[发明专利]多个高频电力电子器件串联时实现均压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多个高频电力电子器件串联时实现均压的方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

在高电压工作下，一个器件不够，往往需要几个器件串联起来承受高电压。为了解决多管串联时的均压问题，现行办法可归纳为四类。

第一类办法：图1(a)表示两个逆导晶闸管串联。为了使两管均压，在每管上并联了RC阻容吸收电路。但它们会引起相当大的损耗，尤其在电压较高、频率较高、di/dt及dv/dt较大和要求均压较好等场合。这是最简单的均压办法，效果最差。对于高频电力电子(如绝缘栅双极型晶体管)等工作在高频下的器件。图1(a)的办法往往是不合适的，因为RC阻容不可能绝对无感，只能做到低感。这种微小的电感在低频时没有多大影响，但在高频时却有显著影响。而且高频时阻容吸收电路的损耗较大。再则多管串联时往往需要挑选关断特性相近的管子进行配对串联，这在制造厂不难做到，而对用户厂需要换一个管子时就比较困难。

第二类办法：钳位耗能办法。如图1(b)所示，两只高频电力电子管子串联。在每只管子两端并接了以稳压管示意的稳压装置。当管子的端电压超过稳压管的阈值电压时稳压管进行钳位，限制电压的进一步上升。这种办法看起来很简单，但实际上在高电压下要组成多个独立的稳压电力电子电路却比较复杂，而且效率也较低。或者也可不用稳压电路消耗此能量，而将此能量充入到另外的钳位电路中去，但充入钳位电路的能量如何反馈回电源，比较复杂。有些装置将充入钳位电路的能量用旁路电阻消耗掉，但在高频工作下此损耗很大。

第三类办法，控制各主开关的驱动系统以达到动态均压，它对控制要求较高，目前大多处于研究开发中，还不能适用于较多只随意管子在各种工作条件下的串联。

第四类办法，也是目前用得最多的办法：就是采用多电平、级联式等复杂而昂贵的主电路来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种多个高频电力电子器件串联时低成本实现均压的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在每个高频电力电子开关上并联由电容和高频变压器线圈串联组成的均压电路，使n只高频电力电子开关稳态均压；在每个高频电力电子开关上接入由二极管和钳位电容组成的钳位电路，利用钳位电容在动态时吸纳过压电荷，实现动态电压钳位，并在稳态时通过高频变压器线圈将动态时吸纳的过压电荷释放到电源。具体技术方案如下：

方案1：

多个高频电力电子器件串联时实现均压的方法，其特征是n个串联连接的高频电力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极管D，在每个高频电力电子开关上并联由电容C1和高频变压器线圈Lm串联组成的均压电路，n个高频变压器线圈Lm匝数相等而且绕在同一高频铁芯上，n≥2，实现稳态均压；

在每个高频变压器线圈Lm两端并接由二极管D1和钳位电容C2组成的串联电路，其中，在与第一个高频电力电子开关并接的串联电路的二极管D1两端并联一只辅助电子开关G，辅助电子开关G与高频电力电子开关互补导通。在相邻串联电路的二极管D1与钳位电容C2的连接点之间接入二极管D2，下一级二极管D2的阴极接到上一级二极管D2的阳极，通过二极管D2在高频电力电子开关开通期间将动态时充入除第一只以外的n-1只钳位电容C2中的电荷全部汇集到并接在第一个高频电力电子开关的钳位电容C2中，利用钳位电容C2、二极管D1和电容C1的串联电路钳位，在动态时吸纳过压电荷，实现动态均压，并在稳态时通过高频变压器线圈Lm将动态时吸纳的过压电荷释放到电源。

方案1的进一步特征是，在电源两端并联由n个倍压整流电路串联组成的能量反馈电路，每个倍压整流电路包括两个串联的二极管Dm、两个串联的电容Cm以及与高频变压器线圈Lm耦合的高频变压器副边线圈Lm′，高频变压器副边线圈Lm′的一端与两个串联的二极管Dm的连接点相连，另一端与两个串联的电容Cm的连接点相连。

方案1的又一个进一步特征是，将串联连接的n个高频电力电子开关和并接在每个高频电力电子开关两端的电容C1、二极管D1、钳位电容C2和二极管D2封装在一个模块中。

方案2

多个高频电力电子器件串联时实现均压的方法，其特征是n个串联连接的高频电力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极管D，在每个高频电力电子开关上并联由电容C1-1和高频变压器线圈Lm-1串联组成的均压电路，n个高频变压器线圈Lm-1匝数相等而且绕在同一高频铁芯上，n≥2，实现稳态均压；