[发明专利]电力电子设备模块中用于改进的故障模式处理的无源电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备（PE）的技术领域。具体地，涉及增强PE模块中的短路故障模式（SCFM）转变。

背景技术

电压源换流器（VSC）是包括多个诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）电力模块的半导体芯片的电力开关。它们常常在用于将直流电转换成交流电且反之亦然的高压直流（HVDC）应用中或在用于电力传输系统中的无功补偿的静态无功补偿器（SVC）中使用。

诸如IGBT和门极关断（GTO）闸流管的半导体芯片适合于高功率应用。IGBT常常是优选的，因为它们将大功率处理能力与使它们非常适合于串联和/或并联连接的特征相结合。

在PE模块中可能出现短路情形。在这样的情形下，有必要能够处理短路的影响。在半导体例如由于过电流或过电压而击穿时，半导体不再能够保持电压。不能控制被损坏的半导体。可能仅保持小的电压差，并且，在导通时，其电阻能够具有广范围内的值。在最坏的情况下，迫使电流通过具有高电阻的被损坏的半导体可能生成电弧，该电弧会生成大功耗。

在US 7 538 436 B2中描述了电力电子设备模块的一个示例。在模块内侧，半导体芯片并联布置，以便增大总电流能力。电力电子设备模块具有在（由于例如宇宙辐射而导致的）IGBT或二极管故障的情况下进入稳定的短路故障模式（SCFM）的能力。在发生另一个IGBT或二极管故障时，该模块再次进入SCFM。这被称为SCFM转变。PE模块串联连接，以获得具有高的截止电压的值。在模块中的短路的情况下，由堆中的剩余的模块接管截止能力。在EP 2 330 740 A1中描述了电力电子设备模块的另一个示例。该模块包括多个IGBT。一个开关用于在IGBT中的故障的情况下使IGBT从门单元断开并将IGBT连接至电源，诸如连接至电力线的电池或电流/电压互感器。

因此，期望获得电力电子设备模块中的SCFM转变的改进的控制。

发明内容

本发明的目标是提供对上文的技术和现有技术的改进的备选方案。更具体地，本发明的目标是控制PE模块中的SCFM转变。

为了达到这些及其他目标，提供根据本申请的PE模块。

本发明基于如下的洞察：SCFM转变的期间的电弧放电的出现能够用作触发信号和能源，以并联地创建新的SCFM。提出允许电弧放电的控制并改进PE模块的性能的电路方案。而且，提出由于过电流而导致多SCFM生成的另外的电路方案。它们允许模块内的改进的电流分布并导致施加于冷却装置上的热应力的减小。能够针对延长的服务区间或模块的提高的总电流能力而采用增强的控制。此外，在SCFM电阻变得太高时，电路能够再次重复该SCFM转变程序，直到使模块中的全部半导体芯片进入SCFM为止。

关于本发明的观念的一个优点是，由于无需另外的电源，因而能够在模块中实现低成本的电路。

此外，本解决方案提供不具有时间要求严格的传感器和致动器的可靠的转变机构。

根据本发明的第一方面，如本申请中，提供用于控制SCFM转变的PE模块，该PE模块包括并联连接的多个半导体芯片、门单元（GU）以及无源电路布置。

根据本发明的实施例，PE模块包括无源电路布置，其中，无源电路布置包括至少一个电容器和至少一个电阻器的并联连接。模块适于将至少一个半导体芯片的电弧放电用作能源，以使至少一个电容器充电。然后，将栅极电压施加于未出故障的半导体芯片的栅极，并且，无源电路布置接通剩余的未出故障的多个半导体芯片的至少一个。从而，能够并联地创建新的SCFM，以致于改进电流分布并延长寿命。

根据本发明的另一个实施例，PE模块包括多个电阻器。多个电阻器具有不同的电阻值，或任选地，多个电阻器的至少两个具有相同的电阻值。以该方式，可能控制开启剩余的未出故障的半导体芯片其中的半导体芯片。如果过电流足够地强且持久，则由PE模块开启的单个半导体芯片能够仅以SCFM结束。

因此，假使本设备电流远低于标称电流额定值，则需要控制未出故障的半导体芯片的数量。

附图说明

在结合附图来考虑时，本发明的另外的特性和优点将从以下的非限制的详细描述对本领域技术人员更清楚地显现，其中：

图1示出根据本发明的例示的实施例的PE模块的示意图；

图2示出根据本发明的另一个例示的实施例的PE模块的示意图。

具体实施方式