本發(fā)明涉及半導(dǎo)體開關(guān)組件和半導(dǎo)體開關(guān)串，該半導(dǎo)體開關(guān)串包括多個串聯(lián)連接的這樣的半導(dǎo)體開關(guān)組件，這些半導(dǎo)體開關(guān)組件和半導(dǎo)體開關(guān)串中的每個供在高壓直流（HVDC）電力轉(zhuǎn)換器中使用。

背景技術(shù)：

在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流（AC）電力典型地轉(zhuǎn)換成直流（DC）電力以經(jīng)由架空線和/或海下電纜傳輸。該轉(zhuǎn)換消除補償傳輸線或電纜所施加的AC電容性負(fù)載效應(yīng)的需要并且使每千米線路和/或電纜的成本降低，并且從而在需要長距離傳輸電力時變得成本有效。

HVDC電力轉(zhuǎn)換器用于將AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力。半導(dǎo)體開關(guān)元件（例如晶閘管）是HVDC電力轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件，并且充當(dāng)受控整流器來將AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力并且反之亦然。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供有半導(dǎo)體開關(guān)組件，以供在HVDC電力轉(zhuǎn)換器中使用，該半導(dǎo)體開關(guān)組件包括主半導(dǎo)體開關(guān)元件，其包括第一和第二連接端子，有源輔助電路在這兩個端子之間電連接，該輔助電路包括彼此串聯(lián)連接的輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件和電流捕獲元件，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件具有與之操作連接的控制單元，該控制單元配置成使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通以在主半導(dǎo)體開關(guān)元件關(guān)斷時使流過它的反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)入電流捕獲元件。

跨現(xiàn)實主半導(dǎo)體開關(guān)元件中的N和P型材料的交替層之間的結(jié)的電子-空穴活動導(dǎo)致這樣的現(xiàn)實半導(dǎo)體開關(guān)元件在它關(guān)斷時繼續(xù)傳導(dǎo)反向恢復(fù)電流。

使流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)入電流捕獲元件防止反向恢復(fù)電流逃離半導(dǎo)體開關(guān)組件并且之后不利地影響例如半導(dǎo)體開關(guān)組件位于其中的關(guān)聯(lián)HVDC電力轉(zhuǎn)換器中的DC和AC電流。

另外，在跨第一和第二連接端子觀察時，本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)組件看上去展現(xiàn)近理想的關(guān)斷特性，即半導(dǎo)體開關(guān)組件看上去確切在正常通過主半導(dǎo)體開關(guān)元件在第一與第二連接端子之間流動的電流降到零的時刻幾乎停止傳導(dǎo)電流（而不是看上去繼續(xù)傳導(dǎo)反向電流，如果流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流逃離半導(dǎo)體開關(guān)組件則將如此）

可選地，控制單元配置成在主半導(dǎo)體開關(guān)元件關(guān)斷時選擇性地使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通和切斷多次來控制轉(zhuǎn)入電流捕獲元件的反向恢復(fù)電流量。

這樣的控制單元采用可以另外用于補償主半導(dǎo)體開關(guān)元件的其他性能限制這一方式提供反向恢復(fù)電流的期望轉(zhuǎn)移。

優(yōu)選地，電流捕獲元件存儲從主半導(dǎo)體開關(guān)元件轉(zhuǎn)入它的反向恢復(fù)電流。

包括存儲轉(zhuǎn)移的反向恢復(fù)電流的電流捕獲元件可取地使得從存儲的反向恢復(fù)電流得到的能量以及來自其他源的能量可用，以提供與主半導(dǎo)體開關(guān)元件或主半導(dǎo)體開關(guān)元件位于其中的電力轉(zhuǎn)換器的性能限制有關(guān)的其他補償功能。

可選地，電流捕獲元件是或包括能量存儲設(shè)備。

能量存儲設(shè)備（例如電容器）容易且可靠地準(zhǔn)許存儲反向恢復(fù)電流。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電流捕獲元件耗散從主半導(dǎo)體開關(guān)元件轉(zhuǎn)入它的反向恢復(fù)電流。反向恢復(fù)電流的耗散有助于確保反向恢復(fù)電流無法不利地影響任何其他部件或例如本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)組件位于其中的關(guān)聯(lián)HVDC電力轉(zhuǎn)換器的操作方面。

電流捕獲元件可以是或包括阻抗，其具有電阻部件和電感部件中的至少一個。

這樣的阻抗容易且可靠準(zhǔn)許反向恢復(fù)電流的安全放電。

優(yōu)選地，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件是或包括晶體管。

晶體管、尤其是包含寬帶隙半導(dǎo)體材料（例如碳化硅、氮化鎵或金剛石）的晶體管具有需要的電壓性能特性來匹配或甚至超出主半導(dǎo)體開關(guān)元件的那些，而同時準(zhǔn)許相對少量電流經(jīng)過其中以允許電流捕獲元件捕獲生成的反向恢復(fù)電流。

可選地，輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件配置成選擇性地提供雙向電流傳輸能力。

這樣的設(shè)置提供流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流的期望轉(zhuǎn)移并且允許輔助電路在主半導(dǎo)體開關(guān)元件處于反向偏置條件和正向偏置條件時補償它的其他性能限制。

控制單元可以另外配置成在主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通時使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通，由此在主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通后立即使從第一連接端子流到第二連接端子的電流被引導(dǎo)流過輔助電路以使流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流的變化率減少。

采用前述方式使從第一連接端子流到第二連接端子的電流轉(zhuǎn)移允許從外部雜散電容（例如在HVDC電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)）產(chǎn)生的電流被轉(zhuǎn)移通過輔助電路（而不是通過主半導(dǎo)體開關(guān)元件），其中該電流可以被安全處理（例如被存儲或放電）而不損害主半導(dǎo)體開關(guān)元件。這樣的配置因此避免需要大的飽和電感器（或di/dt電抗器），不然將需要它來補償電流變化率的相對低容差，這是一些主半導(dǎo)體開關(guān)元件（例如晶閘管）的固有性能限制。

此外，使控制單元配置成在主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通時使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件或每個輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通（例如配置成與主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通相同的時間或恰在其之前使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通）可取地允許本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)組件在主半導(dǎo)體開關(guān)元件的性能方面的固有限制最為嚴(yán)重時補償那些限制。

更特定地，本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)組件能夠在主半導(dǎo)體開關(guān)元件首先接通并且暴露于大的電流變化時使流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流的變化率減少。在該方面，在接通之前，主半導(dǎo)體開關(guān)元件處于正向偏置條件，即它初始被關(guān)斷但經(jīng)歷正電壓。在這樣的條件下，主半導(dǎo)體開關(guān)元件將允許電流流過其中，并且因此在接收導(dǎo)通信號后（即它接通時）允許電流從第一連接端子流到第二連接端子。

在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，控制單元進一步配置成使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通以使電流選擇性地轉(zhuǎn)移以流過輔助電路來使跨主半導(dǎo)體開關(guān)元件出現(xiàn)的電壓的變化率減少。

包括進一步配置成使電流轉(zhuǎn)移以流過輔助電路來使跨主半導(dǎo)體開關(guān)元件出現(xiàn)的電壓的變化率減少的控制單元有助于在主半導(dǎo)體開關(guān)元件正在關(guān)斷時或已經(jīng)切斷時防止主半導(dǎo)體開關(guān)元件暴露于高電壓變化率和關(guān)聯(lián)的高位移電流（即電容充電電流），并且因此使無意觸發(fā)主半導(dǎo)體開關(guān)元件（即無意使主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通）的風(fēng)險減少，該風(fēng)險會導(dǎo)致例如在本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)組件位于其中的關(guān)聯(lián)HVDC電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的分支短路。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供有半導(dǎo)體開關(guān)串，以供在HVDC電力轉(zhuǎn)換器中使用，該半導(dǎo)體開關(guān)串包括：

如上文描述的多個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)組件；以及

控制單元，其操作地與每個輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件連接，

該或每個控制單元配置成使相應(yīng)輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通以在對應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件關(guān)斷時使流過所述對應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)入對應(yīng)的電流捕獲元件，所述電流捕獲元件跨該對應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件電連接。

包括配置成使相應(yīng)輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通以使流過對應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)入對應(yīng)電流捕獲元件的至少一個控制單元允許本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)串補償該開關(guān)串中各種主半導(dǎo)體開關(guān)元件的非理想關(guān)斷特性（即，反向恢復(fù)電流流過每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件），使得半導(dǎo)體開關(guān)串整體展現(xiàn)近理想的關(guān)斷特性，即開關(guān)串在正常流過串的電流降到零時的情況下整體看上去幾乎停止傳導(dǎo)電流。

優(yōu)選地，該或每個控制單元另外配置成通過協(xié)調(diào)開關(guān)串中輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通和切斷來補償通過相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件的不同數(shù)量的反向恢復(fù)電流的流動以在相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件之間傳遞反向恢復(fù)電流的相應(yīng)部分，由此每個對應(yīng)的電流捕獲元件接收相同數(shù)量的反向恢復(fù)電流使得每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件跨該主半導(dǎo)體開關(guān)元件建立相同水平的反向恢復(fù)電壓。

使每個主半導(dǎo)體開關(guān)組件跨該主半導(dǎo)體開關(guān)組件建立相同反向恢復(fù)電壓意指每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件基本上同時變成正向偏置，即經(jīng)歷正向電壓并且因此準(zhǔn)備接通并且允許正常電流流過其中。

這樣，本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)串能夠補償具有不同關(guān)斷性能特性的不同主半導(dǎo)體開關(guān)元件，即引起不同數(shù)量反向恢復(fù)電流流動的不同反向恢復(fù)電荷特性，并且因此準(zhǔn)許來自不只是不同批次而是不同供應(yīng)商的主半導(dǎo)體開關(guān)元件（例如，晶閘管）混合和匹配。

此外，這樣的開關(guān)串使關(guān)聯(lián)補救部件的尺寸大大減少，例如與每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件電關(guān)聯(lián)的無源阻尼電路，不然將需要該關(guān)聯(lián)補救部件以便減輕跨主半導(dǎo)體開關(guān)元件具有不同反向恢復(fù)電壓的該主半導(dǎo)體開關(guān)元件的影響。

可選地，該或每個控制單元再進一步配置成監(jiān)測流過相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件的反向恢復(fù)電流中的差異以確立要在所述相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件之間傳遞的反向恢復(fù)電流部分的大小。

具有這樣配置的一個或多個控制單元對輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件的協(xié)調(diào)開關(guān)提供一定程度控制，這允許每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件自動跨該主半導(dǎo)體開關(guān)元件建立相同水平的反向恢復(fù)電壓。

附圖說明

現(xiàn)在接著通過非限制性示例參考附圖簡要描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體開關(guān)組件的示意圖，該半導(dǎo)體開關(guān)組件形成根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的半導(dǎo)體開關(guān)串的一部分；

圖2（a）至2（e）示出根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的各種輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件；

圖3示出由圖1中示出的半導(dǎo)體開關(guān)串實現(xiàn)的近理想關(guān)斷特性；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的半導(dǎo)體開關(guān)串；以及

圖5示出由圖4中示出的半導(dǎo)體開關(guān)串實現(xiàn)的跨相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件的相同水平的反向恢復(fù)電壓。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導(dǎo)體開關(guān)組件一般由標(biāo)號10指示。

第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10包括第一主半導(dǎo)體開關(guān)元件12（在圖1中示意示出），其具有第一和第二連接端子14、16。

在示出的實施例中，第一主半導(dǎo)體開關(guān)元件12是第一主晶閘管18，但在本發(fā)明的其他實施例中可以使用不同的第一主半導(dǎo)體開關(guān)元件，例如二極管、光觸發(fā)晶閘管（LTT）、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、門極換向晶閘管（GCT）或集成門換向晶閘管（IGCT）。優(yōu)選地，第一主半導(dǎo)體開關(guān)元件12以其他參數(shù)（例如導(dǎo)通di/dt能力、關(guān)斷特性和切斷態(tài)dv/dt能力）為代價為了最低傳導(dǎo)（導(dǎo)通態(tài)）損耗而優(yōu)化。

第一主晶閘管18包括門極（未示出），其限定控制端子，第一主晶閘管18可以經(jīng)由該控制端子接通，例如通過較高級控制器（未示出）。

當(dāng)?shù)谝恢骶чl管18這樣接通時，正常電流從第一連接端子14通過第一主晶閘管18流到第二連接端子16。

然而，第一主晶閘管18是自然換向開關(guān)元件，其意指盡管它可以經(jīng)由它的門極控制端子接通，它可以僅僅通過設(shè)置它位于其中的電路以迫使流過它的電流降到零并且然后維持一定時期（典型地幾百微秒）而關(guān)斷，在該時期期間第一主晶閘管18反向偏置，即在它的第一與第二端子14、16之間施加負(fù)電壓。相比之下，一些晶閘管衍生品（例如上文提到的GTO和IGCT）自換向，由此它們可以經(jīng)由它們的門極控制端子接通和切斷。

同時，因為第一主晶閘管18是現(xiàn)實（如與理想相對）晶閘管，電子-空穴活動跨第一主晶閘管18內(nèi)的N和P型材料的交替層之間的結(jié)出現(xiàn)。這樣的電子-空穴活動意指盡管主晶閘管18反向偏置，在通過其中的電流降到零（即在主晶閘管14完全關(guān)斷時）后，它繼續(xù)在反向方向上持續(xù)幾百微秒傳導(dǎo)電流I_RR1，即從第二連接端子16到第一連接端子14。反向恢復(fù)電流I_RR1的時間積分是主晶閘管18的反向恢復(fù)電荷Q_RR1，即存儲的電荷。

鑒于前述，第一主晶閘管18在圖1中示意圖示為第一反向恢復(fù)電荷Q_RR1的源。

第一主半導(dǎo)體開關(guān)元件12（即，第一主晶閘管18）具有在其第一與第二端子14、16之間電連接的有源輔助電路20。

輔助電路20包括彼此串聯(lián)連接的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22和電流捕獲元件24。第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22具有與之操作連接的控制單元26。控制單元26配置成使第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通以在第一主晶閘管18關(guān)斷時（在切斷后）使流過第一主晶閘管18的第一反向恢復(fù)電流I_RR1轉(zhuǎn)入電流捕獲元件24。

更特定地，第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22包括第一晶體管28，其如在圖2（a）中示出的那樣配置成允許電流從第一連接端子14通過輔助電路20流到第二連接端子16。

第一晶體管28是n溝道絕緣柵雙極晶體管（IGBT），但可以使用許多其他晶體管，例如雙極結(jié)晶體管（BJT）、金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）或結(jié)柵場效應(yīng)晶體管（JFET）。還可以使用晶體管組件，例如包含50V MOSFET超級共源共柵（super-cascode）設(shè)置和1200V碳化硅JFET串聯(lián)串的MOSFET-JFET共源共柵電路，或低壓MOSFET或IGBT的直接串聯(lián)連接。在任何情況下，示例實施例中包括的晶體管28具有近似9kV至10kV的相對高額定電壓，和幾百安培的相對高額定脈沖電流，但具有幾安培的相對低平均額定電流。

第一晶體管28具有跨該第一晶體管28連接的反并聯(lián)二極管30，其在主晶閘管18正向偏置時保護第一晶體管28免受反向電壓影響。在本發(fā)明的其他實施例（未示出）中，可以省略獨立反并聯(lián)二極管而代替使用由本征體制成，其包括在一些晶體管內(nèi)。

圖2（b）示出可以在本發(fā)明的另一個實施例中采用的第二可能輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件32。第二可能輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件32包括第二晶體管34，其在它的三極管區(qū)中作為壓控電阻器36操作。

圖2（c）至2（e）示出可以在本發(fā)明的再另外的實施例中采用的額外的第三、第四和第五可能輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件38、40、42。第三、第四和第五輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件38、40、42中的每個選擇性地提供雙向電流傳輸能力，即每個可以在第一和第二相反方向上傳導(dǎo)電流。

第三和第四輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件38、40中的每個包括第一和第二晶體管28A、28B，其中的每個具有與之關(guān)聯(lián)的對應(yīng)保護反并聯(lián)二極管30A、30B。

第五可能輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件42包括第一晶體管28和關(guān)聯(lián)的保護反并聯(lián)二極管30組合，其設(shè)置在另外的二極管44的全橋電路內(nèi)。

第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22與之串聯(lián)連接的電流捕獲元件24包括采用電容器48（但還可以使用其他形式的能量存儲設(shè)備）的能量存儲設(shè)備46和串聯(lián)連接的阻抗50。在示出的實施例中，阻抗50具有電阻部件（即它包括電阻）和電感部件（即它包括電感）。然而，在本發(fā)明的其他實施例中，阻抗50僅需要包括電阻部件和電感部件中的一個或另一個。此外，在本發(fā)明的再另外的實施例中，電流捕獲元件24僅需要包括能量存儲設(shè)備46和阻抗50中的一個或另一個。

返回示出的實施例，包括能量存儲設(shè)備46（即電容器48）允許在第一主晶閘管18關(guān)斷時電流捕獲元件24存儲流過第一主晶閘管18的第一反向恢復(fù)電流I_RR1，同時包括阻抗50備選地允許電流捕獲元件24使流過第一主晶閘管18的第一反向恢復(fù)電流I_RR1放電。

在使用中，第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10操作如下。

在第一主晶閘管18切斷后，即它被反向偏置以迫使流過它的電流降到零后，第一反向恢復(fù)電流IRR1在主晶閘管18完全關(guān)斷時繼續(xù)流過它。在這樣的反向恢復(fù)電流I_RR1流動期間，控制單元26使第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通以經(jīng)由有源輔助電路20創(chuàng)建電流路徑，第一反向恢復(fù)電流I_RR1作為第一有源輔助電路電流I_AAC1流過該電流路徑。

這樣，第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件在第一主晶閘管18關(guān)斷時使流過它的第一反向恢復(fù)電流I_RR1轉(zhuǎn)入電流捕獲元件24，并且因此防止反向恢復(fù)電流I_RR1逃離第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10并且不利影響例如第一半導(dǎo)體開關(guān)組件位于其中的HVDC電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的DC和AC電流。電流捕獲元件24使用阻抗50耗散轉(zhuǎn)入它的反向恢復(fù)電流I_RR1。

然而，在其他實施例中，電流捕獲元件24可以僅耗散轉(zhuǎn)入它的反向恢復(fù)電流I_RR1中的一些并且可以將余下部分存儲在能量存儲設(shè)備46（即電容器48）中。在本發(fā)明的再其他實施例中，電流捕獲元件24可以將轉(zhuǎn)入它的反向恢復(fù)電流I_RR1中的全部存儲在電容器48中。

能量存儲設(shè)備46（即電容器48）還可以通過使在主晶閘管18初始接通期間從第一連接端子14流到第二連接端子16的電流轉(zhuǎn)入它來存儲能量。它還可以存儲來自采用某一其他方式從第一和第二端子傳遞到它的電流的能量。

在任何這樣的實例中可以在前面提到的過程開始時（即在跨主晶閘管18的電壓有效地為零時）使用存儲的能量，來提供主晶閘管18希望傳導(dǎo)的反向恢復(fù)電流（經(jīng)由能量放電）。

除前述外，第一反向恢復(fù)電流I_RR1轉(zhuǎn)入電流捕獲元件24意指在跨第一和第二連接端子14、16觀察時，第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10看上去展現(xiàn)近理想關(guān)斷特性。也就是說，第一半導(dǎo)體開關(guān)元件10確切在正常流過第一主晶閘管18（即從第一連接端子14到第二連接端子16）的電流降到零的時刻看上去幾乎停止傳導(dǎo)電流。這是因為不然將另外給出反向電流持續(xù)流動這一表現(xiàn)的第一反向恢復(fù)電流I_RR1不被允許逃離第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的另外的半導(dǎo)體開關(guān)組件（未示出）可以包括控制單元，其配置成在反向恢復(fù)電流流過對應(yīng)的主半導(dǎo)體開關(guān)元件時選擇性地使對應(yīng)的輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通和切斷多次。

采用這樣的方式，所述控制單元能夠控制轉(zhuǎn)入關(guān)聯(lián)電流捕獲元件的反向恢復(fù)電流量。這樣的設(shè)置還準(zhǔn)許控制單元控制反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)入電流捕獲元件的速率，并且因此控制能量在電流捕獲元件中存儲的速率。

控制單元還可以在其他時期使對應(yīng)的輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通和切斷多次以便控制例如在第一與第二連接端子之間流動的其他電流轉(zhuǎn)入電流捕獲元件的速率。

在本發(fā)明的再另外的實施例（未示出）中，控制單元可以另外配置成在主半導(dǎo)體開關(guān)元件（例如主晶閘管）接通時使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通使得從第一連接端子流到第二連接端子的電流被引導(dǎo)流過輔助電路以在主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通后立即使流過主半導(dǎo)體開關(guān)元件的電流的變化率減少。

這樣，由外部雜散電容（例如在HVDC電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)）產(chǎn)生的電流被轉(zhuǎn)移通過輔助電路（而不是通過主半導(dǎo)體開關(guān)元件），在該處電流可以被安全處理（例如，存儲或放電），而不損害主半導(dǎo)體開關(guān)元件。

在本發(fā)明的再另外的實施例（未示出）中，控制單元可以進一步配置成使輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件接通以選擇性地使電流轉(zhuǎn)移以流過輔助電路以使跨主半導(dǎo)體開關(guān)元件出現(xiàn)的電壓的變化率減少。

這樣的實施例有助于在主半導(dǎo)體開關(guān)元件正在關(guān)斷或已經(jīng)切斷時防止主半導(dǎo)體開關(guān)元件暴露于高的電壓變化率和關(guān)聯(lián)的高位移電流（即電容充電電流）。如此，這些實施例使無意觸發(fā)主半導(dǎo)體開關(guān)元件（即無意使主半導(dǎo)體開關(guān)元件接通）的風(fēng)險減少，該風(fēng)險會導(dǎo)致例如半導(dǎo)體開關(guān)組件位于其中的關(guān)聯(lián)HVDC電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的分支短路。

圖1中示出的第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10形成根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的第一半導(dǎo)體開關(guān)串100的部分。

如在圖1中示意圖示的，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100包括多個（即n個）串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)組件10、110。在實際實施例中，n可以是一百左右，例如100至300。然而，為了簡潔起見，在圖1中僅示出第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10和第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110。

第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110與第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10相似，并且同樣包括第n個主半導(dǎo)體開關(guān)元件112，其具有第一和第二連接端子14、16。

第n個半導(dǎo)體開關(guān)元件112再次是第n個主晶閘管118，但在本發(fā)明的其他實施例中可以相似地使用不同的主半導(dǎo)體開關(guān)元件。第n個主晶閘管118包括門極（未示出），其限定控制端子，第n個主晶閘管118可以經(jīng)由該控制端子接通，例如通過與第一主晶閘管18相同的更高級控制器。

在第n個主晶閘管118這樣接通時，正常電流相似地從第一連接端子14通過第一主晶閘管118流到第二連接端子16，如與在第一主晶閘管18中一樣。

第n個主晶閘管118也是具有現(xiàn)實（如與理想相對）特性的自然換向開關(guān)元件，這樣的第n個反向恢復(fù)電流I_RRn在第n個主晶閘管118關(guān)斷時相似地流過第n個主晶閘管118。

第n個反向恢復(fù)電流I_RRn的時間積分是Q_RRn，并且因此第n個主晶閘管118相似地在圖1中示意圖示為第n個反向恢復(fù)電荷Q_RRn的源。

第n個主半導(dǎo)體開關(guān)元件112（即第n個主晶閘管118）具有在其第一與第二端子14、16之間電連接的有源輔助電路20，其與第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10中的相同。

因此，第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110中的輔助電路20包括彼此串聯(lián)連接的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22和電流捕獲元件24。

在示出的第一半導(dǎo)體開關(guān)串100的實施例中，第一和第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件10、110中的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22中的每個具有與之操作連接的獨立控制單元26、126。然而在其他實施例中，第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22中的兩個或以上可以共享共同控制單元。

與第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10中的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22操作連接的控制單元26仍然配置成在第一主晶閘管18切斷后使對應(yīng)的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通以在第一主晶閘管18關(guān)斷時使流過它的第一反向恢復(fù)電流I_RR1轉(zhuǎn)入對應(yīng)的電流捕獲元件24。

相似地，與第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110中的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件操作連接的控制單元126配置成使對應(yīng)的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通以在第n個主晶閘管118關(guān)斷時使流過它的第n個反向恢復(fù)電流I_RRn轉(zhuǎn)入對應(yīng)的電流捕獲元件24。

第一半導(dǎo)體開關(guān)串100在其相應(yīng)末端處限定陽極端子130和陰極端子132。此外，在圖1中，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100示出為在HVDC電力轉(zhuǎn)換器140的第一分支部分138內(nèi)的第一DC端子134與AC端子136之間連接。然而，在本發(fā)明的其他實施例中，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100可以位于HVDC電力轉(zhuǎn)換器的不同區(qū)中。

在使用中，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100操作如下。

在第一主晶閘管18切斷并且在主晶閘管18完全關(guān)斷時第一反向恢復(fù)電流I_RR1再次流過其中后，第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10中的控制單元26使對應(yīng)的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通。這經(jīng)由對應(yīng)有源輔助電路20創(chuàng)建電流路徑，第一反向恢復(fù)電流I_RR1作為第一有源輔助電路電流I_AAC1流過該電流路徑。

這樣，流過第一主晶閘管18的第一反向恢復(fù)電流I_RR1在它能夠逃離第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10之前再次轉(zhuǎn)入第一半導(dǎo)體開關(guān)組件10中的電流捕獲元件24。

同時，第n個主晶閘管118切斷并且第n個反向恢復(fù)電流I_RRn相似地開始流過其中。第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110中的控制單元126使對應(yīng)的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通。這經(jīng)由對應(yīng)有源輔助電路20創(chuàng)建電流路徑，第n個反向恢復(fù)電流I_RRn作為第n個有源輔助電路電流I_AACn流過該電流路徑。

這樣，流過第n個主晶閘管118的第n個反向恢復(fù)電流I_RRn在它也能夠逃離第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110之前轉(zhuǎn)入第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件110中的電流捕獲元件24。

由此推斷流過相應(yīng)主晶閘管18、118的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn轉(zhuǎn)入對應(yīng)的第一和第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件10、110的有源輔助電路20使得沒有反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn逃離第一半導(dǎo)體開關(guān)串100。這樣的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn因此無法不利影響例如第一半導(dǎo)體開關(guān)串100位于其中的HVDC電力轉(zhuǎn)換器140內(nèi)的DC和AC電流。

另外，第一和第n個反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn轉(zhuǎn)入對應(yīng)第一和第n個半導(dǎo)體開關(guān)組件10、110的電流捕獲元件24內(nèi)意味著在跨第一半導(dǎo)體開關(guān)串100的陽極和陰極端子130、132觀察時，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100看上去展現(xiàn)近理想關(guān)斷特性。也就是說，第一半導(dǎo)體開關(guān)串100確切在正常流過第一半導(dǎo)體開關(guān)元件100的電流I_String降到零的時刻看上去幾乎停止傳導(dǎo)電流I_String，即如在圖3的上部分中示出的。

與前述一樣，控制單元26、126中的每個另外配置成調(diào)節(jié)流入關(guān)聯(lián)的電流捕獲元件24的對應(yīng)第一和第n個反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn，即對應(yīng)的第一和第n個有源輔助電路電流I_AAC1、I_AACn，例如通過在關(guān)聯(lián)的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn流過對應(yīng)的主晶閘管18、118時使對應(yīng)的第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22接通和切斷多次。這樣，對應(yīng)的電流波形I_AAC1、I_AACn采取圖3中示出的形式，但在本發(fā)明的其他實施例中，控制單元26、126可以采取不同形式的調(diào)節(jié)，使得關(guān)聯(lián)的電流波形與圖3中示出的那些不同。

根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的第二半導(dǎo)體開關(guān)串一般由標(biāo)號150指示。第二半導(dǎo)體開關(guān)串150（如在圖4中示出的）與第一半導(dǎo)體開關(guān)串100相似并且類似的特征共享相同標(biāo)號。

然而，第二半導(dǎo)體開關(guān)串150與第一半導(dǎo)體開關(guān)串100的不同之處在于每個控制單元26、126另外配置成補償通過開關(guān)串150中的相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112（即相應(yīng)的主晶閘管18、118）的不同反向恢復(fù)電流量（例如I_RR1<I_RRn）的流動。這樣的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn的不同量典型地將因為主晶閘管18、118具有不同的反向恢復(fù)電荷Q_RR1、Q_RRn特性（例如Q_RRn>Q_RR1）而產(chǎn)生，但其他因素可以起作用。

相應(yīng)的控制單元26、126通過協(xié)調(diào)第二開關(guān)串150中各種半導(dǎo)體開關(guān)組件10、110中的每個中的相應(yīng)第一輔助半導(dǎo)體開關(guān)元件22的接通和切斷來實現(xiàn)這樣的補償，以在相應(yīng)的主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112之間（即在相應(yīng)的主晶閘管18、118之間）傳遞反向恢復(fù)電流I_diff的相應(yīng)部分，由此對應(yīng)的電流捕獲元件24中的每個接收大致相同量的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn，即流入關(guān)聯(lián)電流捕獲元件24的對應(yīng)有源輔助電路電流I_AAC1、I_AACn中的每個被修改使得每個具有大致相同大小。

在使用中，前面提到的步驟意指每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112（即每個主晶閘管18、118）能夠及時跨該每個主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112建立相同水平的反向恢復(fù)電壓V_QQR1、V_QQRn，如在圖5的下部分中示出的。

使跨每個主半導(dǎo)體開關(guān)組件12、112（即每個主晶閘管18、118）的反向恢復(fù)電壓V_QRR1、V_QRRn收斂于共同值V_QRR導(dǎo)致每個半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112基本上同時變成正向偏置，即經(jīng)歷正向電壓，并且因此準(zhǔn)備接通并且允許正常電流流過其中。這進而消除需要建立任意但精確的時間延遲，不然將需要該時間延遲以允許主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、112中的全部完全關(guān)斷并且之后變成正向偏置以便準(zhǔn)許持續(xù)控制例如半導(dǎo)體開關(guān)串位于其中的HVDC電力轉(zhuǎn)換器。

相應(yīng)的控制單元26、126還配置成監(jiān)測流過相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、122（即，相應(yīng)的主晶閘管18、118）的反向恢復(fù)電流I_RR1、I_RRn中的差異以便確立要在所述相應(yīng)主半導(dǎo)體開關(guān)元件12、122之間（即在所述相應(yīng)主晶閘管18、118之間）傳遞的反向恢復(fù)電流部分I_diff的大小。