开关模组，变换器及电能变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及开关模组、变换器及电能变换装置，该开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路。该至少两个过压保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合。每个过压保护电路包括钳位单元及保护单元，钳位单元用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至对应的电子开关，保护单元用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通对应的电子开关。钳位单元和保护单元可以针对对应的电子开关提供双重过压保护，提高了可靠性。本发明专利技术还提供了应用上述开关模组的变换器及电能变换装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开的实施方式涉及开关模组、变换器及电能变换装置，特别涉及一种具有新的过压保护电路的开关模组、变换器及电能变换装置。
技术介绍
变换器（Converter）一般被用作能量变换装置，以将一种形式的能量变换成另一种形式的能量。例如，多电平逆变器作为变换器的一种通常包括若干相电路（对应多相交流电输出），每一相电路均包括两个开关单元，通过适当的控制系统来控制上述相电路中开关单元导通或者关断，即可实现直流电源转换至交流电源的功能。对于一些高电压要求的交流电机来说，例如高电压水泵、高电压压缩机等设备，所应用的逆变器上的每一开关单元将流过较高电压水平的电流。典型地，该开关单元为晶体管组成，例如绝缘栅双极型晶体管（insulated gatebipolar transistor，IGBT）。若仅用一个IGBT来作为一个开关单元，该一个IGBT可能不能承受流过其上的电压，为了避免损坏器件，通常使用至少两个串联连接的IGBT来作为一个开关单元，这样可以将电压平均分担至每一个串联的IGBT上，从而不会损坏每一个器件。上述串联连接IGBT虽然能实现平均分担电压的功能，但必须要满足该至少两个串联的IGBT被同步的控制通断，若出现同步误差的话，则仍会导致其中一个IGBT将承受整个电压负荷，进而损毁该器件。针对上述问题，业界通常采用有源钳位电路对上述过压的IGBT提供过压保护。图1所示为一种传统的有源钳位电路90的电路图。该有源钳位电路90包括齐纳二极管Z10和普通二极管D10。该有源钳位电路90的工作原理是：当IGBT92的集电极电位过高时，齐纳二极管Z10被击穿，有电流流入IGBT92的栅极（驱动端），使得IGBT92的栅极电位增大，从而降低IGBT92的关断电流，进而减小IGBT92的集电极-发射极尖峰电压Vce。然而上述有源钳位电路90是有明显缺点的。首先需要明确的是，上述有源钳位电路90工作在IGBT92关断的瞬间，在这个时刻里，IGBT驱动器94的最后一级推动级的三极管Q15呈导通状态。因而，齐纳二极管Z10的电流Iz中的一部分电流Iz1流入IGBT92的栅极，另一部分电流Iz2则被上述导通的三极管Q15旁路。显然，由于导通的三极管Q15的阻抗很低，因此齐纳二极管Z10的电流Iz大部分被三极管Q15旁路，使得流入IGBT92的栅极的电流Iz1大幅度地减少了；导致钳位效果大大地降低了，或者说降低了有源钳位电路90的有效性。所以，需要提供一种新的过压保护电路来解决上述问题。
技术实现思路
有鉴于上文提及之技术问题，本专利技术的一个方面在于提供一种开关模组，该开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路。该至少两个过压保护电路分别与至少两个过压保护电路电性耦合。每个过压保护电路包括钳位单元及保护单元。该钳位单元用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关，该保护单元用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。其中，在上述开关模组中，该保护单元包括侦测器、可控电源及二极管。该侦测器用于当该对应电子开关的两端电压大于该第二预定电压时产生过压故障信号。该二极管的阴极与该对应电子开关的控制端电性耦合，该二极管的阳极与该可控电源电性耦合。该可控电源用于响应所述过压故障信号输出直流电压，该直流电压通过二极管施加到该对应电子开关的控制端以导通该对应的电子开关。本专利技术的另一个方面，在于提供一种变换器。该变换器用于将直流电压转换成交流电压，该变换器包括多个开关模组；每个开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路，该至少两个过压保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合，每个过压保护电路包括：钳位单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关；保护单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。本专利技术的另一个方面，在于提供一种电能变换装置。该电能变换装置包括：第一变换器，用于将第一交流电能转换成直流电能；能量存储装置，用于存储所述第一变换器提供的直流电能；第二变换器，用于将所述能量存储装置提供的直流电能或者所述第一变换器提供的直流电能转换成第二交流电能；其中，该第一变换器和该第二变换器每一者包括多个开关模组，每个开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路，该至少两个过压保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合，每个过压保护电路包括：钳位单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关；保护单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。本专利技术的另一个方面，在于提供一种直流-交流变换器。该直流-交流变换器包括：第一直流线路、第二直流线路、第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组；该第一直流线路和该第二直流线路用于输入直流电压；该第一开关模组与第二开关模组、该第三开关模组与第四开关模组以及第五开关模组与第六开关模组分别串联连接于该第一直流线路与第二直流线路之间；该第一开关模组和第二开关模组之间形成的连接点定义第一输出点，该第三开关模组和第四开关模组之间形成的连接点定义第二输出点，该第五开关模组和第六开关模组之间形成的连接点定义第三输出点；该第一输出点、第二输出点及第三输出点用于输出三相交流电压；该第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组每一者包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路，该至少两个过压保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合，每个过压保护电路包括：钳位单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关；保护单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。本专利技术的另一个方面，在于提供一种交流-直流变换器。该交流-直流变换器包括：第一直流线路、第二直流线路、第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组；该第一直流线路和该第二直流线路用于输出直流电压；该第一开关模组与第二开关模组、该第三开关模组与第四开关模组以及第五开关模组与第六开关模组分别串联连接于该第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关模组，其特征在于：该开关模组包括：至少两个串联连接的电子开关；至少两个过压保护电路，分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合；每个过压保护电路包括：钳位单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关；保护单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。

【技术特征摘要】
1.一种开关模组，其特征在于：该开关模组包括：
至少两个串联连接的电子开关；
至少两个过压保护电路，分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦
合；每个过压保护电路包括：
钳位单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提
供钳位电压至该对应的电子开关；
保护单元，用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导
通该对应的电子开关。
2.如权利要求1所述的开关模组，其特征在于：该保护单元用于当该对应电
子开关的两端电压大于该第二预定电压时控制该对应的电子开关导通一预定
时间。
3.如权利要求2所述的开关模组，其特征在于：该保护单元包括：
侦测器，用于当该对应电子开关的两端电压大于该第二预定电压时产生
过压故障信号；
控制器，用于响应该过压故障信号产生保护信号；
驱动器，用于根据该保护信号控制该对应的电子开关导通所述预定时间。
4.如权利要求3所述的开关模组，其特征在于：该控制器还用于当该侦测器
未产生该过压故障信号时产生驱动信号，该驱动器还用于根据该驱动信号控
制该对应的电子开关导通或者关断。
5.如权利要求2所述的开关模组，其特征在于：该保护单元包括：
侦测器，用于当该对应电子开关的两端电压大于该第二预定电压时产生
过压故障信号；
保护开关，具有用于接收第一直流电压的第一导电端子、与该对应电子
开关的控制端电性耦合的第二导电端子、及用于接收控制信号的控制端子；
脉冲产生器，用于根据所述过压故障信号产生所述控制信号，该控制信
号用于控制该保护开关导通所述预定时间。
6.如权利要求1所述的开关模组，其特征在于：该保护单元包括：
侦测器，用于当该对应电子开关的两端电压大于该第二预定电压时产生
过压故障信号；
放大器；
二极管；该二极管的阴极与该对应电子开关的控制端电性耦合，该二极
管的阳极与该放大器电性耦合；该放大器用于对所述过压故障信号进行放大，
并将放大的过压故障信号通过该二极管输出至该对应电子开关的控制端；该
放大的过压故障信号用于导通该对应的电子开关。
7.如权利要求1所述的开关模组，其特征在于：该过压保护电路还包括电流
增大单元，该电流增大单元用于增大从该钳位单元流入该对应电子开关的控
制端的电流。
8.如权利要求7所述的开关模组，其特征在于：该电流增大单元包括第一齐
纳二极管、三极管、第一电阻及第二电阻，该钳位单元电性耦合于该三极管
的基极与该对应电子开关的第一导电端之间，该三极管的集电极通过该第二
电阻接收第二直流电压，该第一电阻的第一端及该第一齐纳二极管的阴极均
与该三极管的基极电性耦合，该第一电阻的第二端、该第一齐纳二极管的阳
极以及该三极管的发射极均与该对应电子开关的控制端电性耦合。
9.如权利要求8所述的开关模组，其特征在于：该电流增大单元还包括第二
齐纳二极管、第三电阻、第四电阻及MOS场效应管；该第三电阻电性耦合于
该三极管的基极与该钳位单元之间，该第二齐纳二极管的阴极电性耦合于该
钳位单元与该第三电阻之间，该第二齐纳二极管的阳极与该三极管的基极电
性耦合；该MOS场效应管的栅极与该第二齐纳二极管的阴极电性耦合；该
MOS场效应管的漏极通过该第四电阻接收第三直流电压，该MOS场效应管
的源极与该对应电子开关的控制端电性耦合。
10.如权利要求7所述的开关模组，其特征在于：该电流增大单元包括齐纳二
极管、第一电阻、第二电阻及MOS场效应管，该第一电阻电性耦合于该钳位
单元与该对应电子开关的控制端之间，该齐纳二极管的阳极与该对应电子开
关的控制端电性耦合；该齐纳二极管的阴极电性耦合于该钳位单元与该第一
电阻之间，该MOS场效应管的栅极与齐纳二极管的阴极电性耦合，该MOS
场效应管的漏极通过该第二电阻接收直流电压，该MOS场效应管的源极与该
对应电子开关的控制端电性耦合。
11.一种变换器，其特征在于：该变换器用于将直流电压转换成交流电压或者
将交流电压转换成直流电压，该变换器包括多个开关模组，每个开关模组包
括至少两个串联连接的电子开关和至少两个过压保护电路，该至少两个过压

\t保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，吴涛，张颖奇，沈捷，秦来贵，张颖，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US