專利名稱：一種基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域，具體講涉及一種基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)是 20 世紀(jì) 80年代中期出現(xiàn)的一種復(fù)合器件，它的輸入控制部分為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor),輸出級(jí)為雙極結(jié)型晶體管，所以IGBT兼有MOSFET和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)高輸入阻抗，電壓控制，驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)10 40kHz，飽和壓降低，電壓電流容量較大，安全工作區(qū)寬，但單個(gè)IGBT的電壓、電流允許值很難再提高，為了應(yīng)用于高電壓、大功率的領(lǐng)域，可以采用多個(gè) IGBT器件串聯(lián)的方法，目前已有的電路結(jié)構(gòu)為IGBT器件直接串聯(lián)、IGBT器件H橋級(jí)聯(lián)和模塊化多電平串聯(lián)等等。
采用現(xiàn)有的IGBT串聯(lián)電路(直接串聯(lián)、H橋級(jí)聯(lián)、模塊化多電平串聯(lián))時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓不平衡的情況，而高電壓、大功率的應(yīng)用領(lǐng)域決定了一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓不平衡，IGBT 將不可避免的出現(xiàn)失效甚至爆炸，而IGBT出現(xiàn)斷路實(shí)現(xiàn)或者發(fā)生爆炸后，又會(huì)損壞這些大功率電力電子裝置，造成嚴(yán)重的損失。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于IGBT (2)與SiC雪崩二極管(3)反并聯(lián)的串聯(lián)電路(I)，SiC雪崩二極管對(duì)IGBT的過(guò)壓抑制措施，避免了在多個(gè)IGBT串聯(lián)中使用復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)控制和dv/dt控制，在不降低裝置安全和可靠性能的前提下，降低了成本。本發(fā)明提供的一種基于IGBT(2)與SiC雪崩二極管(3)反并聯(lián)的串聯(lián)電路(I)，所述串聯(lián)電路(I)包括串聯(lián)的IGBT (2)及其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)，IGBT (2) 反并聯(lián)于其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)。
本發(fā)明提供的第一優(yōu)選技術(shù)方案中正常工作時(shí)，所述IGBT(2)集電極與發(fā)射極之間為正常工作電壓，所述IGBT(2)集電極與發(fā)射極之間的電壓達(dá)到預(yù)定電壓額時(shí)，所述 SiC雪崩二極管(3)導(dǎo)通。
本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中所述IGBT(2)集電極與發(fā)射極之間的正常工作電壓為1KV，所述預(yù)定電壓額為SiC雪崩二極管(3)電壓極限值I. 3KV。
本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中SiC雪崩二極管(3)導(dǎo)通時(shí)間設(shè)計(jì)值短于其耐受時(shí)間限度。
本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中提供一種電壓源換流器，一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(4)，另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(5)，所述電壓源換流器包括三相支路 (6、7、8)，每相支路連接兩個(gè)換流閥(9-14)，所述換流閥包括串聯(lián)電路(I)。
本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中所述IGBT(2)采用脈沖寬度調(diào)制控制。3
本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中提供一種電壓源換流器，一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(4)，另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(5)，所述電壓源換流器包括三相支路，三相支路均由多個(gè)子模塊(15)串聯(lián)而成，所述子模塊(15)包括并聯(lián)的IGBT模塊(16) 和電容(17)，所述IGBT模塊(16)為半橋結(jié)構(gòu)，所述半橋結(jié)構(gòu)IGBT模塊(16)包括一個(gè)橋臂，所述橋臂包括上下兩個(gè)反并聯(lián)的IGBT (2)與SiC雪崩二極管(3)或串聯(lián)電路(I)。


圖I是本發(fā)明提供的一種基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路框圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種換流器的結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種換流器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1、基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路2、IGBT 3、SiC雪崩二極管4、直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)5、三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)6-8、三相支路9-14、換流閥15、子模塊16、 IGBT模塊 17、電容。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的一種基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路，具體結(jié)構(gòu)如圖 I所示，由圖I可知，該串聯(lián)電路I由多個(gè)IGBT 2串聯(lián)形成，每個(gè)IGBT2均有一個(gè)與之反并聯(lián)的作為整流單元的SiC雪崩二極管3，當(dāng)IGBT2承受電壓達(dá)到預(yù)訂電壓額時(shí)，SiC雪崩二極管3導(dǎo)通，起到限制電壓、電壓嵌位的作用，對(duì)反并聯(lián)的IGBT2實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)，并且避免了在多開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)中使用復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)控制和dv/dt控制，在不降低裝置安全與可靠性的前提下，大大降低成本。具體實(shí)施中，串聯(lián)電路I中采用1.7KV耐壓的IGBT2器件，正常工作時(shí)每個(gè)IGBT2的集電極與發(fā)射極之間的電壓是lKV，SiC雪崩二極管3預(yù)定電壓極限為I. 3KV，當(dāng)串聯(lián)電路I中某個(gè)IGBTl的集電極與發(fā)射極間電壓達(dá)到I. 3KV時(shí)，SiC雪崩二極管3開(kāi)始導(dǎo)通，維持該IGBTl的集電極與發(fā)射極之間的電壓為I. 3KV，保證該IGBT2不會(huì)過(guò)壓擊穿。
進(jìn)一步的，SiC雪崩二極管3導(dǎo)通時(shí)間設(shè)計(jì)值要短于耐受時(shí)間限度以避免SiC雪崩二極管3部分或整體受損，具體實(shí)施中，SiC雪崩二極管3導(dǎo)通時(shí)間可以比耐受時(shí)間限度短 2_3 u S0
SiC材料擊穿電壓較高，因此雪崩二極管體積小，但仍有較高的反偏電壓，反向恢復(fù)電流小，損耗低，同時(shí)SiC 二極管能承受較高的溫度，因此當(dāng)IGBT2兩端電壓降達(dá)到一個(gè)預(yù)定的電壓極限時(shí)，雪崩二極管在一定時(shí)間段內(nèi)可以通過(guò)相對(duì)較大的電流，降低二極管損耗率。
實(shí)施例一
本發(fā)明提供的實(shí)施例一為一種電壓源換流器，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由圖2 可以看出，本實(shí)施例提供的一種電壓源換流器一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)4，另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)5，該電壓源換流器包括三相支路6、7、8，每相支路連接兩個(gè)換流閥 (9-14)，每個(gè)換流閥是相同的，均為圖I中的基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路1，串聯(lián)電路I包含的多個(gè)反并聯(lián)的IGBT2和SiC雪崩二極管3同時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷起到一個(gè)換流閥的作用，電壓源換流器中單個(gè)橋臂中的電壓均分于各個(gè)IGBT上，基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)電路I不僅解決IGBT器件的均壓?jiǎn)栴}，并且采用SiC雪崩二極管反并聯(lián)于IGBT的過(guò)壓抑制措施，避免了在多個(gè)IGBT串聯(lián)中使用復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)控制和dv/dt 控制，在不降低裝置安全和可靠性能的前提下，降低了換流器的成本。
進(jìn)一步的，IGBT2采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)控制。
實(shí)施例二
本發(fā)明提供的實(shí)施例二為另一種電壓源換流器，該電壓源換流器的結(jié)構(gòu)為模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所不, 由圖3可知，本實(shí)施例提供的另一種電壓源換流器一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)4， 另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)5，該電壓源換流器包括三相支路，三相支路均由多個(gè)子模塊 15串聯(lián)而成，每個(gè)子模塊15都是相同的，均為一個(gè)IGBT模塊16并聯(lián)一個(gè)電容17，該IGBT 模塊16為半橋結(jié)構(gòu)，該半橋結(jié)構(gòu)包含有一個(gè)橋臂，該橋臂包括上下兩個(gè)IGBT2與SiC雪崩二極管3的反并聯(lián)結(jié)構(gòu)或IGBT2與SiC雪崩二極管3的反并聯(lián)結(jié)構(gòu)的串聯(lián)電路，圖3給出的是半橋結(jié)構(gòu)包含的橋臂包括上下兩個(gè)IGBT2與SiC雪崩二極管3的反并聯(lián)結(jié)構(gòu)的情況。 SiC雪崩二極管反并聯(lián)于IGBT的過(guò)壓抑制措施，避免了在多個(gè)IGBT串聯(lián)中使用復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)控制和dv/dt控制，在不降低裝置安全和可靠性能的前提下，降低了換流器的成本。
以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者同等替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換， 其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于IGBT(2)與SiC雪崩二極管(3)反并聯(lián)的串聯(lián)電路(I)，其特征在于所述串聯(lián)電路(I)包括串聯(lián)的IGBT (2)及其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)，IGBT (2)反并聯(lián)于其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種串聯(lián)電路(I)，其特征在于正常工作時(shí)，所述IGBT(2) 集電極與發(fā)射極之間為正常工作電壓，所述IGBT(2)集電極與發(fā)射極之間的電壓達(dá)到預(yù)定電壓額時(shí)，所述SiC雪崩二極管(3)導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種串聯(lián)電路(1)，其特征在于所述IGBT(2)集電極與發(fā)射極之間的正常工作電壓為lkV，所述預(yù)定電壓額為SiC雪崩二極管(3)電壓極限值I. 3kV。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種串聯(lián)電路(1)，其特征在于SiC雪崩二極管(3)導(dǎo)通時(shí)間設(shè)計(jì)值短于其耐受時(shí)間限度。
5.一種電壓源換流器，一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(4)，另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(5)，其特征在于所述電壓源換流器包括三相支路出、7、8)，每相支路連接兩個(gè)換流閥(9-14)，所述換流閥包括如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的串聯(lián)電路(I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電壓源換流器，其特征在于所述IGBT(2)采用脈沖寬度調(diào)制控制。
7.一種電壓源換流器，一端連接高壓直流輸電的直流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(4)，另一端連接三相交流網(wǎng)絡(luò)側(cè)(5)，其特征在于所述電壓源換流器包括三相支路，三相支路均由多個(gè)子模塊(15)串聯(lián)而成，所述子模塊(15)包括并聯(lián)的IGBT模塊(16)和電容(17)，所述IGBT模塊(16)為半橋結(jié)構(gòu)，所述半橋結(jié)構(gòu)IGBT模塊(16)包括一個(gè)橋臂，所述橋臂包括上下兩個(gè)反并聯(lián)的IGBT(2)與SiC雪崩二極管(3)或如權(quán)利要求I所述的串聯(lián)電路(I)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于IGBT(2)與SiC雪崩二極管(3)反并聯(lián)的串聯(lián)電路(1)，所述串聯(lián)電路(1)包括串聯(lián)的IGBT(2)及其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)，IGBT(2)反并聯(lián)于其相應(yīng)的SiC雪崩二極管(3)。本發(fā)明提供的一種基于IGBT與SiC雪崩二極管反并聯(lián)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，SiC雪崩二極管對(duì)IGBT的過(guò)壓抑制措施，避免了在多個(gè)IGBT串聯(lián)中使用復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)控制和dv/dt控制，在不降低裝置安全和可靠性能的前提下，降低了成本。
文檔編號(hào)H02M1/06GK102545554SQ201210001820
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者吳銳, 溫家良, 王成昊, 陳中圓, 韓健 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院