[发明专利]多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法

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无源均压的方法，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：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。对于高频电力电子器件如IGBT(绝缘门极双极型晶体管)等工作在高频下的器件。这种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。两只高频电力电子开关串联。在每只管子两端并接了稳压管等的稳压装置。当高频电力电子开关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需要反馈回电源，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无源均压的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是利用钳位电路解决动态均压和稳态均压，利用能量反馈电路将能量反馈到电源中去。同时在每个高频电力电子开关上并联电阻，实现静态均压。具体有以下几种技术解决方案。

方案1：

多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联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，n≥2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-1和二极管D1-1的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-1和二极管D1-1连接点之间接入二极管D2-1，并在第n个高频电力电子开关所并联的电容C1-1和二极管D1-1的连接点与电源的负端之间接入二极管D5-1，同时在第n个高频电力电子开关的两端并联由电容C2-1和高频变压器原边线圈Lm-1的串联电路，电容C2-1、高频变压器原边线圈Lm-1、负载R和二极管D5-1联合组成了能量反馈电路的原边电路，在高频变压器副边线圈Lm’-1两端并联倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-1和二极管D4-1及串联的电容C3-1和电容C4-1构成，串联的二极管D3-1和二极管D4-1与串联的电容C3-1和电容C4-1并联，高频变压器副边线圈Lm’-1的一端与电容C3-1和电容C4-1的连接点相连，高频变压器副边线圈Lm’-1的另一端与二极管D3-1和二极管D4-1的连接点相连，构成能量反馈电路的副边电路，利用能量反馈电路将钳位时充入电容C1-1的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’-1和倍压整流电路反馈到电源中去，实现动态电压钳位和稳态均压，高频变压器原边线圈与副边线圈的匝数之比＝1∶n，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-1，实现静态均压。方案2：