[实用新型]一种能自动均压的串联式功率开关桥臂

说明书

(一)技术领域：

本实用新型涉及的是电力电子行业中的变频调速装置中的功率开关桥臂。

(二)背景技术：

电子功率开关因其优良的电气控制特性而广泛用于电力电子行业中，如在斩波器中的IGBT桥，各高、中压变频器中的IGBT桥臂。由于电子功率开关的耐压值较低，在高压电路中，如果采用数只功率开关串联工作，由于各功率开关的开、关时间的不一致性，以及回路电感因di/dt引起的过电压，会导至开通时后开通的功率开关以及关断时先关断的功率开关承受电压太高而损坏，使功率开关的串联应用成为开发的难点。因此在高压电路中目前普遍采用的方式之一是通过多段移相主变压器，IGBT交直交单元桥串联方案，即“H”桥单元叠加方案。(参见天津电气传动研究所杂志社出版的《电气传动》2000年2期P.3-6)。这些方案的缺点是结构复杂，制造困难，成本和故障率都很高。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种利用低耐压的电子功率开关直接串联使用构成具有静态均压、动态均压、反冲电压吸收功能的串联式功率开关桥臂。

实现本实用新型目的的串联式功率开关桥臂由一功率开关桥和一动静态均压吸收单元电路(DRwC)桥构成，所述的功率开关桥由数个功率开关串联连接构成，动静态均压吸收单元电路桥的DRwC电路的个数与功率开关的个数相对应，每个DRwC电路的正、负端分别与所对应的功率开关的正、负端相接，所述的DRwC电路由一个二极管D、一个电容C和一个稳压器Rw组成，其中，二极管D与呈并联连接的稳压器Rw、电容C相串接。

本实用新型的工作原理如下：

当电子功率开关未工作时，由DRwC电路中的稳压器Rw对串联的功率开关进行静态均压。在电子功率开关开通或关断时因开、关时间不一致或回路电感因di/dt引起的过电压，首先由DRwC电路中的电容C充电吸收，由于电容C被充电，两端电压会因此升高，Rw检测到此电压的升高，立即放掉新充的能量，维持电容C两端的电压不高于某一设定值，该设定值远低于功率开关的额定值，从而使功率开关两端的电压不超过其额定值。解决了电子功率开关串联时的因各功率开关的开、关时间不一致而可能引起的过压烧坏的问题。

考虑到在DRwC电路出现失效故障时功率开关两端会出现瞬间高电压、或电路中出现大的浪涌电流时、或短路时会使电容C的充电电压超过所给定的值而导致损坏功率开关这种情况，尚可增设一个由一状态检测电路T和数个并接于每个DRwC电路两端的浪涌吸收器组成的保护电路，所述的状态检测电路由比较器A、二极管D_L、D_H和电阻R₃、R₄、R₅、R₆组成，其中，D_L的阳极和电阻R₅、R₆的一端接比较器A的1脚，D_L的阴极接电阻R₄的一端，电阻R₅的另一端接二极管D_H的阳极和电阻R₃的一端，电阻R₆的另一端接功率开关串联桥的负极端，所述的状态检测电路的高电平检测端与第一个DRwC电路的正极端相接，状态检测电路的低电平检测端与最后一个DRwC电路的负极端相接。当发生上述的电容C的充电电压超过某一给定值这一情况时，并接于每个DRwC电路两端(也是功率开关的两端)的浪涌吸收器在极短的时间内将该过电压释放，从而可保证该功率开关免受异常情况下的过电压击穿。当浪涌吸收器中通过的电流超过一定时间、或某一电子功率开关的控制回路失效导致该开关不工作时，状态检测电路检测到此状态，立即快速输出信号给控制电路处理，从而可进一步确保串联式电子功率开关桥臂的安全工作。

所述的功率开关桥可由IGRT、IEGT、IGCT、GCT、GTO等各种电子功率开关组成。也可选用本人专利(ZL00223733.4)披露的由容性母板和数个与容性母板相接的IGBT所构成的串联直接式高压桥臂。由于容性母板不产生线路电感，呈电容性特性，能有效地吸收因电感负载引起的反冲电压，且对高频谐波的吸收滤波效果很好，减轻了母线上直流滤波电容的压力，从而可进一步保证IGBT串联使用的可靠性。