[发明专利]配置为限制开关过电压的电力转换器

说明书

本公开涉及被配置用于限制开关过电压的电力转换器。该电力转换器包括底部换向单元，该底部换向单元包括底部电力电子开关和连接到底部寄生电感的底部补偿电路。底部补偿电路在底部电力电子开关的断开时将在底部寄生电感两端感应的电压样本施加到底部栅极驱动器的基准节点。电力转换器还包括顶部换向单元，其包括顶部电力电子开关和连接到底部寄生电感的顶部补偿电路。顶部补偿电路在顶部电力电子开关的断开时将在底部寄生发射器两端感应的电压的样本施加到顶部栅极驱动器的基准节点。顶部和底部换向单元是回路的一部分，连接在底部电力电子开关的集电极和顶部电力电子开关的发射极的连接点处。

技术领域

本公开涉及电力电子领域。更具体地，本公开涉及被配置用于限制开关过电压的电力转换器。

背景技术

换向单元通常用于需要电压源的转换的电子系统，包括通常被称为逆变器的DC-DC转换器和DC-AC转换器。由于电力转换器电路(例如用于电和/或电混合汽车应用中的电力转换器电路)的有限空间，并且考虑到半导体的高成本，因此对这些换向单元的集成的需求增加。

减少电力转换器电路中的半导体所占用的空间的已知方式是提高其效率以允许降低冷却表面的尺寸。

存在于传统电力转换器电路中的电力电子开关中的损耗主要由两个源引起；传导损耗和开关损耗。减少开关损耗的一种方法通常是加速电力电子开关的接通和断开。然而，电力电子开关的快速断开会导致其高频回路的杂散电感中的过电压。因此通常需要减慢电力电子开关的断开以防止其过电压。这可能会严重影响传统电力转换器电路的整体效率。

图1是诸如在传统的电力转换器电路中使用的常规换向单元的理想化的电路图。换向单元10将来自电压源12(或来自电容器)的DC电压V_bus转换成电流源I_out(或电感)，其通常产生适合于连接到电压源12的正极极耳(positive tab)的负载14的电压V_out，负载14例如是电阻负载、电动机等。换向单元10包括续流二极管16和受控电力电子开关18，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。电容器20(C_in)用于限制电压源12的电压V_bus的变化，并且电感L_out32用于限制输出电流I_out的变化。栅极驱动器(图1中未示出，但在后面的图中示出)控制电力电子开关18的接通和断开。图1示出了换向单元10、负载14以及电压源12的配置，其中能量从电压源12流到负载14，即在图上从左到右。换向单元10也可以以能量沿相反方向流动的反向配置来使用，在该配置中，负载14连接在输出电感L_out 32和电压源12的负极极耳之间。

当接通(即，闭合)时，电力电子开关18允许电流通过其从其集电极22到达其发射器24；此时，电力电子开关18可以近似为闭合电路。当断开时(即，打开)时，电力电子开关18不允许电流从中通过并变成开路。

栅极驱动器在电力电子开关18的栅极26和发射极24之间施加可变控制电压。对于某些类型的电力电子开关，例如双极型晶体管，栅极驱动器可以充当电流源而不是电压源。通常，当施加在栅极26和发射极24之间的电压为“高”时，电力电子开关18允许电流从集电极22传递到发射极24。当施加在栅极26和发射极24之间的电压是“低”时，电力电子开关18阻止电流从其通过。更详细地说，栅极驱动器控制表示为V_ge的栅极26和发射极24之间的电压差。当V_ge大于电力电子开关18的阈值V_ge(th)时，开关18接通并且集电极22和发射极24之间的电压V_ce变为接近零。当V_ge低于V_ge(th)时，电力电子开关18断开，并且V_ce最终达到V_bus。