本发明专利技术提供一种基于IGBT(2)与SiC雪崩二极管(3)反并联的串联电路(1)，所述串联电路(1)包括串联的IGBT(2)及其相应的SiC雪崩二极管(3)，IGBT(2)反并联于其相应的SiC雪崩二极管(3)。本发明专利技术提供的一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联结构，SiC雪崩二极管对IGBT的过压抑制措施，避免了在多个IGBT串联中使用复杂的门极驱动控制和dv/dt控制，在不降低装置安全和可靠性能的前提下，降低了成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子半导体器件应用领域，具体讲涉及一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)是 20 世纪 80年代中期出现的一种复合器件，它的输入控制部分为金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor),输出级为双极结型晶体管，所以IGBT兼有MOSFET和电力晶体管的优点高输入阻抗，电压控制，驱动功率小，开关速度快，工作频率可达10 40kHz，饱和压降低，电压电流容量较大，安全工作区宽，但单个IGBT的电压、电流允许值很难再提高，为了应用于高电压、大功率的领域，可以采用多个 IGBT器件串联的方法，目前已有的电路结构为IGBT器件直接串联、IGBT器件H桥级联和模块化多电平串联等等。采用现有的IGBT串联电路(直接串联、H桥级联、模块化多电平串联)时会产生电压不平衡的情况，而高电压、大功率的应用领域决定了一旦出现严重的电压不平衡，IGBT 将不可避免的出现失效甚至爆炸，而IGBT出现断路实现或者发生爆炸后，又会损坏这些大功率电力电子装置，造成严重的损失。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于IGBT (2)与SiC雪崩二极管(3)反并联的串联电路(I)，SiC雪崩二极管对IGBT的过压抑制措施，避免了在多个IGBT串联中使用复杂的门极驱动控制和dv/dt控制，在不降低装置安全和可靠性能的前提下，降低了成本。本专利技术提供的一种基于IGBT(2)与SiC雪崩二极管(3)反并联的串联电路(I)，所述串联电路(I)包括串联的IGBT (2)及其相应的SiC雪崩二极管(3)，IGBT (2) 反并联于其相应的SiC雪崩二极管(3)。本专利技术提供的第一优选技术方案中正常工作时，所述IGBT(2)集电极与发射极之间为正常工作电压，所述IGBT(2)集电极与发射极之间的电压达到预定电压额时，所述 SiC雪崩二极管(3)导通。本专利技术提供的第二优选技术方案中所述IGBT(2)集电极与发射极之间的正常工作电压为1KV，所述预定电压额为SiC雪崩二极管(3)电压极限值I. 3KV。本专利技术提供的第三优选技术方案中SiC雪崩二极管(3)导通时间设计值短于其耐受时间限度。本专利技术提供的第四优选技术方案中提供一种电压源换流器，一端连接高压直流输电的直流网络侧(4)，另一端连接三相交流网络侧(5)，所述电压源换流器包括三相支路 (6、7、8)，每相支路连接两个换流阀(9-14)，所述换流阀包括串联电路(I)。本专利技术提供的第六优选技术方案中所述IGBT(2)采用脉冲宽度调制控制。3本专利技术提供的第七优选技术方案中提供一种电压源换流器，一端连接高压直流输电的直流网络侧(4)，另一端连接三相交流网络侧(5)，所述电压源换流器包括三相支路，三相支路均由多个子模块(15)串联而成，所述子模块(15)包括并联的IGBT模块(16) 和电容(17)，所述IGBT模块(16)为半桥结构，所述半桥结构IGBT模块(16)包括一个桥臂，所述桥臂包括上下两个反并联的IGBT (2)与SiC雪崩二极管(3)或串联电路(I)。附图说明图I是本专利技术提供的一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路框图2是本专利技术实施例提供的一种换流器的结构框图3是本专利技术实施例提供的另一种换流器的结构框图。图中1、基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路2、IGBT 3、SiC雪崩二极管4、直流网络侧5、三相交流网络侧6-8、三相支路9-14、换流阀15、子模块16、 IGBT模块 17、电容。具体实施方式本专利技术提供的一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路，具体结构如图 I所示，由图I可知，该串联电路I由多个IGBT 2串联形成，每个IGBT2均有一个与之反并联的作为整流单元的SiC雪崩二极管3，当IGBT2承受电压达到预订电压额时，SiC雪崩二极管3导通，起到限制电压、电压嵌位的作用，对反并联的IGBT2实现了过压保护，并且避免了在多开关器件串联中使用复杂的门极驱动控制和dv/dt控制，在不降低装置安全与可靠性的前提下，大大降低成本。具体实施中，串联电路I中采用1.7KV耐压的IGBT2器件，正常工作时每个IGBT2的集电极与发射极之间的电压是lKV，SiC雪崩二极管3预定电压极限为I. 3KV，当串联电路I中某个IGBTl的集电极与发射极间电压达到I. 3KV时，SiC雪崩二极管3开始导通，维持该IGBTl的集电极与发射极之间的电压为I. 3KV，保证该IGBT2不会过压击穿。进一步的，SiC雪崩二极管3导通时间设计值要短于耐受时间限度以避免SiC雪崩二极管3部分或整体受损，具体实施中，SiC雪崩二极管3导通时间可以比耐受时间限度短 2_3 u S0SiC材料击穿电压较高，因此雪崩二极管体积小，但仍有较高的反偏电压，反向恢复电流小，损耗低，同时SiC 二极管能承受较高的温度，因此当IGBT2两端电压降达到一个预定的电压极限时，雪崩二极管在一定时间段内可以通过相对较大的电流，降低二极管损耗率。实施例一本专利技术提供的实施例一为一种电压源换流器，具体结构示意图如图2所示，由图2 可以看出，本实施例提供的一种电压源换流器一端连接高压直流输电的直流网络侧4，另一端连接三相交流网络侧5，该电压源换流器包括三相支路6、7、8，每相支路连接两个换流阀 (9-14)，每个换流阀是相同的，均为图I中的基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路1，串联电路I包含的多个反并联的IGBT2和SiC雪崩二极管3同时开通或关断起到一个换流阀的作用，电压源换流器中单个桥臂中的电压均分于各个IGBT上，基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路I不仅解决IGBT器件的均压问题，并且采用SiC雪崩二极管反并联于IGBT的过压抑制措施，避免了在多个IGBT串联中使用复杂的门极驱动控制和dv/dt 控制，在不降低装置安全和可靠性能的前提下，降低了换流器的成本。进一步的，IGBT2采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制。实施例二本专利技术提供的实施例二为另一种电压源换流器，该电压源换流器的结构为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的结构，具体结构框图如图3所不, 由图3可知，本实施例提供的另一种电压源换流器一端连接高压直流输电的直流网络侧4， 另一端连接三相交流网络侧5，该电压源换流器包括三相支路，三相支路均由多个子模块 15串联而成，每个子模块15都是相同的，均为一个IGBT模块16并联一个电容17，该IGBT 模块16为半桥结构，该半桥结构包含有一个桥臂，该桥臂包括上下两个IGBT2与SiC雪崩二极管3的反并联结构或IGBT2与SiC雪崩二极管3的反并联结构的串联电路，图3给出的是半桥结构包含的桥臂包括上下两个IGBT2与SiC雪崩二极管3的反并联结构的情况。 SiC雪崩二极管反并联于IGBT的过压抑制措施，避免了在多个IGBT串联中使用复杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴锐，温家良，陈中圆，韩健，王成昊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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