半导体切换电路制造技术

一种供HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路(10)包括：主要电流支路(12)，包含主要半导体切换元件(16)，并且电流在主要半导体切换元件(16)接通时流经该主要半导体切换元件(16)；辅助电流支路(14)，与主要电流支路(12)并联或者反并联连接，辅助电流支路(14)包含辅助电路(18)，辅助电路(18)包含多个有源辅助半导体切换元件(22)，其被连接以形成有源切换桥，辅助电流支路(14)还包含能量存储装置(24)和/或阻抗装置(20)，有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元(26)，控制单元(26)配置成切换有源切换桥以便将辅助电路(18)连接到具有主要电流支路(12)的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路(14)的备选电流通路，由此流经主要电流支路(12)的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件(16)的电流和跨主要半导体切换元件(16)出现的电压中的一个或多个，其中控制单元(26)配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过能量存储装置(24)和/或阻抗装置(20)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体切换电路本专利技术涉及供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路。在输电网中，交流(AC)功率通常转换成直流(DC)功率用于经由高架线和/或海底电缆的传输。这个转换消除对于补偿由传输线路或电缆所强加的AC电容负载效应的需要，并且降低每公里线路和/或电缆的成本，并且因而在功率需要通过长距离传送时变为成本有效的。HVDC功率转换器用来将AC功率转换成DC功率。半导体切换元件、例如晶闸管是HVDC功率转换器的关键组件，并且充当可控整流器，其用来将AC功率转换成DC功率并且反之亦然。按照本专利技术的方面，提供一种供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路，包括：主要电流支路，包含主要半导体切换元件，并且电流在主要半导体切换元件接通时流经该主要半导体切换元件；辅助电流支路，与主要电流支路并联或者反并联连接，辅助电流支路包含辅助电路，辅助电路包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥，辅助电流支路还包含能量存储装置和/或阻抗装置，有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元，控制单元配置成切换有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个，其中控制单元配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过能量存储装置和/或阻抗装置。包含配置成创建经由辅助电流支路并且由此经由能量存储装置和/或阻抗装置的备选电流通路的控制单元允许按照本专利技术的半导体切换电路提供用于通过有选择地将辅助电路的能量存储装置和/或阻抗装置连接到主要半导体切换元件以修改流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个来改进主要半导体切换元件的切换性能的一系列功能。另外，控制单元用来将辅助电路切换出具有主要电流通路的电路的能力准许在不存在用于调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个的需要时去除备选电流通路。这意味着，只有当需要辅助电路执行其功能时，才要求辅助电路保持连接到主要半导体切换元件。否则，如果辅助电路在它没有被要求这样做时保持连接到主要半导体切换元件，则在其期间辅助电路连接到主要半导体切换元件的时间中的所得到的增加将会要求辅助电路的每个组件的电气额定中的对应增加，因而导致具有更高损耗并且具有增加的尺寸和重量的辅助电路。此外，提供有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此准许创建经由辅助电流支路的备选电流通路准许控制单元布置经过其备选电流通路经过辅助电流支路的路线，使得电流能够流经辅助电流支路中的各种路线。这是因为有源切换桥的结构准许其配置提供流经其中的电流的多于一个的路线。这又准许辅助电路组件的布置在保持其功能性的同时提供更紧凑和更廉价的辅助电路。在本专利技术的实施例中，控制单元可配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过和旁路能量存储装置和/或阻抗装置。按照这种方式配置控制单元准许辅助电路按照不同方式连接到主要半导体切换元件以提供不同功能，并且由此导致多功能辅助电路。用于改进主要半导体切换元件的切换性能的该系列范围可包含但不限于电流的变化率的调节、电压的变化率的调节、AC电压分级、DC电压分级以及主要半导体切换元件的反向恢复和阻塞行为的调节。常规地，已知使用可饱和电抗器来控制由切换元件所遭遇的电流的变化率。可饱和电抗器对于设计能够是笨重和复杂的。另外，要求可饱和电抗器的复杂物理几何结构以取得最佳电阻和电感参数。控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的电流的变化率和跨主要半导体切换元件出现的电压的变化率中的一个或多个。按照这种方式配置控制单元准许上述可饱和电抗器的尺寸和复杂度中的降低，而无需使主要半导体切换元件暴露于电流和电压的高变化率。控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节跨主要半导体切换元件的出现电压，并且由此提供主要半导体切换元件的AC和/或DC电压分级。另外，有源切换桥的结构可适合准许辅助电路单独或同时地执行AC和DC电压分级功能。在主要半导体切换元件的反向恢复期间，主要电流支路遭遇反向恢复电流的流动，直到主要半导体切换元件中的反向恢复电荷耗尽。控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的反向恢复电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的反向恢复电流。通过将反向恢复电流转向成在备选电流通路中流动，防止反向恢复电流流出半导体切换电路。这对于具有相异恢复特性的多个串联连接的主要半导体切换电路能够是有利的。半导体切换电路可包含可连接到电气网络的电路端子。主要和辅助电流支路可在电路端子之间延伸。辅助电流支路可配置成当流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路时存储能量。控制单元可配置成切换有源切换桥，以便有选择地将所存储能量释放到电路端子的至少一个中。辅助电路中的有源切换桥的配置可根据辅助电路所要求的功能而变化。有源切换桥的不同配置的示例被描述如下,但不限于。在本专利技术的实施例中，阻抗装置可与能量存储装置和/或有源切换桥串联或并联连接，和/或能量存储装置和/或阻抗装置可连接在有源切换桥内。在本专利技术的另外实施例中，多个有源辅助半导体切换元件可在第一与第二桥端子之间按照半桥布置与能量存储装置并联连接。在本专利技术的其他实施例中，多个有源辅助半导体切换元件可定义第一和第二组有源辅助半导体切换元件，以及第一和第二组有源辅助半导体切换元件可在第一与第二桥端子之间按照全桥布置与能量存储装置并联连接。这种布置准许电流在第一与第二桥端子之间在任一方向上流经有源切换桥。在本专利技术的这类实施例中，辅助电路可包含分支，该分支包含能量存储和阻抗装置的串联连接。第一和第二组有源辅助半导体切换元件可与分支并联连接，以在第一与第二桥端子之间定义全桥布置。第一和第二组有源辅助半导体切换元件中的一个可包含通过对应桥端子所分隔的第一和第二对有源辅助半导体切换元件，第一对有源辅助半导体切换元件通过第一结点来分隔，第二对有源辅助半导体切换元件通过第二结点来分隔。当辅助电路包含分支时，辅助电路可包含一对有源切换元件或无源电流检查元件，该对有源切换元件或无源电流检查元件跨第一和第二结点连接，该对有源切换元件或无源电流检查元件之间的第三结点连接到分支的串联连接的能量存储和阻抗装置之间的第四结点。无源电流检查元件是准许电流仅在一个方向上流经其中的任何装置、例如二极管。可选地，阻抗装置可跨第一和第二结点连接。有源切换桥可以是多电平有源切换桥。能量存储装置可以是或者可包含电容器。阻抗装置可包含电感器和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路，包括：主要电流支路，包含主要半导体切换元件，并且电流在所述主要半导体切换元件接通时流经所述主要半导体切换元件；辅助电流支路，与所述主要电流支路并联或者反并联连接，所述辅助电流支路包含辅助电路，所述辅助电路包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥，所述辅助电流支路还包含能量存储装置和/或阻抗装置，所述有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元，所述控制单元配置成切换所述有源切换桥以便将所述辅助电路连接到具有所述主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由所述辅助电流支路的备选电流通路，由此流经所述主要电流支路的电流转向成流经所述备选电流通路，以调节流经所述主要半导体切换元件的电流和跨所述主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个，其中所述控制单元配置成切换所述有源切换桥以布置所述备选电流通路有选择地经过所述能量存储装置和/或阻抗装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.10 EP 14275134.61.一种供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路，包括：主要电流支路，包含主要半导体切换元件，并且电流在所述主要半导体切换元件接通时流经所述主要半导体切换元件；辅助电流支路，与所述主要电流支路并联或者反并联连接，所述辅助电流支路包含辅助电路，所述辅助电路包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥，所述辅助电流支路还包含能量存储装置和/或阻抗装置，所述有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元，所述控制单元配置成切换所述有源切换桥以便将所述辅助电路连接到具有所述主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由所述辅助电流支路的备选电流通路，由此流经所述主要电流支路的电流转向成流经所述备选电流通路，以调节流经所述主要半导体切换元件的电流和跨所述主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个，其中所述控制单元配置成切换所述有源切换桥以布置所述备选电流通路有选择地经过所述能量存储装置和/或阻抗装置。2.如任何前述权利要求所述的半导体切换电路，其中，所述控制单元配置成切换所述有源切换桥以布置所述备选电流通路有选择地经过和旁路所述能量存储装置和/或阻抗装置。3.如任何前述权利要求所述的半导体切换电路，其中，所述控制单元配置成切换所述有源切换桥，以便将所述辅助电路连接到具有所述主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由所述辅助电流支路的备选电流通路，由此流经所述主要电流支路的电流转向成流经所述备选电流通路，以便：●调节流经所述主要半导体切换元件的电流的变化率和跨所述主要半导体切换元件出现的电压的变化率中的一个或多个；和/或●调节跨所述主要半导体切换元件出现的电压，并且由此提供所述主要半导体切换元件的AC和/或DC电压分级。4.如任何前述权利要求所述的半导体切换电路，其中，所述控制单元配置成切换所述有源切换桥，以便将所述辅助电路连接到具有所述主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由所述辅助电流支路的备选电流通路，由此流经所述主要电流支路的反向恢复电流转向成流经所述备选电流通路，以调节流经所述主要半导体切换元件的所述反向恢复电流。5.如任何前述权利要求所述的半导体切换电路，包含可连接到电气网络的电路端子，其中所述主要和辅助电流支路在所述电路端子之间延伸，所述辅助电流支路配置成当流经所述主要电流支路的电流转向成流经所述备选电流通路时存储能量，并且其中所述控制单元配置成切换所述有源切换桥，以便有选择地将所存储能量释放到所述电路端子的至少一个中。6.如任何前述权利要求所述的半导体切换电路，其中，所述阻抗装置与所述能量存储装置和/或有源切换桥串联或并联连接。7.如任何前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：CC戴维森，IB埃菲卡，DR特赖纳，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH