CN112234811B - 一种半桥型电力电子器件串联均压电路 - Google Patents

一种半桥型电力电子器件串联均压电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半桥型电力电子器件串联均压电路，包括直流电源、上桥臂、下桥臂、无源均压电路、第一电容及第二电容，其中，直流电源的正极与第一电容的正极及上桥臂的正极相连接，直流电源的负极与第二电容的负极及下桥臂的负极相连接，第一电容的负极及第二电容的正极与负载的正极相连接，负载的负极与上桥臂的负极及下桥臂的正极相连接，无源均匀电路与上桥臂及下桥臂相连接，该电路能够有效的保证串联的全控型电力电子器件安全稳定运行。

Description

一种半桥型电力电子器件串联均压电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种半桥型电力电子器件串联均压电路。
背景技术
全控型电力电子器件，如IGBT、IEGT、MOSFET、GTR、IGCT等，既可以通过门极开通，也可以通过门极关断，因此在电力电子设备中得到了广泛的应用。但是受限于半导体材料的特性，电力电子器件的耐压等级无法做到很高。例如商用IGBT的最高电压仅有6.5kV，因此无法满足中高压电力电子设备对器件的耐压要求。将多只全控型电力电子器件串联起来使用是一种提升器件耐压等级的有效方案。
但是，全控型电力电子器件串联使用时，由于器件自身参数的差异以及外围驱动电路参数的差异性等原因，串联的器件很难在开关过程中保持一致的开关速度。先开通或后关断的器件往往会比其他器件承受更高的电压，导致过压击穿，安全性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种半桥型电力电子器件串联均压电路，该电路能够有效的保证串联的全控型电力电子器件安全稳定运行。
为达到上述目的，本发明所述的半桥型电力电子器件串联均压电路包括直流电源、上桥臂、下桥臂、无源均压电路、第一电容及第二电容，其中，直流电源的正极与第一电容的正极及上桥臂的正极相连接，直流电源的负极与第二电容的负极及下桥臂的负极相连接，第一电容的负极及第二电容的正极与负载的正极相连接，负载的负极与上桥臂的负极及下桥臂的正极相连接，无源均匀电路与上桥臂及下桥臂相连接。
所述上桥臂由N个第一全控型电力电子器件串联而成；下桥臂由N个第二全控型电子电子器件串联而成，其中，第一个第一全控型电力电子器件的正极与直流电源的正极相连接，第一个第二全控型电子电子器件的负极与直流电源的负极相连接，负载的负极与第N个第一全控型电力电子器件的负极及第N个第二全控型电子电子器件的正极相连接。
所述无源均压电路包括N-1个第三电容、N-1个第四电容、N-1个第一缓冲二极管及N-1个第二缓冲二极管；
第i个第一全控型电力电子器件对应第i个第三电容及第i个第一缓冲二极管，其中，第i个第一全控型电力电子器件的正极经第i个第三电容与第i个第一缓冲二极管的正极相连接，第i个第一缓冲二极管的负极与第i个第一全控型电力电子器件的负极相连接；
第i个第二全控型电子电子器件的正极与第i个第二缓冲二极管的正极相连接，第i个第二缓冲二极管的负极经第i个第四电容与第i个第二全控型电子电子器件的负极相连接，1≤i≤N-1；
相邻两个第一缓冲二极管之间设置有第一互联二极管，其中，第一互联二极管的负极与前一个第一缓冲二极管的正极相连接，第一互联二极管的正极与后一个第一缓冲二极管的正极相连接；
相邻两个第二缓冲二极管之间设置有第二互联二极管，其中，第二互联二极管的正极与前一个第二缓冲二极管的负极相连接，第二互联二极管的负极与后一个第二缓冲二极管的负极相连接；
下桥臂中第N个第二全控型电子电子器件的负极与第五电容的一端、第三互联二极管的正极相连接，上桥臂中第N个第一全控型电力电子器件的正极与第五电容的另一端及第四互联二极管的负极相连接，第三互联二极管的负极与第N-1个第一缓冲二极管的正极相连接，第四互联二极管的正极与第N-1个第二缓冲二极管的负极相连接。
N大于等于2。
第一全控型电力电子器件及第二全控型电子电子器件为IGBT、IEGT、MOSFET、GTR或IGCT。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的半桥型电力电子器件串联均压电路在具体操作时，通过上桥臂及下桥臂上连接无源均压电路，通过无源均压电路自动平衡各电容之间的电压，以保证器件在开关过程中承受的电压不超过器件自身所允许的极限值，即保证所有串联的电力电子器件具有相同的关断电压峰值，继而保证串联的全控型电力电子器件安全稳定运行，控制十分简洁。
进一步，本发明在各电力电子器件上均并联有电容，因此即使在不加闭环控制的条件下，仍然可以在较长的时间内保证串联的电力电子器件两端电压不会超过额定值，可靠性很高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的半桥型电力电子器件串联均压电路包括直流电源Vdc、上桥臂、下桥臂、无源均压电路、第一电容Cin.1及第二电容Cin.2，其中，直流电源Vdc的正极与第一电容Cin.1的正极及上桥臂的正极相连接，直流电源Vdc的负极与第二电容Cin.2的负极及下桥臂的负极相连接，第一电容Cin.1的负极及第二电容Cin.2的正极与负载的正极相连接，负载的负极与上桥臂的负极及下桥臂的正极相连接，无源均匀电路与上桥臂及下桥臂相连接。
所述上桥臂由N个第一全控型电力电子器件W1串联而成；下桥臂由N个第二全控型电子电子器件W2串联而成，其中，第一个第一全控型电力电子器件W1的正极与直流电源Vdc的正极相连接，第一个第二全控型电子电子器件W2的负极与直流电源Vdc的负极相连接，负载的负极与第N个第一全控型电力电子器件W1的负极及第N个第二全控型电子电子器件W2的正极相连接。
所述无源均压电路包括N-1个第三电容C1、N-1个第四电容C2、N-1个第一缓冲二极管D1及N-1个第二缓冲二极管D3；第i个第一全控型电力电子器件W1对应第i个第三电容C1及第i个第一缓冲二极管D1，其中，第i个第一全控型电力电子器件W1的正极经第i个第三电容C1与第i个第一缓冲二极管D1的正极相连接，第i个第一缓冲二极管D1的负极与第i个第一全控型电力电子器件W1的负极相连接；第i个第二全控型电子电子器件W2的正极与第i个第二缓冲二极管D3的正极相连接，第i个第二缓冲二极管D3的负极经第i个第四电容C2与第i个第二全控型电子电子器件W2的负极相连接，1≤i≤N-1，N大于等于2；相邻两个第一缓冲二极管D1之间设置有第一互联二极管D2，其中，第一互联二极管D2的负极与前一个第一缓冲二极管D1的正极相连接，第一互联二极管D2的正极与后一个第一缓冲二极管D1的正极相连接；相邻两个第二缓冲二极管D3之间设置有第二互联二极管D4，其中，第二互联二极管D4的正极与前一个第二缓冲二极管D3的负极相连接，第二互联二极管D4的负极与后一个第二缓冲二极管D3的负极相连接；下桥臂中第N个第二全控型电子电子器件W2的负极与第五电容C3的一端、第三互联二极管D5的正极相连接，上桥臂中第N个第一全控型电力电子器件W1的正极与第五电容C3的另一端及第四互联二极管D6的负极相连接，第三互联二极管D5的负极与第N-1个第一缓冲二极管D1的正极相连接，第四互联二极管D6的正极与第N-1个第二缓冲二极管D3的负极相连接。
第一全控型电力电子器件W1及第二全控型电子电子器件W2为IGBT、IEGT、MOSFET、GTR或IGCT。
本发明的具体工作过程如图2所示：
当负载电流方向为正时，在下桥臂需要关断时，首先触发第一个第二全控电力电子器件至第N-1个第二全控型电力电子器件W2关断，随后经一个延时Td后触发第N个第二全控型电力电子器件W2关断。当负载电流方向为负时，在上桥臂需要关断时，首先触发第一个第一全控型电力电子器件W1至第N-1个第一全控型电力电子器件W1关断，随后经一个延时Td后触发第N个第一全控型电力电子器件W1关断，其中，
Figure BDA0002676046230000061
k为比例系数，Vdc为直流电源Vdc的电压，Vc3为第五电容C3两端的平均电压，所述负载电流方向为正时，即为电流经负载的正极流向负载的负极。通过控制Td即可闭环地将Vc3的幅值控制在Vdc/N，继而间接地使所有缓冲电容的幅值均处于Vdc/N。
采用本发明后，当串联的电力电子器件两端电压超过Vdc/N时，马上被相应的缓冲电容钳位在Vdc/N附近，从而保证串联电力电子器件的安全运行。
本发明中电容的能量仅在不同的电容之间流动，且开关过程中电容累积的能量可以通过调节器件的关断延时反馈到直流电源Vdc中去，因此均压电路产生的损耗很小。
最后应当说明的是：以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种半桥型电力电子器件串联均压电路，其特征在于，包括直流电源(Vdc)、上桥臂、下桥臂、无源均压电路、第一电容(Cin.1)及第二电容(Cin.2)，其中，直流电源(Vdc)的正极与第一电容(Cin.1)的正极及上桥臂的正极相连接，直流电源(Vdc)的负极与第二电容(Cin.2)的负极及下桥臂的负极相连接，第一电容(Cin.1)的负极及第二电容(Cin.2)的正极与负载的正极相连接，负载的负极与上桥臂的负极及下桥臂的正极相连接，无源均压电路与上桥臂及下桥臂相连接；
所述上桥臂由N个第一全控型电力电子器件(W1)串联而成；下桥臂由N个第二全控型电力电子器件(W2)串联而成，其中，第一个第一全控型电力电子器件(W1)的正极与直流电源(Vdc)的正极相连接，第一个第二全控型电力电子器件(W2)的负极与直流电源(Vdc)的负极相连接，负载的负极与第N个第一全控型电力电子器件(W1)的负极及第N个第二全控型电力电子器件(W2)的正极相连接；
所述无源均压电路包括N-1个第三电容(C1)、N-1个第四电容(C2)、N-1个第一缓冲二极管(D1)及N-1个第二缓冲二极管(D3)；
第i个第一全控型电力电子器件(W1)对应第i个第三电容(C1)及第i个第一缓冲二极管(D1)，其中，第i个第一全控型电力电子器件(W1)的正极经第i个第三电容(C1)与第i个第一缓冲二极管(D1)的正极相连接，第i个第一缓冲二极管(D1)的负极与第i个第一全控型电力电子器件(W1)的负极相连接；
第i个第二全控型电力电子器件(W2)的正极与第i个第二缓冲二极管(D3)的正极相连接，第i个第二缓冲二极管(D3)的负极经第i个第四电容(C2)与第i个第二全控型电力电子器件(W2)的负极相连接，1 ≤i≤N-1；
相邻两个第一缓冲二极管(D1)之间设置有第一互联二极管(D2)，其中，第一互联二极管(D2)的负极与前一个第一缓冲二极管(D1)的正极相连接，第一互联二极管(D2)的正极与后一个第一缓冲二极管(D1)的正极相连接；
相邻两个第二缓冲二极管(D3)之间设置有第二互联二极管(D4)，其中，第二互联二极管(D4)的正极与前一个第二缓冲二极管(D3)的负极相连接，第二互联二极管(D4)的负极与后一个第二缓冲二极管(D3)的负极相连接；
下桥臂中第N个第二全控型电力电子器件(W2)的负极与第五电容(C3)的一端、第三互联二极管(D5)的正极相连接，上桥臂中第N个第一全控型电力电子器件(W1)的正极与第五电容(C3)的另一端及第四互联二极管(D6)的负极相连接，第三互联二极管(D5)的负极与第N-1个第一缓冲二极管(D1)的正极相连接，第四互联二极管(D6)的正极与第N-1个第二缓冲二极管(D3)的负极相连接；
N大于等于2；
第一全控型电力电子器件(W1)及第二全控型电力电子器件(W2)为IGBT、MOSFET、GTR或IGCT；
当负载电流方向为正时，在下桥臂需要关断时，首先触发第一个第二全控电力电子器件至第N-1个第二全控型电力电子器件(W2)关断，随后经一个延时Td后触发第N个第二全控型电力电子器件(W2)关断，当负载电流方向为负时，在上桥臂需要关断时，首先触发第一个第一全控型电力电子器件(W1)至第N-1个第一全控型电力电子器件(W1)关断，随后经一个延时Td后触发第N个第一全控型电力电子器件(W1)关断，其中，
Figure FDA0003643136420000031
k为比例系数，Vdc为直流电源( Vdc) 的电压，Vc3为第五电容(C3)两端的平均电压，所述负载电流方向为正时，即为电流经负载的正极流向负载的负极；通过控制Td即可闭环地将Vc3的幅值控制在Vdc/N，继而间接地使所有缓冲电容的幅值均处于Vdc/N。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4321988A1 (de) * 1992-07-08 1994-01-13 Elin Energieanwendung Schaltungsanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichterschaltpol
JP2754411B2 (ja) * 1989-09-20 1998-05-20 富士電機株式会社 電力変換装置のスナバ回路
CN101860214A (zh) * 2010-05-05 2010-10-13 汪隽迈 多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法
CN104113227A (zh) * 2013-04-22 2014-10-22 富士电机株式会社 多电平转换电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2754411B2 (ja) * 1989-09-20 1998-05-20 富士電機株式会社 電力変換装置のスナバ回路
DE4321988A1 (de) * 1992-07-08 1994-01-13 Elin Energieanwendung Schaltungsanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichterschaltpol
CN101860214A (zh) * 2010-05-05 2010-10-13 汪隽迈 多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法
CN104113227A (zh) * 2013-04-22 2014-10-22 富士电机株式会社 多电平转换电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Voltage Balancing Control of Series-Connected SiC MOSFETs by Using Energy Recovery Snubber Circuits";Fan Zhang等;《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》;20200316;第35卷(第10期);10200-10212页 *
Fan Zhang等."Voltage Balancing Control of Series-Connected SiC MOSFETs by Using Energy Recovery Snubber Circuits".《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》.2020,第35卷(第10期),10200-10212页. *

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