一种功率开关串联电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种功率开关串联电路及其控制方法，包括：多个串联模块、一控制模块和一驱动模块。至少一串联模块具有功率开关和检测模块，该检测模块包括检测单元和隔离单元，以检测是否过压并根据所检测的电压输出一电压检测信号。控制模块接收电压检测信号并输出相应的控制信号。驱动模块将控制信号进行放大处理，以驱动每一功率开关导通或关断；其中，当过压时，控制模块输出相应的控制信号以关断每一功率开关。采用本发明专利技术，当任意一个串联模块的功率开关出现过压时，控制模块输出相应的控制信号，以关断整个串联桥臂上的功率开关，以免功率开关因过压而遭到损坏，因而可提升电路的运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率开关的串联技术，尤其涉及功率开关串联电路的设计和控制方法。
技术介绍
当前，在高压大功率变换器中，对于功率器件要求具有较高的耐压值，但单个的功 率器件显然无法满足这一要求。现有的一种解决方式是，使用多个功率开关器件直接串 联。例如，功率开关器件可以是晶闸管、门控可关断晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT， Insulated Gate Bipolar Transistor),它们可应用于高压直流电路、静态可变补偿器和高 压逆变器等电子设备中。但是，采用晶闸管、门控可关断晶闸管等传统器件进行串联连接时，功率损耗大、 开关速度慢，因而无法在PWM变流装置中得到广泛应用。相比之下，IGBT作为上世纪八十 年代出现的一种新型半导体功率器件，不仅具有电压控制输入特性、低阻通态输出特性，而 且IGBT的开关速度很快，完全能够满足PWM变流技术的要求。另一方面，尽管串联电路中 各IGBT指标、栅极控制信号电路完全相同，但由于各IGBT的性能、开关速度的差异，栅极 控制信号线路元器件参数的不一致，线路存在分布电感、分布电容等因素，往往会造成IGBT 的开关动作不一致，进而造成个别IGBT器件在开关瞬间，集电极与发射极之间的电压超过 其额定的耐压值，损坏该功率器件。有鉴于此，如何对现有的功率开关串联电路进行改进，以便在电路出现异常情形 时能够快速地保护功率开关，提升串联电路的运行可靠性，是业内相关技术人员亟待解决 的一项课题。
技术实现思路
针对现有技术中的功率开关串联电路在使用时所存在的上述缺陷，本专利技术提供了 一种新型的功率开关串联电路及其控制方法。依据本专利技术的一个方面，提供一种功率开关串联电路，该功率开关串联电路包 括多个串联模块，相邻的串联模块间通过各自的功率开关串联连接，并且所述多个 串联模块中的至少一串联模块包括—功率开关，具有一第一端、一第二端和一第三端，所述第一端用于控制所述功率 开关导通或关断，所述第二端连接至相邻的一串联模块中的功率开关，以及所述第三端连 接至相邻的另一串联模块中的功率开关；以及一检测模块，包括一检测单元和一隔离单元，所述检测单元用于检测所述功率开 关的第二端和第三端之间的电压是否过压，以及所述隔离单元根据所检测的电压输出一电 压检测信号；一控制模块，电性连接至所述隔离单元，用于接收所述电压检测信号并输出与所述电压检测信号相对应的一控制信号；以及一驱动模块，电性连接至所述控制模块，用于将所述控制信号进行放大处理，以驱 动每一串联|吴块中的功率开关导通或关断；其中，当所检测的电压高于一第一阈值电压时，所述电压检测信号为一过压信号， 并且所述控制模块输出与所述过压信号相对应的控制信号，以便关断每一串联模块中的功 率开关。优选地，所述隔离单元为一光耦合器。更优选地，所述光耦合器包括一发光半导体 和一受光半导体，所述发光半导体与所述检测单元串联连接，以及所述受光半导体连接至 所述控制模块。进一步，所述光耦合器为一高速光耦合器。优选地，当所述功率开关的第二端和第三端之间的电压高于所述第一阈值电压 时，所述检测单元电性导通以耦接至所述隔离单元。优选地，所述至少一串联模块还包括一均压模块，该均压模块包括一电阻，跨接于 所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率开关进行静态均压。优选地，所述至少一串联模块还包括一电容及一二极管，所述电容包含第一端和 第二端，所述二极管包含正极和负极，所述电容的第一端耦接于所述二极管的负极，所述二 极管的正极和所述电容的第二端跨接于所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率 开关进行动态均压。优选地，所述至少一串联模块还包括一箝位电路，设置于所述电容和所述检测模 块之间，用于将反映所述功率开关的第二端和第三端间的电压箝位至一第二阈值电压，其 中，所述第二阈值电压低于所述第一阈值电压。优选地，该电压检测信号经由光纤传送至所述控制模块。优选地，多个串联模块中的每一串联模块均包括该检测模块。优选地，所述控制模块包括一逻辑电路，其输入端电性连接至所述检测模块的隔 离单元，并且其输出端电性连接至所述驱动模块。在一实施例中，所述逻辑电路为或非门电 路，当至少一串联模块的所述过压信号为高电平时，所述逻辑电路的输出端输出一低电平 的控制信号至所述驱动模块。在另一实施例中，所述逻辑电路为与门电路，当至少一串联模 块中的所述过压信号为低电平时，所述逻辑电路的输出端输出一低电平的控制信号至所述 驱动模块。优选地，所述功率开关为绝缘栅双极型晶体管。依据本专利技术的另一个方面，提供一种用于控制上述功率开关串联电路的方法，该 方法包括以下步骤检测至少一串联模块中的功率开关的第二端和第三端之间的电压；将 所检测的电压与一阈值电压进行比较；当所检测的电压高于所述阈值电压时，在一预设时 间内输出一控制信号；以及将所述控制信号进行放大处理，以驱动所述每一串联模块中的 功率开关执行关断操作。优选地，将所检测的电压与所述控制信号通过一光耦合器进行隔离。优选地，所述控制信号经由光纤传送至所述驱动模块。优选地，所述功率开关为绝缘栅双极型晶体管。依据本专利技术的又一个方面，提供一种多电平变换装置，其中，所述变换装置包括 一三相H桥电路，其每一桥臂具有一第一子桥臂和一第二子桥臂，所述第一子桥臂和所述第二子桥臂均由根据本专利技术上述一个方面所述的一个或多个功率开关串联电路所构成。优选地，所述三相H桥电路为两电平H桥或三电平H桥。优选地，所述第一子桥臂中的每一功率开关的第一端均电性连接至一控制信号， 以及所述第二子桥臂中的每一功率开关的第一端均电性连接至另一控制信号。采用本专利技术的功率开关串联电路，当任意一个串联模块的功率开关的第二端和第 三端之间的电压出现过压时，控制模块输出与该过压信号相对应的控制信号至驱动模块， 以便关断整个串联桥臂上的功率开关，以免功率开关因过压而遭到损坏，因而可提升该功 率开关串联电路的运行可靠性。附图说明读者在参照附图阅读了本专利技术的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本专利技术的 各个方面。其中，图1示出依据本专利技术的一个方面的功率开关串联电路的原理示意图2不出图1的功率开关串联电路的检测I旲块的结构不意图3不出图1的功率开关串联电路的均压I旲块的电路不意图4示出依据本专利技术的另一个方面的功率开关串联电路的控制方法的流程示意 图；以及图5示出将本专利技术的功率开关串联电路应用于多电平变换装置的原理示意图。具体实施方式为了使本申请所揭示的
技术实现思路
更加详尽与完备，可参照附图以及本专利技术的下述 各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员 应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本专利技术所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于 示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。下面参照附图，对本专利技术各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。图1示出依据本专利技术的一个方面的功率开关串联电路的原理示意图。参照图1， 本专利技术的功率开关串联电路包括两个串联模块10和20、控制模块30和驱动模块40。其 中，串联模块10和20间通过各自的功率开关101和201串联连接，以构成功率开关串联 桥臂。优选地，该功率开关采用相同型号的绝缘栅双极型晶体管(IGBT, Insulated Gate B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率开关串联电路，其特征在于，所述功率开关串联电路包括：多个串联模块，相邻的串联模块间通过各自的功率开关串联连接，并且所述多个串联模块中的至少一串联模块包括：一功率开关，具有一第一端、一第二端和一第三端，所述第一端用于控制所述功率开关导通或关断，所述第二端连接至相邻的一串联模块中的功率开关，以及所述第三端连接至相邻的另一串联模块中的功率开关；以及一检测模块，包括一检测单元和一隔离单元，所述检测单元用于检测所述功率开关的第二端和第三端之间的电压是否过压，以及所述隔离单元根据所检测的电压输出一电压检测信号；一控制模块，电性连接至所述隔离单元，用于接收所述电压检测信号并输出与所述电压检测信号相对应的一控制信号；以及一驱动模块，电性连接至所述控制模块，用于将所述控制信号进行放大处理，以驱动每一串联模块中的功率开关导通或关断；其中，当所检测的电压高于一第一阈值电压时，所述电压检测信号为一过压信号，并且所述控制模块输出与所述过压信号相对应的控制信号，以便关断每一串联模块中的功率开关。

【技术特征摘要】
1.一种功率开关串联电路，其特征在于，所述功率开关串联电路包括 多个串联模块，相邻的串联模块间通过各自的功率开关串联连接，并且所述多个串联模块中的至少一串联模块包括 一功率开关，具有一第一端、一第二端和一第三端，所述第一端用于控制所述功率开关导通或关断，所述第二端连接至相邻的一串联模块中的功率开关，以及所述第三端连接至相邻的另一串联t吴块中的功率开关；以及 一检测模块，包括一检测单元和一隔离单元，所述检测单元用于检测所述功率开关的第二端和第三端之间的电压是否过压，以及所述隔离单元根据所检测的电压输出一电压检测信号； 一控制模块，电性连接至所述隔离单元，用于接收所述电压检测信号并输出与所述电压检测信号相对应的一控制信号；以及 一驱动模块，电性连接至所述控制模块，用于将所述控制信号进行放大处理，以驱动每一串联模块中的功率开关导通或关断； 其中，当所检测的电压高于一第一阈值电压时，所述电压检测信号为一过压信号，并且所述控制模块输出与所述过压信号相对应的控制信号，以便关断每一串联模块中的功率开关。2.根据权利要求1所述的功率开关串联电路，其特征在于，所述隔离单元为一光耦合器。3.根据权利要求1所述的功率开关串联电路，其特征在于，当所述功率开关的第二端和第三端之间的电压高于所述第一阈值电压时，所述检测单元电性导通以耦接至所述隔离单元。4.根据权利要求1所述的功率开关串联电路，其特征在于，所述至少一串联模块还包括一均压模块，该均压模块包括 一电阻，跨接于所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率开关进行静态均压。5.根据权利要求1所述的功率开关串联电路，其特征在于，所述至少一串联模块还包括一电容及一二极管，所述电容包含第一端和第二端，所述二极管包含正极和负极，所述电容的第一端耦接于所述二极管的负极，所述二极管的正极和所述电容的第二端跨接于所述功率开关的第二端和第三端，用于对所述功率开关进行动态均压。6.根据权利要求1所述的功率开关串联电路，其特征在于，所述至少一串联模块还包括一箝位电路，设置于所述电容和所述检测模块之间，用于将所述反映功率开关的第二端和第三端间的电压箝位至一第二阈值电压，其中，所述第二阈值电压低于所述第一阈值电压。7.根据权利要求2所述的功率开关串联电路，其特征在于，所述光耦合器包括一发光半导体和一受光半导体，所述发光半导体与所述检测单元串联连接，以及所述受光半导体连接至所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘鸿坚，应建平，付洁，付炜亮，王明，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：