CN111525778A - 一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置及其方法，属于电力电子变换技术领域。本发明包括N个级联运行的功率半导体器件、N个关断电压采样单元、电压均衡计算单元和N个开关信号相位补偿单元，其适用于功率半导体器件级联运行下的电压均衡，扩展功率半导体开关的工作电压。本发明通过检测级联器件两端电压，生成开关信号补偿相位，加到驱动信号中，主动调整级联器件电压分配。本发明提出了开关信号相位差的生成方法及对应的支撑参数测试方法，用于保证控制环路的稳定、高速运行。

Description

一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置及其方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种功率半导体器件级联运行电压均衡装置及其方法。

背景技术

随着电力电子变换器功率容量的提升，电压提升是必然趋势。然而，现有功率半导体器件的单管容量和电压等级不能满足装备需求。为了弥补功率半导体器件的耐压能力不足，功率半导体器件级联运行是最直接的解决方案，起到电压扩容的作用。低压功率半导体器件级联运行的优点有开关损耗低，成本低。实现低压功率半导体器件的级联运行对于提升电力电子装置的性能具有十分重要的意义。

功率半导体器件级联运行最大的挑战是器件之间的关断电压不均衡现象。由于实际级联的器件参数并非理想状态的完全一致，而是多个参数都存在微小的偏差。对于工艺成熟的产品，其参数在一定范围内随机分布，不均衡电压是多因素共同作用结果。同时，由于器件开关动作速度快，参数的微小偏差可能导致较大的电压不均衡。常见的引起级联器件电压不均衡的因素包括三点：1)器件本体参数差异，如阈值电压、结电容和跨导等；2)括外电路参数差异，如驱动信号延时差异、驱动电平不相等及驱动电阻不相等；3)工作点不一致也会影响不均衡电压的大小，包括电压、电流及器件结温等。

这些差异在实际产品中不可避免，因此必须外加电压均衡辅助方法。常用电压均衡方法主要包括两类：1)一类为添加缓冲均压电路，在功率半导体器件两端并联无源缓冲电路，包括电阻-电容(RC)缓冲电路，电阻-电容-二极管(RCD)缓冲电路等；2)一类为设计闭环有源驱动方法，通过闭环调节功率半导体器件的电压上升斜率实现所有级联器件的电压上升斜率一致，进而实现电压均衡。上述两种方法均会加大器件的开关损耗，削弱器件级联运行的低损耗优势。作为改进技术，功率半导体器件开关信号主动延迟均压技术可以在保证电压均衡同时不影响器件的开关速度。然而，当前的技术无法保证整个控制环路的快速、稳定响应，在均压调整过程中可能出现不均衡电压过调整和多次振荡，威胁串联器件的安全运行，在实际应用中受到了限制。因此，研发稳定、快速的级联运行功率半导体器件电压均衡方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种功率半导体器件级联运行电压均衡装置及其方法，适用于功率半导体器件级联运行下的关断电压均衡。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置，其包括：N个级联运行的功率半导体器件、N个关断电压采样单元、电压均衡计算单元和N个开关信号相位补偿单元，N为大于等于2的正整数；

所述的N个关断电压采样单元与N个功率半导体器件一一对应，用于在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，分别检测N个功率半导体器件的端电压；

所述的电压均衡计算单元用于收集N个关断电压采样单元的电压信息，并计算其两端电压与N个器件关断电压的平均值之间的差值，再基于当前开关周期和/或历史开关周期的关断电压差以及级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度，计算每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位；

所述的N个开关信号相位补偿单元与N个功率半导体器件一一对应，用于获取所对应的功率半导体器件的开关信号补偿相位，并在所对应的功率半导体器件下一次开关动作前，主动补偿开关信号相位，使得级联器件电压均衡。

作为优选，级联运行功率半导体器件的电压均衡由数字控制器执行，所述的电压均衡计算单元和开关信号相位补偿单元均内置于数字控制器中。

作为优选，所述的功率半导体器件包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述任一方案所述电压均衡装置的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其步骤如下：

S1：利用以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统，配置系统中的功率半导体器件工作的电路参数与所述电压均衡装置中级联运行时的单个功率半导体器件的平均参数相同，在功率半导体器件的额定工作电压和额定工作电流工况下，测量功率半导体器件两端的关断电压上升时间和关断电压的数值，计算电压不均衡灵敏度获取级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度R，计算公式为：

其中，t_rv为脉冲测试系统中功率半导体器件在额定电压和额定电流下的关断电压上升时间；V_DC为脉冲测试系统中功率半导体器件的关断电压；T为脉冲测试系统中功率半导体器件的开关周期；π为圆周率；

S2：在所述级联运行功率半导体器件电压均衡装置运行过程中，在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，通过所述的关断电压采样单元采集N个功率半导体器件各自的端电压V_Sk，并将采样信息发送给所述的电压均衡计算单元；

S3：在电压均衡计算单元中，计算N个功率半导体器件两端电压的平均值V_S作为完全均衡状态的关断电压，然后再分别针对每个功率半导体器件，计算器件两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，结合所述的电压不均衡灵敏度得到每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位；

S4：当接收到上级控制器发送的级联功率器件总开关信号后，每个开关信号相位补偿单元均将对应器件的开关信号补偿相位补偿至开关信号中，再将相位补偿后的开关信号发送给所连接的功率半导体器件，使得级联器件电压均衡。

作为优选，在步骤S1中，所述以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统，包括两个功率半导体器件及其驱动单元、负载电感、母线电容；两个功率半导体器件组成半桥电路，半桥电路与母线电容并联；负载电感与其中一个功率半导体器件并联，且该功率半导体器件作为陪测器件，保持关闭状态，半桥电路中的另一个功率半导体器件作为测试器件；测试时，母线电容充电至额定电压后，闭合测试器件，通过母线电容对负载电感充电；当负载电感中电流上升至额定电流时，关断测试器件，测量测试器件两端的关断电压上升时间和母线电压，以母线电压作为功率半导体器件的关断电压，计算功率半导体器件的电压不均衡灵敏度。通过上述方式，不必搭建复杂的级联系统，通过单管即可获得电压不均衡灵敏度，降低了设计成本。

作为优选，在步骤S3中，功率半导体器件的开关信号补偿相位计算环节为比例环节，补偿相位大小基于当前开关周期的不均衡电压计算获得，计算公式为：

其中，θ_Dk为第k个功率半导体器件的开关信号补偿相位，V_Sk为当前开关周期中第k个功率半导体器件的两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，P为用于防止过补偿的系数，取值为0到1之间的正实数。

作为优选，在步骤S3中，功率半导体器件的开关信号补偿相位计算环节为比例积分环节，补偿相位大小基于当前开关周期和历史开关周期的不均衡电压共同计算获得。

作为优选，在所述比例积分环节中，带宽不大于功率半导体器件开关频率的0.2倍。

本发明适用于功率半导体器件级联运行下的电压均衡，扩展功率半导体开关的工作电压。本发明通过检测级联器件两端电压，生成开关信号补偿相位，加到驱动信号中，主动调整级联器件电压分配。本发明提出了开关信号相位差的生成方法及对应的支撑参数测试方法，用于保证控制环路的稳定、高速运行。

附图说明

图1为本发明提供的功率半导体器件级联运行电压均衡方法原理框图

图2为测试不均衡电压灵敏度参数的单脉冲实验电路图

图3为测试不均衡电压灵敏度参数的开关器件波形图

图4为开关信号相位补偿控制框图

图5为基于功率半导体开关级联的大功率模组控制结构图

图6为SiC MOSFET级联模组的电路图

图7为IGBT级联模组的电路图

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置，其包括：N个级联运行的功率半导体器件、N个关断电压采样单元、电压均衡计算单元和N个开关信号相位补偿单元，N为大于等于2的正整数。本发明中的功率半导体器件可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)。

各单元的具体功能如下：

N个关断电压采样单元与N个功率半导体器件一一对应连接，每个关断电压采样单元分别对一个器件进行数据采集。关断电压采样单元能够在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，分别检测其连接的功率半导体器件的端电压。

电压均衡计算单元能够收集N个关断电压采样单元采集的器件的端电压信息。当在一个开关周期中采集到器件的端电压信息后，即可计算其两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值。其中，完全均衡状态的关断电压可以用所有N个功率半导体器件的端电压均值替代。然后，再基于当前开关周期(或当前开关周期结合历史开关周期)的关断电压差以及级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度，计算每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位。

N个开关信号相位补偿单元与N个功率半导体器件一一对应，每个功率半导体器件均带有驱动单元(图中未示出)。对于任意一个功率半导体器件而言，其对应的开关信号相位补偿单元能够获取该功率半导体器件的开关信号补偿相位(由电压均衡计算单元计算得到)，并在该功率半导体器件下一次开关动作前，主动补偿开关信号相位，然后将补偿后的信号输出各驱动单元，以驱动该功率半导体器件作动，由此消除器件的不均衡电压，使得各级联的器件之间实现电压均衡。

需要注意的是，上述电压均衡计算单元和开关信号相位补偿单元，主要用于对补偿相位进行计算和补偿，因此其可以是内置于数字控制器中的程序模块，整个级联运行功率半导体器件的电压均衡由数字控制器执行。

下面结合上述电压均衡装置，具体说明各单元之间通过相互配合，实现级联运行功率半导体器件电压均衡的方法，其具体步骤如下：

S1：利用以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统(其中一种较佳结构将通过后续实施例进行说明)，配置系统中的功率半导体器件工作的电路参数与电压均衡装置中级联运行时的单个功率半导体器件的平均参数相同，在功率半导体器件的额定工作电压和额定工作电流工况下，测量功率半导体器件两端的关断电压上升时间t_rv和关断电压V_DC的数值，计算电压不均衡灵敏度获取级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度R。参数R也就是级联功率半导体器件开关信号的开关信号的相位差与不均衡电压的比例系数，其具有明确的物理意义，即单位相位差引起的不均衡电压的改变量。电压不均衡灵敏度R的计算公式为：

其中，t_rv为脉冲测试系统中功率半导体器件在额定电压和额定电流下的关断电压上升时间；V_DC为脉冲测试系统中功率半导体器件的关断电压；T为脉冲测试系统中功率半导体器件的开关周期；π为圆周率。

经过该步骤，就得到了电压不均衡灵敏度R，因此可以将其用于电压均衡计算单元中的补偿相位计算。

S2：在级联运行功率半导体器件电压均衡装置运行过程中，在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，通过每个器件各自对应的关断电压采样单元采集N个功率半导体器件各自的端电压V_Sk，并将采样信息作为当前周期的数据发送给电压均衡计算单元。当前开关周期的数据与历史开关周期的数据均保存于数据库中。

S3：在电压均衡计算单元中，对于每个开关周期的采样数据，计算N个功率半导体器件两端电压的平均值

作为该周期内完全均衡状态的关断电压，然后再分别针对每个功率半导体器件，计算同一周期中器件两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，记为器件的关断不均衡电压。结合器件的关断不均衡电压和前述步骤中得到的电压不均衡灵敏度，就可以计算得到每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位。

开关信号补偿相位的具体计算时在数字控制器中的电压均衡计算单元中实现的，在具体计算时，补偿相位大小可基于当前开关周期的不均衡电压获得，此时的补偿相位计算环节为比例环节；当然也可根据当前开关周期和历史开关周期的不均衡电压获得，此时的补偿相位计算环节为比例积分环节。

如果开关信号补偿相位计算环节为比例环节，补偿相位大小基于当前开关周期的不均衡电压计算获得，计算公式为：

其中，θ_Dk为第k个功率半导体器件的开关信号补偿相位，V_Sk为当前开关周期中第k个功率半导体器件的两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，P为用于防止过补偿的系数(控制环稳定系数)，取值为0到1之间的正实数。

如果开关信号补偿相位计算环节为比例积分环节，补偿相位大小基于当前开关周期和历史开关周期的不均衡电压共同计算获得。在比例积分环节中，带宽不大于功率半导体器件开关频率的0.2倍。

S4：当接收到上级控制器发送的级联功率器件总开关信号后，每个开关信号相位补偿单元暂时不直接输出至器件，而是需要对信号进行补偿处理，将补偿相位加到驱动信号中。由于对每一个功率半导体器件而言，其均在前一步中计算得到了消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位，因此开关信号相位补偿单元可以读取该开关信号补偿相位，并将其补偿至开关信号中，最后将相位补偿后的开关信号发送给所连接的功率半导体器件，消除该器件的消除电压不均衡，使得级联器件电压均衡。

下面将上述级联运行功率半导体器件电压均衡装置和具体控制方法，应用于一个较佳实施例中，以便于本领域技术人员更好的理解本发明的实质。

如图1所示，该级联运行功率半导体器件电压均衡装置包括N个级联运行的功率半导体器件、N个关断电压采样单元、电压均衡计算单元和N个开关信号相位补偿单元。如前所述，对于N个级联运行的功率半导体器件，器件关断后电压达到稳态时，关断电压采样单元分别检测N个功率半导体器件两端的关断电压。开关信号相位差计算单元计算第k个功率半导体开关两端电压与完全均衡状态的关断电压差值ΔV_k，根据功率半导体器件开关信号相位差Δθ_k与不均衡电压的比例系数R计算所需开关信号补偿相位，补偿下一次开关动作的开关信号相位，使得级联器件电压均衡。其中，N为大于等于2的整数，k为1到N之间的整数。

在本实施例中，电压均衡计算单元收集N个电压采样单元的采样数据，设N个器件的端电压分别为V₁，V₂…V_k…V_N，求得N个电压采样单元的电压平均值作为目标电压

目标电压后续可视为完全均衡状态的关断电压：

第k个器件的不均衡电压差为

与V_k的差值。功率半导体器件开关信号相位差Δθ_k对不均衡电压差ΔV_k具有直接的调节作用，调节的比例系数为R。需要预先知道比例系数R的大小，R的计算方法为

R可以通过离线测试的方式获取，做法为：在额定的电压和电流工作点下，在第k个器件的驱动信号中添加已知延迟相位，测量不均衡电压的改变，通过上式计算R的数值。该思路需要完全搭建N个器件级联的模组并施加对应的高压测试电压，实现复杂且具有一定风险。在具体实施中，为简化R的获取流程，保证测试的安全性，可以采用等效的方式，根据非级联运行时的参数测试结果获取该比例系数。设置功率半导体器件工作的电路参数与级联运行时的独立器件的参数相同，在额定工作电压和额定工作电流的工况下，测量功率半导体器件两端的电压上升时间t_rv和关断电压V_DC，计算电压不均衡灵敏度，即

其中，t_rv为脉冲测试系统中单管功率半导体器件在额定电压和额定电流下的关断电压上升时间；V_DC为脉冲测试系统中单管测试的直流母线电压；T为脉冲测试系统中功率半导体器件开关周期；π为圆周率。

如图2所示，在该实施实例中，比例系数R的计算是基于一个以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统实现的。该脉冲测试系统通过单脉冲实验可获得关断电压上升时间。系统包括两个功率半导体器件及其驱动单元、负载电感、母线电容，由两个功率半导体器件组成半桥电路，半桥电路与母线电容并联，交流端连接负载电感，负载电感的另一端连接至任一个母线电容端点。负载电感与其中一个功率半导体器件并联，且该功率半导体器件作为陪测器件，保持关闭状态，半桥电路中的另一个功率半导体器件作为测试器件。测试时，母线电容充电至额定电压工作点后，闭合测试器件，通过母线电容对负载电感充电，当负载电感电流上升至额定电流时，关断该测试器件，测试器件两端的电压迅速上升。这个过程中门极驱动信号、负载电感电流及功率半导体开关管两端电压的波形如图3所示，测试中的器件开关切换过程与器件现场应用时工况完全一致。测量测试器件两端的关断电压上升时间(即电压波形的上升时间)和直流母线电容电压的大小(母线电压可视为功率半导体器件的关断电压)，由此就可以计算功率半导体器件的电压不均衡灵敏度。

该装置中，相位补偿的控制环路如图4所示，理想的不均衡电压差为零，作为控制环路输入，由电压采样单元得到功率器件的不均衡电压差，经过开关信号补偿相位计算装置得到开关信号补偿相位。补偿的相位可转化为开关信号延迟时间加到功率器件开关信号中，控制功率器件两端电压大小。由于控制器发出的开关信号补偿相位起作用于下一个开关周期，因此，在反馈回路上有一个开关周期的延迟时间，等效于e^-Ts。为保证整个控制环路的稳定性、快速响应，在开关信号补偿相位计算中需要考虑整个闭环传递函数的特征。

在本实施例中，开关信号补偿装置为比例环节，仅根据当前的不均衡电压计算补偿的相位，基于图4所示的控制环路，为保证控制环稳定性，整个环路的增益必须小于1，开关信号补偿相位计算为：

其中，θ_Dk为第k个功率半导体器件的开关信号补偿相位；V_Sk为当前开关周期中第k个功率半导体器件的两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值；P为正实数，取值为0到1之间，例如可取P＝0.8，引入系数P是为了防止过补偿，保证补偿环路的稳定性。

在另一些实施例中，开关信号补偿装置也可以为一阶惯性环节(比例积分环节)，在当前开关周期的不均衡电压信息基础上，再引入历史开关周期的不均衡电压信息来调整开关信号相位。由于功率半导体器件开关动作会给电压采样单元带来周期性的电压扰动，为抗电压采样干扰的能力，一阶惯性环节的带宽须控制在开关周期的0.2倍以下。

由此可见，本实施例中的级联运行功率半导体器件电压均衡装置能够实现功率半导体器件级联运行下的电压均衡，通过生成开关信号补偿相位，主动调整级联器件电压分配。基于该电压均衡装置，在一些其他的实施方式中，还可以通过功率半导体开关级联可以构成高压大功率模组，对外信号接口等同于半桥电路，其中桥臂电路的上管和下管分别由N个功率半导体开关级联，其控制结构如图5所示。在该模组中，上桥臂与模组控制器、下桥臂与模组控制器分别构成了两组图1所示的级联运行功率半导体器件电压均衡装置。模组的上桥臂和下桥臂中均包括电压采样单元、驱动单元，而电压均衡计算单元和开关信号相位补偿单元则内置于模组控制器中，控制信号对外接口包括上管、下管驱动信号及保护反馈信号，与高压大功率半导体开关器件的对外接口一致。功率端口包括直流母线正负端口和交流端口，与高压大功率半导体开关器件一致。该模组在实现高压大功率处理能力的同时，降低了模组的成本和电损耗。

在一些实施方式中，构成模组的器件可以为IGBT器件和SiC MOSFET。基于IGBT器件级联的模组等效电路如图6所示，和单管高压功率半导体开关管相比，该模组具有低开关损耗、低成本的优势。基于SiC MOSFET级联的模组等效电路如图7，和单管高压SiC MOSFET器件相比，该模组具有低导通损耗、低开关损耗和低成本的优势。其中与功率半导体器件并联的电阻和电阻-电容支路起到静态和动态缓冲作用，起到降低关断电压尖峰及初步调节电压均衡作用。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种级联运行功率半导体器件电压均衡装置，其特征在于，包括：N个级联运行的功率半导体器件、N个关断电压采样单元、电压均衡计算单元和N个开关信号相位补偿单元，N为大于等于2的正整数；

所述的N个关断电压采样单元与N个功率半导体器件一一对应，用于在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，分别检测N个功率半导体器件的端电压；

所述的电压均衡计算单元用于收集N个关断电压采样单元的电压信息，并计算其两端电压与N个器件关断电压的平均值之间的差值，再基于当前开关周期和/或历史开关周期的关断电压差以及级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度，计算每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位；

所述的N个开关信号相位补偿单元与N个功率半导体器件一一对应，用于获取所对应的功率半导体器件的开关信号补偿相位，并在所对应的功率半导体器件下一次开关动作前，主动补偿开关信号相位，使得级联器件电压均衡。

2.如权利要求1所述的级联运行功率半导体器件电压均衡装置，其特征在于，级联运行功率半导体器件的电压均衡由数字控制器执行，所述的电压均衡计算单元和开关信号相位补偿单元均内置于数字控制器中。

3.如权利要求1所述的级联运行功率半导体器件电压均衡装置，其特征在于，所述的功率半导体器件包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiCMOSFET)。

4.一种基于如权利要求1～3任一所述的电压均衡装置的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其特征在于，步骤如下：

S1：利用以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统，配置系统中的功率半导体器件工作的电路参数与所述电压均衡装置中级联运行时的单个功率半导体器件的平均参数相同，在功率半导体器件的额定工作电压和额定工作电流工况下，测量功率半导体器件两端的关断电压上升时间和关断电压的数值，计算电压不均衡灵敏度获取级联运行功率半导体器件的电压不均衡灵敏度R，计算公式为：

其中，t_rv为脉冲测试系统中功率半导体器件在额定电压和额定电流下的关断电压上升时间；V_DC为脉冲测试系统中功率半导体器件的关断电压；T为脉冲测试系统中功率半导体器件的开关周期；π为圆周率；

S2：在所述级联运行功率半导体器件电压均衡装置运行过程中，在功率半导体器件关断后且端电压达到稳态时，通过所述的关断电压采样单元采集N个功率半导体器件各自的端电压V_Sk，并将采样信息发送给所述的电压均衡计算单元；

S3：在电压均衡计算单元中，计算N个功率半导体器件两端电压的平均值

作为完全均衡状态的关断电压，然后再分别针对每个功率半导体器件，计算器件两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，结合所述的电压不均衡灵敏度得到每个功率半导体器件消除电压不均衡所需的开关信号补偿相位；

S4：当接收到上级控制器发送的级联功率器件总开关信号后，每个开关信号相位补偿单元均将对应器件的开关信号补偿相位补偿至开关信号中，再将相位补偿后的开关信号发送给所连接的功率半导体器件，使得级联器件电压均衡。

5.如权利要求4所述的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其特征在于，在步骤S1中，所述以非级联的功率半导体器件为测试对象的脉冲测试系统，包括两个功率半导体器件及其驱动单元、负载电感、母线电容；两个功率半导体器件组成半桥电路，半桥电路与母线电容并联；负载电感与其中一个功率半导体器件并联，且该功率半导体器件作为陪测器件，保持关闭状态，半桥电路中的另一个功率半导体器件作为测试器件；测试时，母线电容充电至额定电压后，闭合测试器件，通过母线电容对负载电感充电；当负载电感中电流上升至额定电流时，关断测试器件，测量测试器件两端的关断电压上升时间和母线电压，以母线电压作为功率半导体器件的关断电压，计算功率半导体器件的电压不均衡灵敏度。

6.如权利要求4所述的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其特征在于，在步骤S3中，功率半导体器件的开关信号补偿相位计算环节为比例环节，补偿相位大小基于当前开关周期的不均衡电压计算获得，计算公式为：

其中，θ_Dk为第k个功率半导体器件的开关信号补偿相位，V_Sk为当前开关周期中第k个功率半导体器件的两端电压与完全均衡状态的关断电压之间的差值，P为用于防止过补偿的系数，取值为0到1之间的正实数。

7.如权利要求4所述的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其特征在于，在步骤S3中，功率半导体器件的开关信号补偿相位计算环节为比例积分环节，补偿相位大小基于当前开关周期和历史开关周期的不均衡电压共同计算获得。

8.如权利要求4所述的级联运行功率半导体器件电压均衡方法，其特征在于，在所述比例积分环节中，带宽不大于功率半导体器件开关频率的0.2倍。

Images