
在电力传输网络中，交流(AC)电力通常被转换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(DC)电力。此转换使得不需要补偿由传输线路或电缆导致的AC电容性负载的影响，并且降低了线路和/或电缆的每公里成本，因此当需要长距离传输电力时变得具有成本效益。
HVDC电力转换器用于将AC电力转换为DC电力。诸如晶闸管的半导体开关元件是HVDC电力转换器的关键组件，并且用作将AC电力转换为DC电力的可控整流器，反之亦然。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用在HVDC电力转换器中的半导体开关电路，包括：
主电流支路，包括至少一个主半导体开关元件，并且当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，电流通过所述至少一个主半导体开关元件在第一方向上流动；以及
辅助电流支路，与主电流支路并联连接，所述辅助电流支路包括至少一个辅助半导体开关元件，所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件具有与其可操作地连接的控制单元，所述控制单元或每个控制单元被配置为当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，在辅助电流支路中接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，以经由辅助电流支路选择性地建立替代电流路径，由此通过主电流支路在第一方向上流动的电流被转向为通过替代电流路径流动，以减少紧接着所述主半导体开关元件或每个所述主半导体开关元件被接通之后流经所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的电流的变化率。
包括一个或多个控制单元，所述控制单元或每个控制单元被配置为经由辅助电流支路建立替代电流路径，由此流经主电流支路的电流被转向为通过替代电流路径流动，以减少流经所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的电流的变化率，所述控制单元或每个控制单元允许由外部杂散电容(例如，在HVDC电力转换器内)产生的电流通过替代电流路径(而不是通过主电流支路以及其中的所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件)被转向，其中电流可以被安全地释放而不会损坏所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件。因此，这样的配置避免了对大饱和电感器(或di/dt电抗器)的需求，否则将需要它们来对电流的变化率的较低耐受性进行补偿，电流的变化率的较低耐受性是有些主半导体开关元件(诸如，晶闸管)的固有性能限制。
此外，由于具有被配置为当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，例如被配置为在所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通的同时或在所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件临接通之前接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件的所述控制单元或每个控制单元，所以合乎需要地允许本发明的半导体开关电路当这些限制最为严重时对在所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的性能上的固有限制进行补偿。
更具体地，当所述元件或每个这样的元件第一次被接通且暴露于大的电流变化时，本发明的半导体开关电路能够减少流经所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的电流的变化率。在这点上，所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件最初处于正向偏置条件下，即其最初被断开但经历正电压。在这样的条件下，在收到接通信号后(即当其被接通时)，所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件将允许电流通过其流动，因此允许电流通过主电流支路在第一方向上流动。
优选地，所述控制单元或每个控制单元被配置为响应于生成用于所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的接通信号，接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件。
具有这种配置的一个或多个控制单元有助于确保当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件始终被接通(以允许安全释放由外部杂散电容产生的任何电流)，如果例如仅通过一个或多个主半导体开关元件两端的电压超过给定阈值确定所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件接通，则上述情况可能不会发生。
可选地，所述控制单元或每个控制单元还被配置为将所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件断开，以控制被转向为通过替代电流路径流动的电流的量。
这样的控制是合乎需要的，以便当试图缓解与所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的固有性能限制相关的困难时不会产生进一步的问题。
可选地，所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件为晶体管或包括晶体管。
晶体管(特别是包含宽带隙半导体材料的那些晶体管)具有合乎需要的高压性能特性。此外，有些能够容许高脉冲电流(即峰值电流)，这在允许本发明的半导体开关电路在正向偏置条件下操作时对主半导体开关元件的各种进一步的不足进行补偿上是有用的。
所述辅助开关元件或每个辅助开关元件还可以为晶闸管或包括晶闸管。
晶闸管通常具有甚至比晶体管更好的电压和电流性能特性，因此，它们还特别适合允许本发明的半导体开关电路在正向偏置条件下操作时对主半导体开关元件的各种性能不足进行补偿。
在这点上，晶闸管通常可以对低导通损耗或高开关速度进行优化，但通常不是同时对二者进行优化。因此，包括在所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件中的晶闸管可以对高开关速度进行优化，而所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件可包括根据其低导通损耗选择的晶闸管，以允许对这样的晶闸管都进行优化。
优选地，辅助电流支路包括与所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件串联连接的限流元件。
这样的限流元件有助于例如释放由任何外部杂散电容产生的电流。
在本发明的优选实施例中，所述控制单元或每个控制单元被配置为接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，以经由辅助电流支路选择性地建立替代电流路径，由此通过主电流支路在第一方向上流动的电流被转向为通过替代电流路径流动，以减少所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率。
包括还被配置为减少所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率的一个或多个这样的控制单元允许上述在另外的补救组件(即饱和电感器)的尺寸上的减少，而不会招致许多半导体开关元件的进一步的固有性能限制，即对电压的高变化率的敏感度。
可选地，所述控制单元或每个控制单元被配置为当一个或多个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率超过预定阈值时，接通所述并联连接的辅助半导体开关元件或每个并联连接的辅助半导体开关元件，以减少所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率。
所述控制单元或每个控制单元的这样的配置导致替代电流路径在某个时间点处被建立，这有助于确保主半导体开关元件不会暴露于不可接受的电压的高变化率。
在本发明的另一个优选实施例中，主电流支路包括具有第一连接端子和第二连接端子的单个主半导体开关元件，并且辅助电流支路被连接在第一连接端子与第二连接端子之间，由此主电流支路和辅助电流支路一起限定半导体开关组件。
这样的布置允许辅助电流支路中的所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件共享与单个主半导体开关元件相关的任何电压分级电路，和/或与单个主半导体开关元件共享电源。
辅助电流支路可包括单个辅助半导体开关元件。
在本发明的又一个实施例中，辅助电流支路可包括多个串联连接的辅助半导体开关元件。
前述的布置允许根据可用的辅助半导体开关元件的性能等级制定辅助电流支路的配置。
主电流支路可包括串联连接的主半导体开关元件的主串，所述主串具有在其上游端处的上游连接端子和在其下游端处的下游连接端子，辅助电流支路被连接在主串的上游连接端子与下游连接端子之间，并且辅助电流支路包括串联连接的辅助半导体开关元件的辅助串。
以这样的方式配置的主电流支路和辅助电流支路在使辅助半导体开关元件的额定电压适应主半导体开关元件的额定电压上提供了相当大的灵活性，例如，包括四个12kV的辅助半导体开关元件的辅助串(即总额定电压48kV)可以与包括六个8kV的主半导体开关元件的主串(即相同的总额定电压48kV)并联连接。
这样的配置也可能比现有的半导体开关电路拓扑结构更紧凑。
根据本发明的另一个方面，提供一种半导体开关串，用于用在HVDC电力转换器中，包括如上文所述的多个串联连接的半导体开关组件。
这样的半导体开关串可能比单个这样的半导体开关组件合乎需要地支持更大电压的切换。
附图说明
现参照附图，通过非限制性示例的方式在下面对本发明的优选实施例做出简要说明，其中：
图1示出根据本发明的第一实施例的半导体开关电路的示意图；
图2(a)示意性示出杂散电容放电电流通过图1所示的半导体开关电路的流动；
图2(b)示出在流经形成图1所示的半导体开关电路的一部分的主半导体开关元件的电流的变化率上的减少；
图3示出根据本发明的第二实施例的半导体开关电路的示意图；以及
图4示出根据本发明的第三实施例的半导体开关电路的示意图。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的半导体开关电路在图1中示出，并且总体用附图标记70标识。
半导体开关电路70具有第一主电流支路74，其包括具有第一连接端子14和第二连接端子16的单个主半导体开关元件12。在所示的实施例中，主半导体开关元件12为主晶闸管18，然而在本发明的其他实施例中可以使用不同的主半导体开关元件，诸如二极管、光触发晶闸管(LTT)、门极关断晶闸管(GTO)、门极换流晶闸管(GCT)或集成门极换流晶闸管(IGCT)。优选地，主半导体开关元件12以其他参数(诸如接通di/dt能力、断开特性和断开状态dv/dt能力)为代价对最低导通(导通状态)损耗进行优化。
所示的主晶闸管18包括限定第一连接端子14的阳极20、限定第二连接端子16的阴极22、以及限定控制端子26(主晶闸管18可以经由控制端子26被接通)的栅极24。
当主晶闸管18被这样接通时，电流通过第一主电流支路74(即通过主晶闸管18)在第一方向D1上从第一连接端子14向第二连接端子16(即从阳极20向阴极22)流动。
然而，主晶闸管18是自然换向开关元件，这意味着尽管主晶闸管18可以经由其栅极控制端子26被接通，但主晶闸管18可以仅通过对其所处的电路进行布置以强制将流经其的电流降至零，然后保持一段时间(通常几百微秒)被断开，在这期间主晶闸管18是反向偏置的，即负电压被施加在主晶闸管18的第一端子14与第二端子16之间。这与一些晶闸管衍生产品(诸如上述的GTO和IGCT，它们是自换向的，由此它们可以经由它们的栅极控制端子被接通或断开)相反。
半导体开关电路70还包括第一辅助电流支路76，其被连接在第一连接端子14与第二连接端子16之间，以便与第一主电流支路74平行。用这种方式，主电流支路和辅助电流支路一起限定第一半导体开关组件78。
第一辅助电流支路76包括单个辅助半导体开关元件72，其被电连接在主晶闸管18的第一连接端子14与第二连接端子16之间。所述单个辅助半导体开关元件72具有与其可操作地连接的控制单元30。控制单元30被配置为接通辅助半导体开关元件72，以经由第一辅助电流支路76(即在第一连接端子14与第二连接端子16之间)选择性地建立第一替代电流路径32。
更具体地，辅助半导体开关元件72与主半导体开关元件12(即主晶闸管18)并联连接，使得当辅助半导体开关元件72被接通时，产生的替代电流路径32允许电流经由第一辅助电流支路76在第一方向D1上从主晶闸管18的第一连接端子14向第二连接端子16流动。
在所示的实施例中，辅助半导体开关元件72包括具有连接到主晶闸管18的第二连接端子16的发射极36的晶体管34、连接到主晶闸管18的第一连接端子14的控制极38、以及连接到控制单元30的基极40。
图1所示的晶体管34为n沟道绝缘栅双极晶体管(IGBT)，然而也可以使用许多其他晶体管，诸如双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或结型场效应晶体管(JFET)。也可以使用晶体管组件，诸如将50VMOSFET的超级共源共栅布置与1200VSiCJFET串联串合并的MOSFET-JFET共源共栅电路，或者直接串联低电压MOSFET或IGBT。总之，所示的晶体管34除了具有小于1安培的较低平均额定电流之外，具有大约9kV到10kV的较高额定电压，以及几百安培的较高脉冲额定电流。
晶体管34具有连接在其两端的反向并联二极管42，该反向并联二极管42在主晶闸管18为反向偏置时保护晶体管34免受反向电压。在本发明的其他实施例(未示出)中，单独的反向并联二极管42可以被省略，取而代之的是使用包括在一些晶体管内的固有体二极管。
在本发明的又一个实施例中，第一辅助电流支路76可包括多个串联连接的辅助半导体开关元件72，其每一个可具有与其可操作地连接的各个单独的控制单元，或者其每一个可具有与其每一个可操作地连接的单个控制单元。
图1所示的第一辅助电流支路76还包括可选的限流元件44(以电阻器46的形式)，其与上述晶体管34和反向并联二极管42的组合串联连接。
第一辅助电流支路76还额外地包括进一步串联连接的二极管48，其被设置为允许电流通过第一替代电流路径32在与通过晶体管34相同的方向(即在第一方向D1上)流动。包括进一步串联连接的二极管48连同反向并联二极管42，以保护晶体管34在主晶闸管18为反向偏置时免受反向电压。
在本发明的其他实施例中，单个辅助半导体开关元件72(即晶体管34)能够承受反向电压(当主半导体开关元件12(即主晶闸管18)为反向偏置时)，因此反向并联二极管42和串联连接的二极管48可以被省略。
除了具有与第一主电流支路74(即主晶闸管18)并联连接的第一辅助电流支路76之外，其还具有阻尼电路(其包括阻尼电容器50和阻尼电阻器52)，以及与该阻尼电路并联连接的另外的电阻器54。
在第一半导体开关电路70(即第一半导体开关组件78)的辅助半导体开关元件72中的晶体管34的脉冲额定电流足够高(例如几百安培)，因此控制单元30被配置为当主晶闸管18被接通时接通辅助半导体开关元件72。
更具体地，控制单元30被配置为响应于生成用于主晶闸管18的接通信号，接通辅助半导体开关元件72中的晶体管34，使得晶体管34在主晶闸管18被接通之前大约10μs到20μs(即在主晶闸管18临接通之前)被接通。这导致例如在其中包含第一半导体开关电路70的较大电路内(例如如图2(a)所示)的由杂散电容产生的任何杂散电容放电电流istray被转向为通过由接通第一辅助电流支路76中的辅助半导体开关元件72建立的第一替代电流路径32流动。然后，这样的转向杂散电容放电电流istray大部分或者全部经由与第一辅助电流支路76中的晶体管34串联连接的限流元件44(即电阻器46)被释放。
在主晶闸管18被接通时的这样的杂散电容放电电流istray的释放减少了当主晶闸管18传导电流时(即紧接着主晶闸管18接收接通信号并且被接通之后，如图2(b)示意性所示)通过主晶闸管18流动的电流ithy的变化率。
在主晶闸管18被接通时的这样的在由主晶闸管18经历的电流的变化率上的减少意味着比其他情况小得多的饱和电感器可以与主晶闸管18一起使用。
在选择限流电阻器46的值与选择主晶闸管18被接通之前的时间延迟之间有一个权衡：限流电阻器46的低值允许很短的时间延迟，因此，当主晶闸管18被完全接通时，负载电流iload(其通常以大约5A/μs上升)将不会上升太多。然而，限流电阻器46的低值需要晶体管34具有更高的峰值额定电流。
在本发明的其他实施例中，控制单元30可以类似地被配置为响应于生成用于主晶闸管18的接通信号，接通辅助半导体开关元件72中的晶体管34，然而使得晶体管34在主晶闸管18被接通的同时被接通。在这样的其他实施例中，辅助半导体开关元件中对应的晶体管需要具有几kA的较高脉冲额定电流，但是仅需具有不太大的几安培的平均额定电流。
总之，在所示的实施例中，一旦杂散电容放电电流istray已经被适当地释放，则晶体管34被断开且第一替代电流路径32关闭。然而，在其他实施例中，辅助半导体开关元件可以仅仅被留下以自然断开。
在本发明的另一个实施例中，IGBT晶体管34可以被恒流连接的JFET所代替，使得杂散电容放电电流istray以线性方式释放(而不是通过如图2(b)所示的指数衰减)，而不需要限流电阻器46。
在本发明的又一个实施例中，限流元件44(即电阻器46)可以被省掉，使得辅助半导体开关元件72中的晶体管34承载全部杂散电容放电电流istray和负载电流iload，否则在主晶闸管18先接通的情况下，这些电流将全部由主晶闸管18经受。在这样的实施例中，晶体管34必须具有至少1000A的脉冲额定电流，甚至可能高达5kA或10kA。虽然这样的额定电流限制可用晶体管的选择，但是碳化硅基晶体管被期望在可预见的未来能够具有这些性能特性。
回到图1所示的第一半导体开关电路70，控制单元30还被配置为当主晶闸管18两端出现的电压变化的速率超过预定阈值时，接通单个辅助半导体开关元件72。
这样的并联连接的辅助半导体开关元件72的开关(即其中的晶体管34的接通)使限流电阻器46直接跨接于主晶闸管18两端，这延缓了主晶闸管18两端的电压的上升，因此减少了主晶闸管18两端出现的电压变化的速率。
第一预定阈值被配置用于主晶闸管18被指定为承受(而不需要对主晶闸管18进行一些其他保护)的操作条件，例如当与其他主半导体开关元件并联连接的电涌放电器承载电流时，形成HVDC电力转换器中的6脉冲组的一部分的另一个主半导体开关元件的接通。在这样的情况下，辅助半导体开关元件72在主晶闸管18两端的电压的高变化率的时段期间被接通并且被再次关闭而不需要主晶闸管18被开启。
第二预定阈值被配置为用于其中主晶闸管18的保护触发被允许的操作条件，例如当处理陡坡脉冲时。在这样的情况下，辅助半导体开关元件72与主晶闸管18同时被接通，但由于辅助半导体开关元件72(即包括在其中的晶体管34)的开启延迟时间小于主晶闸管18的开启延迟时间，辅助半导体开关元件72(更具体地，其中的限流电阻器46)在最初的大约0.5μs期间起到抑制主晶闸管18两端的电压的作用。
在其目的仅用于实现第二预定阈值的实施例中，快速辅助晶闸管82(其类似地具有较高脉冲额定电流)可用在辅助半导体开关元件72中代替晶体管34。
在根据本发明的第二实施例的另一个半导体开关电路80中，如图3示意性所示，辅助半导体开关元件72的晶体管34和对应的反向并联二极管42、以及串联连接的二极管48可以被辅助晶闸管82所代替。通常，这样的辅助晶闸管82将具有8kV到10kV的断开状态额定电压；500A、10μs的重复脉冲额定电流；5kA、10μs的单发脉冲额定电流；以及1000A/μs的额定电流的变化率。辅助晶闸管82也可以是门极关断(GTO)类型。与第一半导体开关电路70的特征类似的第二半导体开关电路80的其余特征具有相同的附图标记。
包括在第二半导体开关电路80中的主电流支路74和辅助电流支路76一起限定第二半导体开关组件84，其可以至少以与上述的第一半导体开关组件78相同的方式被操作，以便当其被接通时减少流经主晶闸管18的电流的变化率，以及可选地，当其经历高的电压变化速率时减少主晶闸管18两端的电压的变化速率。
根据本发明的又一个实施例的半导体开关串(未示出)可包括多个串联连接的如上文所述的第一半导体开关组件78或第二半导体开关组件84。
图4中示意性示出根据本发明的第三实施例的半导体开关电路90。第三半导体开关电路90具有与第一半导体开关电路70和第二半导体开关电路80类似的特征，并且这些类似的特征用相同的附图标记标识。
第三半导体开关电路90包括第二主电流支路92，其具有串联连接的主半导体开关元件12(图4中仅示出两个)的主串94，每个主半导体开关元件12为主晶闸管18。每个这样的主晶闸管18具有阻尼电路(其包括阻尼电容器50和阻尼电阻器52)，以及与其并联连接的另外的电阻器54，即DC分级电阻器。
同时，主串94具有在其上游端98处的上游连接端子96和在其下游端102处的下游连接端子100。此外，第三半导体开关电路90包括第二辅助电流支路104，其被连接在主串94的上游连接端子96与下游连接端子100之间。
第二辅助电流支路104包括串联连接的辅助半导体开关元件72的辅助串106，其每一个是以n沟道绝缘栅双极晶体管(IGBT)的形式的晶体管34，然而也可以使用许多其他晶体管和/或晶闸管。晶体管34共用共同控制单元30，共同控制单元30与他们中的每个可操作地。在本发明的其他实施例中，辅助串106中的几个或全部串联连接的辅助半导体开关元件72可具有其自身单独对应的控制单元。
每个晶体管34具有连接在其两端的反向并联二极管42，该反向并联二极管42在第二主电流支路92(即其中的主半导体开关元件12中的每一个)为反向偏置时保护对应的晶体管34免受反向电压。在本发明的其他实施例(未示出)中，每个单独的反向并联二极管42可以被省略，取而代之的是使用包括在一些晶体管内的固有体二极管。
第二辅助电流支路104还包括可选的限流元件44(以电阻器46的形式)，其与串联连接的辅助半导体开关元件72的辅助串106(即与串联连接的晶体管34的辅助串106)串联连接。
第二辅助电流支路104还额外地包括多个进一步串联连接的二极管48，其被设置为允许电流通过由第二辅助电流支路104限定的第二替代电流路径108在与通过多个串联连接的晶体管34相同的方向上(即在第一方向D1上)流动。包括进一步串联连接的二极管48连同各个反向并联二极管42，以保护晶体管34中的每一个在第二主电流支路92(即其中的每个主晶闸管18)为反向偏置时免受反向电压。在这点上，第二辅助电流支路104包括相同数量的串联连接的二极管48，就像辅助半导体开关元件72一样，以便有助于确保这样的保护能够满足需要，然而少于或多于相同数量的串联连接的二极管可用于本发明的其他实施例。
控制单元30被配置为当主晶闸管18中的每一个被接通时，接通辅助半导体开关元件72。
更具体地，控制单元30被配置为响应于生成用于主晶闸管18的接通信号，接通辅助电流支路104中的晶体管34。用这种方式，晶体管34中的每一个可以在主晶闸管18全部被接通之前的大约10到20μs被同时。
因此，由杂散电容例如在其中包含第三半导体开关电路90的较大电路内产生的任何杂散电容放电电流istray被转向为通过由接通第二辅助电流支路104中的辅助半导体开关元件72中的每一个建立的第二替代电流路径108流动。然后，这样的转向杂散电容放电电流istray大部分或者全部经由与第二辅助电流支路104中的串联连接的辅助半导体开关元件72的辅助串106连接的限流元件44(即电阻器46)被再次释放。
在主晶闸管18被接通之前，这样的杂散电容放电电流istray的释放减少了当主晶闸管18传导电流(即紧接着其被接通之后)时通过每个这样的主晶闸管18流动的电流ithy的变化速率。
这样的在由每个主晶闸管18经历的电流的变化率上的减少意味着比其他情况小得多的饱和电感器110可以与第二主电流支路92一起使用。
此外，控制单元30(或在包括这样的多个单独的控制单元的实施例中的多个控制单元)可以被配置为当第一个主半导体开关元件12两端(即第一个主晶闸管18两端)出现的电压变化的速率超过预定阈值时接通辅助电流支路104中的晶体管34。用这种方式，所述控制单元或每个控制单元能够额外地减少第二主电流支路92中的所述第一主晶闸管18两端以及其他主晶闸管18两端中的每一个的电压的变化率。

Claims (13)

1.一种半导体开关电路，用于用在HVDC电力转换器中，包括：
主电流支路，包括至少一个主半导体开关元件，并且当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，电流通过所述至少一个主半导体开关元件在第一方向上流动；以及
辅助电流支路，与所述主电流支路并联连接，所述辅助电流支路包括至少一个辅助半导体开关元件，所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件具有与其可操作地连接的控制单元，所述控制单元或每个控制单元被配置为当所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件被接通时，在所述辅助电流支路中接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，以经由所述辅助电流支路选择性地建立替代电流路径，由此通过所述主电流支路在所述第一方向上流动的电流被转向为通过所述替代电流路径流动，以减少紧接着所述主半导体开关元件或每个所述主半导体开关元件被接通之后流经所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的电流的变化率。
2.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其中所述控制单元或每个控制单元被配置为响应于生成用于所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件的接通信号，接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的半导体开关电路，其中所述控制单元或每个控制单元还被配置为将所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件断开，以控制被转向为通过所述替代电流路径流动的电流的量。
4.根据任一前述权利要求所述的半导体开关电路，其中所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件为晶体管或包括晶体管。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体开关电路，其中所述辅助开关元件或每个辅助开关元件为晶闸管或包括晶闸管。
6.根据任一前述权利要求所述的半导体开关电路，其中所述辅助电流支路包括与所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件串联连接的限流元件。
7.根据任一前述权利要求所述的半导体开关电路，其中所述控制单元或每个控制单元被配置为接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，以经由所述辅助电流支路选择性地建立替代电流路径，由此通过所述主电流支路在所述第一方向上流动的电流被转向为通过所述替代电流路径流动，以减少所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率。
8.根据权利要求7所述的半导体开关电路，其中所述控制单元或每个控制单元被配置为当一个或更多个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率超过预定阈值时，接通所述辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件，以减少所述主半导体开关元件或每个主半导体开关元件两端出现的电压变化的速率。
9.根据任一前述权利要求所述的半导体开关电路，其中所述主电流支路包括具有第一连接端子和第二连接端子的单个主半导体开关元件，并且所述辅助电流支路被连接在所述第一连接端子与所述第二连接端子之间，由此所述主电流支路和所述辅助电流支路一起限定半导体开关组件。
10.根据权利要求9所述的半导体开关电路，其中所述辅助电流支路包括单个辅助半导体开关元件。
11.根据权利要求9所述的半导体开关电路，其中所述辅助电流支路包括多个串联连接的辅助半导体开关元件。
12.根据权利要求1到8中任一项所述的半导体开关电路，其中所述主电流支路包括串联连接的主半导体开关元件的主串，所述主串具有在其上游端处的上游连接端子和在其下游端处的下游连接端子，所述辅助电流支路被连接在所述主串的所述上游连接端子与所述下游连接端子之间，并且所述辅助电流支路包括串联连接的辅助半导体开关元件的辅助串。
13.一种半导体开关串，用于用在HVDC电力转换器中，包括：根据权利要求9到11中任一项所述的多个串联连接的半导体开关组件。
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