CN106463966A

CN106463966A - 半导体开关组件

Info

Publication number: CN106463966A
Application number: CN201580031022.7A
Authority: CN
Inventors: C.C.戴维森; I.B.埃菲卡; D.R.特赖纳
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: CN106463966B; EP2955838B1; US20170099009A1; WO2015189214A1; EP2955838A1

Abstract

在HVDC电力转换器的领域中，需要有改进的半导体开关组件，其排除与在其性能方面具有固有限制的主半导体开关元件关联的困难。半导体开关组件（10；110）包括主半导体开关元件（12，112），其包括第一和第二连接端子（14，16），有源辅助电路（20）在第一和第二连接端子（14，16）之间电连接。辅助电路（20）包括彼此串联连接的辅助半导体开关元件（22；32；38；40；42）和电流捕获元件（24）。辅助半导体开关元件（22；32；38；40；42）具有与之操作连接的控制单元（26；126）。控制单元（26，126）配置成使辅助半导体开关元件（22；32；38；40；42）接通以在主半导体开关元件（12；112）关断时使流过它的反向恢复电流（I_RR1，I_RRn）转入电流捕获元件（24）。

Description

半导体开关组件

技术领域

本发明涉及半导体开关组件和半导体开关串，该半导体开关串包括多个串联连接的这样的半导体开关组件，这些半导体开关组件和半导体开关串中的每个供在高压直流（HVDC）电力转换器中使用。

背景技术

在电力传输网络中，交流（AC）电力典型地转换成直流（DC）电力以经由架空线和/或海下电缆传输。该转换消除补偿传输线或电缆所施加的AC电容性负载效应的需要并且使每千米线路和/或电缆的成本降低，并且从而在需要长距离传输电力时变得成本有效。

HVDC电力转换器用于将AC电力转换成DC电力。半导体开关元件（例如晶闸管）是HVDC电力转换器的关键部件，并且充当受控整流器来将AC电力转换成DC电力并且反之亦然。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供有半导体开关组件，以供在HVDC电力转换器中使用，该半导体开关组件包括主半导体开关元件，其包括第一和第二连接端子，有源辅助电路在这两个端子之间电连接，该辅助电路包括彼此串联连接的辅助半导体开关元件和电流捕获元件，辅助半导体开关元件具有与之操作连接的控制单元，该控制单元配置成使辅助半导体开关元件接通以在主半导体开关元件关断时使流过它的反向恢复电流转入电流捕获元件。

跨现实主半导体开关元件中的N和P型材料的交替层之间的结的电子-空穴活动导致这样的现实半导体开关元件在它关断时继续传导反向恢复电流。

使流过主半导体开关元件的反向恢复电流转入电流捕获元件防止反向恢复电流逃离半导体开关组件并且之后不利地影响例如半导体开关组件位于其中的关联HVDC电力转换器中的DC和AC电流。

另外，在跨第一和第二连接端子观察时，本发明的半导体开关组件看上去展现近理想的关断特性，即半导体开关组件看上去确切在正常通过主半导体开关元件在第一与第二连接端子之间流动的电流降到零的时刻几乎停止传导电流（而不是看上去继续传导反向电流，如果流过主半导体开关元件的反向恢复电流逃离半导体开关组件则将如此）

可选地，控制单元配置成在主半导体开关元件关断时选择性地使辅助半导体开关元件接通和切断多次来控制转入电流捕获元件的反向恢复电流量。

这样的控制单元采用可以另外用于补偿主半导体开关元件的其他性能限制这一方式提供反向恢复电流的期望转移。

优选地，电流捕获元件存储从主半导体开关元件转入它的反向恢复电流。

包括存储转移的反向恢复电流的电流捕获元件可取地使得从存储的反向恢复电流得到的能量以及来自其他源的能量可用，以提供与主半导体开关元件或主半导体开关元件位于其中的电力转换器的性能限制有关的其他补偿功能。

可选地，电流捕获元件是或包括能量存储设备。

能量存储设备（例如电容器）容易且可靠地准许存储反向恢复电流。

在本发明的优选实施例中，电流捕获元件耗散从主半导体开关元件转入它的反向恢复电流。反向恢复电流的耗散有助于确保反向恢复电流无法不利地影响任何其他部件或例如本发明的半导体开关组件位于其中的关联HVDC电力转换器的操作方面。

电流捕获元件可以是或包括阻抗，其具有电阻部件和电感部件中的至少一个。

这样的阻抗容易且可靠准许反向恢复电流的安全放电。

优选地，辅助半导体开关元件是或包括晶体管。

晶体管、尤其是包含宽带隙半导体材料（例如碳化硅、氮化镓或金刚石）的晶体管具有需要的电压性能特性来匹配或甚至超出主半导体开关元件的那些，而同时准许相对少量电流经过其中以允许电流捕获元件捕获生成的反向恢复电流。

可选地，辅助半导体开关元件配置成选择性地提供双向电流传输能力。

这样的设置提供流过主半导体开关元件的反向恢复电流的期望转移并且允许辅助电路在主半导体开关元件处于反向偏置条件和正向偏置条件时补偿它的其他性能限制。

控制单元可以另外配置成在主半导体开关元件接通时使辅助半导体开关元件接通，由此在主半导体开关元件接通后立即使从第一连接端子流到第二连接端子的电流被引导流过辅助电路以使流过主半导体开关元件的电流的变化率减少。

采用前述方式使从第一连接端子流到第二连接端子的电流转移允许从外部杂散电容（例如在HVDC电力转换器内）产生的电流被转移通过辅助电路（而不是通过主半导体开关元件），其中该电流可以被安全处理（例如被存储或放电）而不损害主半导体开关元件。这样的配置因此避免需要大的饱和电感器（或di/dt电抗器），不然将需要它来补偿电流变化率的相对低容差，这是一些主半导体开关元件（例如晶闸管）的固有性能限制。

此外，使控制单元配置成在主半导体开关元件接通时使辅助半导体开关元件或每个辅助半导体开关元件接通（例如配置成与主半导体开关元件接通相同的时间或恰在其之前使辅助半导体开关元件接通）可取地允许本发明的半导体开关组件在主半导体开关元件的性能方面的固有限制最为严重时补偿那些限制。

更特定地，本发明的半导体开关组件能够在主半导体开关元件首先接通并且暴露于大的电流变化时使流过主半导体开关元件的电流的变化率减少。在该方面，在接通之前，主半导体开关元件处于正向偏置条件，即它初始被关断但经历正电压。在这样的条件下，主半导体开关元件将允许电流流过其中，并且因此在接收导通信号后（即它接通时）允许电流从第一连接端子流到第二连接端子。

在本发明的另一个优选实施例中，控制单元进一步配置成使辅助半导体开关元件接通以使电流选择性地转移以流过辅助电路来使跨主半导体开关元件出现的电压的变化率减少。

包括进一步配置成使电流转移以流过辅助电路来使跨主半导体开关元件出现的电压的变化率减少的控制单元有助于在主半导体开关元件正在关断时或已经切断时防止主半导体开关元件暴露于高电压变化率和关联的高位移电流（即电容充电电流），并且因此使无意触发主半导体开关元件（即无意使主半导体开关元件接通）的风险减少，该风险会导致例如在本发明的半导体开关组件位于其中的关联HVDC电力转换器内的分支短路。

根据本发明的第二方面，提供有半导体开关串，以供在HVDC电力转换器中使用，该半导体开关串包括：

如上文描述的多个串联连接的半导体开关组件；以及

控制单元，其操作地与每个辅助半导体开关元件连接，

该或每个控制单元配置成使相应辅助半导体开关元件接通以在对应主半导体开关元件关断时使流过所述对应主半导体开关元件的反向恢复电流转入对应的电流捕获元件，所述电流捕获元件跨该对应主半导体开关元件电连接。

包括配置成使相应辅助半导体开关元件接通以使流过对应主半导体开关元件的反向恢复电流转入对应电流捕获元件的至少一个控制单元允许本发明的半导体开关串补偿该开关串中各种主半导体开关元件的非理想关断特性（即，反向恢复电流流过每个主半导体开关元件），使得半导体开关串整体展现近理想的关断特性，即开关串在正常流过串的电流降到零时的情况下整体看上去几乎停止传导电流。

优选地，该或每个控制单元另外配置成通过协调开关串中辅助半导体开关元件的接通和切断来补偿通过相应主半导体开关元件的不同数量的反向恢复电流的流动以在相应主半导体开关元件之间传递反向恢复电流的相应部分，由此每个对应的电流捕获元件接收相同数量的反向恢复电流使得每个主半导体开关元件跨该主半导体开关元件建立相同水平的反向恢复电压。

使每个主半导体开关组件跨该主半导体开关组件建立相同反向恢复电压意指每个主半导体开关元件基本上同时变成正向偏置，即经历正向电压并且因此准备接通并且允许正常电流流过其中。

这样，本发明的半导体开关串能够补偿具有不同关断性能特性的不同主半导体开关元件，即引起不同数量反向恢复电流流动的不同反向恢复电荷特性，并且因此准许来自不只是不同批次而是不同供应商的主半导体开关元件（例如，晶闸管）混合和匹配。

此外，这样的开关串使关联补救部件的尺寸大大减少，例如与每个主半导体开关元件电关联的无源阻尼电路，不然将需要该关联补救部件以便减轻跨主半导体开关元件具有不同反向恢复电压的该主半导体开关元件的影响。

可选地，该或每个控制单元再进一步配置成监测流过相应主半导体开关元件的反向恢复电流中的差异以确立要在所述相应主半导体开关元件之间传递的反向恢复电流部分的大小。

具有这样配置的一个或多个控制单元对辅助半导体开关元件的协调开关提供一定程度控制，这允许每个主半导体开关元件自动跨该主半导体开关元件建立相同水平的反向恢复电压。

附图说明

现在接着通过非限制性示例参考附图简要描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出根据本发明的实施例的半导体开关组件的示意图，该半导体开关组件形成根据本发明的另一个实施例的半导体开关串的一部分；

图2（a）至2（e）示出根据本发明的不同实施例的各种辅助半导体开关元件；

图3示出由图1中示出的半导体开关串实现的近理想关断特性；

图4示出根据本发明的另外的实施例的半导体开关串；以及

图5示出由图4中示出的半导体开关串实现的跨相应主半导体开关元件的相同水平的反向恢复电压。

具体实施方式

根据本发明的第一实施例的半导体开关组件一般由标号10指示。

第一半导体开关组件10包括第一主半导体开关元件12（在图1中示意示出），其具有第一和第二连接端子14、16。

在示出的实施例中，第一主半导体开关元件12是第一主晶闸管18，但在本发明的其他实施例中可以使用不同的第一主半导体开关元件，例如二极管、光触发晶闸管（LTT）、门极关断晶闸管（GTO）、门极换向晶闸管（GCT）或集成门换向晶闸管（IGCT）。优选地，第一主半导体开关元件12以其他参数（例如导通di/dt能力、关断特性和切断态dv/dt能力）为代价为了最低传导（导通态）损耗而优化。

第一主晶闸管18包括门极（未示出），其限定控制端子，第一主晶闸管18可以经由该控制端子接通，例如通过较高级控制器（未示出）。

当第一主晶闸管18这样接通时，正常电流从第一连接端子14通过第一主晶闸管18流到第二连接端子16。

然而，第一主晶闸管18是自然换向开关元件，其意指尽管它可以经由它的门极控制端子接通，它可以仅仅通过设置它位于其中的电路以迫使流过它的电流降到零并且然后维持一定时期（典型地几百微秒）而关断，在该时期期间第一主晶闸管18反向偏置，即在它的第一与第二端子14、16之间施加负电压。相比之下，一些晶闸管衍生品（例如上文提到的GTO和IGCT）自换向，由此它们可以经由它们的门极控制端子接通和切断。

同时，因为第一主晶闸管18是现实（如与理想相对）晶闸管，电子-空穴活动跨第一主晶闸管18内的N和P型材料的交替层之间的结出现。这样的电子-空穴活动意指尽管主晶闸管18反向偏置，在通过其中的电流降到零（即在主晶闸管14完全关断时）后，它继续在反向方向上持续几百微秒传导电流I_RR1，即从第二连接端子16到第一连接端子14。反向恢复电流I_RR1的时间积分是主晶闸管18的反向恢复电荷Q_RR1，即存储的电荷。

鉴于前述，第一主晶闸管18在图1中示意图示为第一反向恢复电荷Q_RR1的源。

第一主半导体开关元件12（即，第一主晶闸管18）具有在其第一与第二端子14、16之间电连接的有源辅助电路20。

辅助电路20包括彼此串联连接的第一辅助半导体开关元件22和电流捕获元件24。第一辅助半导体开关元件22具有与之操作连接的控制单元26。控制单元26配置成使第一辅助半导体开关元件22接通以在第一主晶闸管18关断时（在切断后）使流过第一主晶闸管18的第一反向恢复电流I_RR1转入电流捕获元件24。

更特定地，第一辅助半导体开关元件22包括第一晶体管28，其如在图2（a）中示出的那样配置成允许电流从第一连接端子14通过辅助电路20流到第二连接端子16。

第一晶体管28是n沟道绝缘栅双极晶体管（IGBT），但可以使用许多其他晶体管，例如双极结晶体管（BJT）、金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）或结栅场效应晶体管（JFET）。还可以使用晶体管组件，例如包含50V MOSFET超级共源共栅（super-cascode）设置和1200V碳化硅JFET串联串的MOSFET-JFET共源共栅电路，或低压MOSFET或IGBT的直接串联连接。在任何情况下，示例实施例中包括的晶体管28具有近似9kV至10kV的相对高额定电压，和几百安培的相对高额定脉冲电流，但具有几安培的相对低平均额定电流。

第一晶体管28具有跨该第一晶体管28连接的反并联二极管30，其在主晶闸管18正向偏置时保护第一晶体管28免受反向电压影响。在本发明的其他实施例（未示出）中，可以省略独立反并联二极管而代替使用由本征体制成，其包括在一些晶体管内。

图2（b）示出可以在本发明的另一个实施例中采用的第二可能辅助半导体开关元件32。第二可能辅助半导体开关元件32包括第二晶体管34，其在它的三极管区中作为压控电阻器36操作。

图2（c）至2（e）示出可以在本发明的再另外的实施例中采用的额外的第三、第四和第五可能辅助半导体开关元件38、40、42。第三、第四和第五辅助半导体开关元件38、40、42中的每个选择性地提供双向电流传输能力，即每个可以在第一和第二相反方向上传导电流。

第三和第四辅助半导体开关元件38、40中的每个包括第一和第二晶体管28A、28B，其中的每个具有与之关联的对应保护反并联二极管30A、30B。

第五可能辅助半导体开关元件42包括第一晶体管28和关联的保护反并联二极管30组合，其设置在另外的二极管44的全桥电路内。

第一辅助半导体开关元件22与之串联连接的电流捕获元件24包括采用电容器48（但还可以使用其他形式的能量存储设备）的能量存储设备46和串联连接的阻抗50。在示出的实施例中，阻抗50具有电阻部件（即它包括电阻）和电感部件（即它包括电感）。然而，在本发明的其他实施例中，阻抗50仅需要包括电阻部件和电感部件中的一个或另一个。此外，在本发明的再另外的实施例中，电流捕获元件24仅需要包括能量存储设备46和阻抗50中的一个或另一个。

返回示出的实施例，包括能量存储设备46（即电容器48）允许在第一主晶闸管18关断时电流捕获元件24存储流过第一主晶闸管18的第一反向恢复电流I_RR1，同时包括阻抗50备选地允许电流捕获元件24使流过第一主晶闸管18的第一反向恢复电流I_RR1放电。

在使用中，第一半导体开关组件10操作如下。

在第一主晶闸管18切断后，即它被反向偏置以迫使流过它的电流降到零后，第一反向恢复电流IRR1在主晶闸管18完全关断时继续流过它。在这样的反向恢复电流I_RR1流动期间，控制单元26使第一辅助半导体开关元件22接通以经由有源辅助电路20创建电流路径，第一反向恢复电流I_RR1作为第一有源辅助电路电流I_AAC1流过该电流路径。

这样，第一辅助半导体开关元件在第一主晶闸管18关断时使流过它的第一反向恢复电流I_RR1转入电流捕获元件24，并且因此防止反向恢复电流I_RR1逃离第一半导体开关组件10并且不利影响例如第一半导体开关组件位于其中的HVDC电力转换器内的DC和AC电流。电流捕获元件24使用阻抗50耗散转入它的反向恢复电流I_RR1。

然而，在其他实施例中，电流捕获元件24可以仅耗散转入它的反向恢复电流I_RR1中的一些并且可以将余下部分存储在能量存储设备46（即电容器48）中。在本发明的再其他实施例中，电流捕获元件24可以将转入它的反向恢复电流I_RR1中的全部存储在电容器48中。

能量存储设备46（即电容器48）还可以通过使在主晶闸管18初始接通期间从第一连接端子14流到第二连接端子16的电流转入它来存储能量。它还可以存储来自采用某一其他方式从第一和第二端子传递到它的电流的能量。

在任何这样的实例中可以在前面提到的过程开始时（即在跨主晶闸管18的电压有效地为零时）使用存储的能量，来提供主晶闸管18希望传导的反向恢复电流（经由能量放电）。

除前述外，第一反向恢复电流I_RR1转入电流捕获元件24意指在跨第一和第二连接端子14、16观察时，第一半导体开关组件10看上去展现近理想关断特性。也就是说，第一半导体开关元件10确切在正常流过第一主晶闸管18（即从第一连接端子14到第二连接端子16）的电流降到零的时刻看上去几乎停止传导电流。这是因为不然将另外给出反向电流持续流动这一表现的第一反向恢复电流I_RR1不被允许逃离第一半导体开关组件10。

根据本发明的另一个实施例的另外的半导体开关组件（未示出）可以包括控制单元，其配置成在反向恢复电流流过对应的主半导体开关元件时选择性地使对应的辅助半导体开关元件接通和切断多次。

采用这样的方式，所述控制单元能够控制转入关联电流捕获元件的反向恢复电流量。这样的设置还准许控制单元控制反向恢复电流转入电流捕获元件的速率，并且因此控制能量在电流捕获元件中存储的速率。

控制单元还可以在其他时期使对应的辅助半导体开关元件接通和切断多次以便控制例如在第一与第二连接端子之间流动的其他电流转入电流捕获元件的速率。

在本发明的再另外的实施例（未示出）中，控制单元可以另外配置成在主半导体开关元件（例如主晶闸管）接通时使辅助半导体开关元件接通使得从第一连接端子流到第二连接端子的电流被引导流过辅助电路以在主半导体开关元件接通后立即使流过主半导体开关元件的电流的变化率减少。

这样，由外部杂散电容（例如在HVDC电力转换器内）产生的电流被转移通过辅助电路（而不是通过主半导体开关元件），在该处电流可以被安全处理（例如，存储或放电），而不损害主半导体开关元件。

在本发明的再另外的实施例（未示出）中，控制单元可以进一步配置成使辅助半导体开关元件接通以选择性地使电流转移以流过辅助电路以使跨主半导体开关元件出现的电压的变化率减少。

这样的实施例有助于在主半导体开关元件正在关断或已经切断时防止主半导体开关元件暴露于高的电压变化率和关联的高位移电流（即电容充电电流）。如此，这些实施例使无意触发主半导体开关元件（即无意使主半导体开关元件接通）的风险减少，该风险会导致例如半导体开关组件位于其中的关联HVDC电力转换器内的分支短路。

图1中示出的第一半导体开关组件10形成根据本发明的第二实施例的第一半导体开关串100的部分。

如在图1中示意图示的，第一半导体开关串100包括多个（即n个）串联连接的半导体开关组件10、110。在实际实施例中，n可以是一百左右，例如100至300。然而，为了简洁起见，在图1中仅示出第一半导体开关组件10和第n个半导体开关组件110。

第n个半导体开关组件110与第一半导体开关组件10相似，并且同样包括第n个主半导体开关元件112，其具有第一和第二连接端子14、16。

第n个半导体开关元件112再次是第n个主晶闸管118，但在本发明的其他实施例中可以相似地使用不同的主半导体开关元件。第n个主晶闸管118包括门极（未示出），其限定控制端子，第n个主晶闸管118可以经由该控制端子接通，例如通过与第一主晶闸管18相同的更高级控制器。

在第n个主晶闸管118这样接通时，正常电流相似地从第一连接端子14通过第一主晶闸管118流到第二连接端子16，如与在第一主晶闸管18中一样。

第n个主晶闸管118也是具有现实（如与理想相对）特性的自然换向开关元件，这样的第n个反向恢复电流I_RRn在第n个主晶闸管118关断时相似地流过第n个主晶闸管118。

第n个反向恢复电流I_RRn的时间积分是Q_RRn，并且因此第n个主晶闸管118相似地在图1中示意图示为第n个反向恢复电荷Q_RRn的源。

第n个主半导体开关元件112（即第n个主晶闸管118）具有在其第一与第二端子14、16之间电连接的有源辅助电路20，其与第一半导体开关组件10中的相同。

因此，第n个半导体开关组件110中的辅助电路20包括彼此串联连接的第一辅助半导体开关元件22和电流捕获元件24。

在示出的第一半导体开关串100的实施例中，第一和第n个半导体开关组件10、110中的第一辅助半导体开关元件22中的每个具有与之操作连接的独立控制单元26、126。然而在其他实施例中，第一辅助半导体开关元件22中的两个或以上可以共享共同控制单元。

与第一半导体开关组件10中的第一辅助半导体开关元件22操作连接的控制单元26仍然配置成在第一主晶闸管18切断后使对应的第一辅助半导体开关元件22接通以在第一主晶闸管18关断时使流过它的第一反向恢复电流I_RR1转入对应的电流捕获元件24。

相似地，与第n个半导体开关组件110中的第一辅助半导体开关元件操作连接的控制单元126配置成使对应的第一辅助半导体开关元件22接通以在第n个主晶闸管118关断时使流过它的第n个反向恢复电流I_RRn转入对应的电流捕获元件24。

第一半导体开关串100在其相应末端处限定阳极端子130和阴极端子132。此外，在图1中，第一半导体开关串100示出为在HVDC电力转换器140的第一分支部分138内的第一DC端子134与AC端子136之间连接。然而，在本发明的其他实施例中，第一半导体开关串100可以位于HVDC电力转换器的不同区中。

在使用中，第一半导体开关串100操作如下。

在第一主晶闸管18切断并且在主晶闸管18完全关断时第一反向恢复电流I_RR1再次流过其中后，第一半导体开关组件10中的控制单元26使对应的第一辅助半导体开关元件22接通。这经由对应有源辅助电路20创建电流路径，第一反向恢复电流I_RR1作为第一有源辅助电路电流I_AAC1流过该电流路径。

这样，流过第一主晶闸管18的第一反向恢复电流I_RR1在它能够逃离第一半导体开关组件10之前再次转入第一半导体开关组件10中的电流捕获元件24。

同时，第n个主晶闸管118切断并且第n个反向恢复电流I_RRn相似地开始流过其中。第n个半导体开关组件110中的控制单元126使对应的第一辅助半导体开关元件22接通。这经由对应有源辅助电路20创建电流路径，第n个反向恢复电流I_RRn作为第n个有源辅助电路电流I_AACn流过该电流路径。

这样，流过第n个主晶闸管118的第n个反向恢复电流I_RRn在它也能够逃离第n个半导体开关组件110之前转入第n个半导体开关组件110中的电流捕获元件24。

由此推断流过相应主晶闸管18、118的反向恢复电流I_RR1、I_RRn转入对应的第一和第n个半导体开关组件10、110的有源辅助电路20使得没有反向恢复电流I_RR1、I_RRn逃离第一半导体开关串100。这样的反向恢复电流I_RR1、I_RRn因此无法不利影响例如第一半导体开关串100位于其中的HVDC电力转换器140内的DC和AC电流。

另外，第一和第n个反向恢复电流I_RR1、I_RRn转入对应第一和第n个半导体开关组件10、110的电流捕获元件24内意味着在跨第一半导体开关串100的阳极和阴极端子130、132观察时，第一半导体开关串100看上去展现近理想关断特性。也就是说，第一半导体开关串100确切在正常流过第一半导体开关元件100的电流I_String降到零的时刻看上去几乎停止传导电流I_String，即如在图3的上部分中示出的。

与前述一样，控制单元26、126中的每个另外配置成调节流入关联的电流捕获元件24的对应第一和第n个反向恢复电流I_RR1、I_RRn，即对应的第一和第n个有源辅助电路电流I_AAC1、I_AACn，例如通过在关联的反向恢复电流I_RR1、I_RRn流过对应的主晶闸管18、118时使对应的第一辅助半导体开关元件22接通和切断多次。这样，对应的电流波形I_AAC1、I_AACn采取图3中示出的形式，但在本发明的其他实施例中，控制单元26、126可以采取不同形式的调节，使得关联的电流波形与图3中示出的那些不同。

根据本发明的第三实施例的第二半导体开关串一般由标号150指示。第二半导体开关串150（如在图4中示出的）与第一半导体开关串100相似并且类似的特征共享相同标号。

然而，第二半导体开关串150与第一半导体开关串100的不同之处在于每个控制单元26、126另外配置成补偿通过开关串150中的相应主半导体开关元件12、112（即相应的主晶闸管18、118）的不同反向恢复电流量（例如I_RR1<I_RRn）的流动。这样的反向恢复电流I_RR1、I_RRn的不同量典型地将因为主晶闸管18、118具有不同的反向恢复电荷Q_RR1、Q_RRn特性（例如Q_RRn>Q_RR1）而产生，但其他因素可以起作用。

相应的控制单元26、126通过协调第二开关串150中各种半导体开关组件10、110中的每个中的相应第一辅助半导体开关元件22的接通和切断来实现这样的补偿，以在相应的主半导体开关元件12、112之间（即在相应的主晶闸管18、118之间）传递反向恢复电流I_diff的相应部分，由此对应的电流捕获元件24中的每个接收大致相同量的反向恢复电流I_RR1、I_RRn，即流入关联电流捕获元件24的对应有源辅助电路电流I_AAC1、I_AACn中的每个被修改使得每个具有大致相同大小。

在使用中，前面提到的步骤意指每个主半导体开关元件12、112（即每个主晶闸管18、118）能够及时跨该每个主半导体开关元件12、112建立相同水平的反向恢复电压V_QQR1、V_QQRn，如在图5的下部分中示出的。

使跨每个主半导体开关组件12、112（即每个主晶闸管18、118）的反向恢复电压V_QRR1、V_QRRn收敛于共同值V_QRR导致每个半导体开关元件12、112基本上同时变成正向偏置，即经历正向电压，并且因此准备接通并且允许正常电流流过其中。这进而消除需要建立任意但精确的时间延迟，不然将需要该时间延迟以允许主半导体开关元件12、112中的全部完全关断并且之后变成正向偏置以便准许持续控制例如半导体开关串位于其中的HVDC电力转换器。

相应的控制单元26、126还配置成监测流过相应主半导体开关元件12、122（即，相应的主晶闸管18、118）的反向恢复电流I_RR1、I_RRn中的差异以便确立要在所述相应主半导体开关元件12、122之间（即在所述相应主晶闸管18、118之间）传递的反向恢复电流部分I_diff的大小。

Claims

1.一种半导体开关组件，供在HVDC电力转换器中使用，所述半导体开关组件包括主半导体开关元件，其包括第一和第二连接端子，有源辅助电路在所述第一和第二连接端子之间电连接，所述辅助电路包括彼此串联连接的辅助半导体开关元件和电流捕获元件，所述辅助半导体开关元件具有与之操作连接的控制单元，所述控制单元配置成使所述辅助半导体开关元件接通以在所述主半导体开关元件关断时将流过所述主半导体开关元件的反向恢复电流引导到所述电流捕获元件内。

2.如权利要求1所述的半导体开关组件，其中所述控制单元配置成在所述主半导体开关元件关断时选择性地使所述辅助半导体开关元件接通和切断多次来控制转入所述电流捕获元件的反向恢复电流量。

3.如权利要求1或权利要求2所述的半导体开关组件，其中所述电流捕获元件存储从所述主半导体开关元件转入所述电流捕获元件的反向恢复电流。

4.如权利要求3所述的半导体开关组件，其中所述电流捕获元件是或包括能量存储设备。

5.如权利要求1-4中任一项所述的半导体开关组件，其中所述电流捕获元件耗散从所述主半导体开关元件转入所述电流捕获元件的反向恢复电流。

6.如权利要求5所述的半导体开关组件，其中所述电流捕获元件是或包括阻抗，其具有电阻部件和电感部件中的至少一个。

7.如权利要求1-6中任一项所述的半导体开关组件，其中所述辅助半导体开关元件是或包括晶体管。

8.如权利要求1-7中任一项所述的半导体开关组件，其中所述辅助半导体开关元件配置成选择性地提供双向电流传输能力。

9.如权利要求1-8中任一项所述的半导体开关组件，其中所述控制单元另外配置成在所述主半导体开关元件接通时使所述辅助半导体开关元件接通，由此从所述第一连接端子流到所述第二连接端子的电流被引导流过所述辅助电路以在所述主半导体开关元件接通后立即使流过所述主半导体开关元件的电流的变化率减少。

10.如权利要求1-9中任一项所述的半导体开关组件，其中所述控制单元进一步配置成使所述辅助半导体开关元件接通以选择性地转移电流以流过所述辅助电路来使跨所述主半导体开关元件出现的电压的变化率减少。

11. 一种半导体开关串，供在HVDC电力转换器中使用，所述半导体开关串包括：

如权利要求1-10中任一项所述的多个串联连接的半导体开关组件；以及

控制单元，其操作地与每个辅助半导体开关元件连接，

所述或每个控制单元配置成使相应辅助半导体开关元件接通以在对应主半导体开关元件关断时使流过所述对应主半导体开关元件的反向恢复电流转入对应的电流捕获元件，所述电流捕获元件跨所述对应主半导体开关元件电连接。

12.如权利要求11所述的半导体开关串，其中所述或每个控制单元另外配置成通过协调所述开关串中辅助半导体开关元件的接通和切断以在相应主半导体开关元件之间传递反向恢复电流的相应部分来补偿通过所述开关串中相应主半导体开关元件的不同量的反向恢复电流的流动，由此每个对应电流捕获元件接收相同量的反向恢复电流使得每个主半导体开关元件跨该每个主半导体开关元件建立相同水平的反向恢复电压。

13.如权利要求12所述的半导体开关串，其中所述或每个控制单元再进一步配置成监测流过相应主半导体开关元件的反向恢复电流中的差异来确立在所述相应主半导体开关元件之间传递的反向恢复电流部分的大小。