[发明专利]一种电压控制型半导体器件串联均压方法及均压电路

说明书

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电压控制型半导体器件串联均压方法及均压电路，其中方法包括：采集串联的每个半导体器件的第一极和第二极之间的电压信号，根据多个半导体器件的电压信号计算一个参考电压信号，分别计算多个电压信号与参考电压信号之间的误差补偿信号；根据误差补偿信号反馈控制对应的可控驱动电源输出的电压控制信号，以使得多个半导体器件同时导通或关断，从而达到均压的效果。该方法减少了杂散参数的引入，也降低了成本，同时功率损耗小、效率高、均压效果好。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电压控制型半导体器件串联均压方法及均压电路。

背景技术

随着半导体技术的发展，以IGBT和MOSFET为代表的电压控制型功率半导体器件在柔性直流输电、大型可再生能源并网和中高压交流传动等大功率场合应用广泛。但单个功率半导体器件能承受的电压有限，对于高电压等级的应用场合，就需要将功率半导体器件进行串联，组成一个耐压等级更高的基本单元。此外，功率半导体器件串联组成的开关单元能够耐受高电压的同时，还能够改善单个高压开关管由于漂移区厚度增加所带来的关断速度慢、存在较大损耗等问题。

能否实现功率半导体器件串联应用的关键在于是否能够保证各器件在开关瞬态以及静态下的电压均衡，否则电压不均衡引起的局部过电压将会导致过压开关管被击穿，威胁所有串联开关管的安全。造成串联功率半导体器件电压不均衡的主要原因包括开关管自身参数的分散性和驱动信号不同步两个方面。串联功率半导体器件寄生电容和断态电阻等参数的不一致将会导致开关管在静态下(关断状态)的电压分配不均衡，这可以通过在开关管两端并联均压电阻的方法较好地解决。然而，对于器件之间内部参数不同和驱动信号不同步引起的功率半导体器件在开通、关断瞬态发生的动态电压不均衡问题，则没有简单易行的解决办法，所以这也是目前研究的热点。

针对功率半导体器件直接串联的动态均压问题，已有的相关研究提出了一些解决方案，主要有无源缓冲、电压箝位两种方法。无源缓冲的方法主要是在各串联开关管两端并联RC或是RCD缓冲器，缓冲器中减缓开关管集射极电压的变化率，吸收瞬时过电压，从而减小不同开关管之间的动态电压差，该方法实现简单，可靠性强，但均压效果有限。此外，缓冲电路会大大减缓器件的开关速度，同时还会增加额外的功率损耗，在中大功率场合效率低下。另外，大功率应用场合往往需要较大的缓冲电容，这会导致串联开关单元体积庞大。电压箝位方法是在各开关器件集射极之间接入由齐纳二极管、电容等器件构成的箝位电路，当某一开关管的集射极电压超过一定值时，箝位电路就会被触发，将该开关管两端的电压箝位在安全电压之内。相比于无源缓冲方法，该方法对器件的开关速度影响小，但只能避免器件两端出现过压，而无法控制动态过程中电压保持均衡，此外，箝位电路被触发时将会流过较大的电流，从而导致较高的功率损耗。也有研究在串联开关管之间接入有源电压箝位电路，使开关管之间相互影响，从而起到均压作用，但电路复杂，不易实现，对开关速度的影响也有所增大。

由此可见，现有技术中针对功率半导体器件直接串联的动态均压方法还存在一定的缺陷，有待改进。

发明内容

针对上述现有技术中功率半导体器件直接串联的动态均压方法存在的不足，本申请提供一种电压控制型半导体器件串联均压方法及均压电路。

一种电压控制型半导体器件串联均压方法,所述半导体器件包括第一极、第二极和控制极，每个半导体器件的控制极与驱动电路的输出端连接，所述驱动电路的输入端连接有可控驱动电源，所述方法包括：

采集串联的每个半导体器件的第一极和第二极之间的电压信号，得到多个电压信号；

根据所述多个电压信号计算一个参考电压信号，分别计算多个电压信号与所述参考电压信号之间的误差补偿信号；

根据所述误差补偿信号反馈控制对应的可控驱动电源输出的电压控制信号，以使得多个半导体器件同时导通或关断。