專利名稱：一種功率開關(guān)串聯(lián)電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率開關(guān)的串聯(lián)技術(shù)，尤其涉及功率開關(guān)串聯(lián)電路的設(shè)計和控制方法。
背景技術(shù)：
當前，在高壓大功率變換器中，對于功率器件要求具有較高的耐壓值，但單個的功 率器件顯然無法滿足這一要求?，F(xiàn)有的一種解決方式是，使用多個功率開關(guān)器件直接串 聯(lián)。例如，功率開關(guān)器件可以是晶閘管、門控可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT， Insulated Gate Bipolar Transistor),它們可應(yīng)用于高壓直流電路、靜態(tài)可變補償器和高 壓逆變器等電子設(shè)備中。
但是，采用晶閘管、門控可關(guān)斷晶閘管等傳統(tǒng)器件進行串聯(lián)連接時，功率損耗大、 開關(guān)速度慢，因而無法在PWM變流裝置中得到廣泛應(yīng)用。相比之下，IGBT作為上世紀八十 年代出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體功率器件，不僅具有電壓控制輸入特性、低阻通態(tài)輸出特性，而 且IGBT的開關(guān)速度很快，完全能夠滿足PWM變流技術(shù)的要求。另一方面，盡管串聯(lián)電路中 各IGBT指標、柵極控制信號電路完全相同，但由于各IGBT的性能、開關(guān)速度的差異，柵極 控制信號線路元器件參數(shù)的不一致，線路存在分布電感、分布電容等因素，往往會造成IGBT 的開關(guān)動作不一致，進而造成個別IGBT器件在開關(guān)瞬間，集電極與發(fā)射極之間的電壓超過 其額定的耐壓值，損壞該功率器件。
有鑒于此，如何對現(xiàn)有的功率開關(guān)串聯(lián)電路進行改進，以便在電路出現(xiàn)異常情形 時能夠快速地保護功率開關(guān)，提升串聯(lián)電路的運行可靠性，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟待解決 的一項課題。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的功率開關(guān)串聯(lián)電路在使用時所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了 一種新型的功率開關(guān)串聯(lián)電路及其控制方法。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種功率開關(guān)串聯(lián)電路，該功率開關(guān)串聯(lián)電路包 括
多個串聯(lián)模塊，相鄰的串聯(lián)模塊間通過各自的功率開關(guān)串聯(lián)連接，并且所述多個 串聯(lián)模塊中的至少一串聯(lián)模塊包括
—功率開關(guān)，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 開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷，所述第二端連接至相鄰的一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)，以及所述第三端連 接至相鄰的另一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)；以及
一檢測模塊，包括一檢測單元和一隔離單元，所述檢測單元用于檢測所述功率開 關(guān)的第二端和第三端之間的電壓是否過壓，以及所述隔離單元根據(jù)所檢測的電壓輸出一電 壓檢測信號；
一控制模塊，電性連接至所述隔離單元，用于接收所述電壓檢測信號并輸出與所述電壓檢測信號相對應(yīng)的一控制信號；以及
一驅(qū)動模塊，電性連接至所述控制模塊，用于將所述控制信號進行放大處理，以驅(qū) 動每一串聯(lián)|吳塊中的功率開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷；
其中，當所檢測的電壓高于一第一閾值電壓時，所述電壓檢測信號為一過壓信號， 并且所述控制模塊輸出與所述過壓信號相對應(yīng)的控制信號，以便關(guān)斷每一串聯(lián)模塊中的功 率開關(guān)。
優(yōu)選地，所述隔離單元為一光耦合器。更優(yōu)選地，所述光耦合器包括一發(fā)光半導(dǎo)體 和一受光半導(dǎo)體，所述發(fā)光半導(dǎo)體與所述檢測單元串聯(lián)連接，以及所述受光半導(dǎo)體連接至 所述控制模塊。進一步，所述光耦合器為一高速光耦合器。
優(yōu)選地，當所述功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓高于所述第一閾值電壓 時，所述檢測單元電性導(dǎo)通以耦接至所述隔離單元。
優(yōu)選地，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一均壓模塊，該均壓模塊包括一電阻，跨接于 所述功率開關(guān)的第二端和第三端，用于對所述功率開關(guān)進行靜態(tài)均壓。
優(yōu)選地，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一電容及一二極管，所述電容包含第一端和 第二端，所述二極管包含正極和負極，所述電容的第一端耦接于所述二極管的負極，所述二 極管的正極和所述電容的第二端跨接于所述功率開關(guān)的第二端和第三端，用于對所述功率 開關(guān)進行動態(tài)均壓。
優(yōu)選地，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一箝位電路，設(shè)置于所述電容和所述檢測模 塊之間，用于將反映所述功率開關(guān)的第二端和第三端間的電壓箝位至一第二閾值電壓，其 中，所述第二閾值電壓低于所述第一閾值電壓。
優(yōu)選地，該電壓檢測信號經(jīng)由光纖傳送至所述控制模塊。
優(yōu)選地，多個串聯(lián)模塊中的每一串聯(lián)模塊均包括該檢測模塊。
優(yōu)選地，所述控制模塊包括一邏輯電路，其輸入端電性連接至所述檢測模塊的隔 離單元，并且其輸出端電性連接至所述驅(qū)動模塊。在一實施例中，所述邏輯電路為或非門電 路，當至少一串聯(lián)模塊的所述過壓信號為高電平時，所述邏輯電路的輸出端輸出一低電平 的控制信號至所述驅(qū)動模塊。在另一實施例中，所述邏輯電路為與門電路，當至少一串聯(lián)模 塊中的所述過壓信號為低電平時，所述邏輯電路的輸出端輸出一低電平的控制信號至所述 驅(qū)動模塊。
優(yōu)選地，所述功率開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于控制上述功率開關(guān)串聯(lián)電路的方法，該 方法包括以下步驟檢測至少一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓；將 所檢測的電壓與一閾值電壓進行比較；當所檢測的電壓高于所述閾值電壓時，在一預(yù)設(shè)時 間內(nèi)輸出一控制信號；以及將所述控制信號進行放大處理，以驅(qū)動所述每一串聯(lián)模塊中的 功率開關(guān)執(zhí)行關(guān)斷操作。
優(yōu)選地，將所檢測的電壓與所述控制信號通過一光耦合器進行隔離。
優(yōu)選地，所述控制信號經(jīng)由光纖傳送至所述驅(qū)動模塊。
優(yōu)選地，所述功率開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
依據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種多電平變換裝置，其中，所述變換裝置包括 一三相H橋電路，其每一橋臂具有一第一子橋臂和一第二子橋臂，所述第一子橋臂和所述第二子橋臂均由根據(jù)本發(fā)明上述一個方面所述的一個或多個功率開關(guān)串聯(lián)電路所構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述三相H橋電路為兩電平H橋或三電平H橋。
優(yōu)選地，所述第一子橋臂中的每一功率開關(guān)的第一端均電性連接至一控制信號， 以及所述第二子橋臂中的每一功率開關(guān)的第一端均電性連接至另一控制信號。
采用本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路，當任意一個串聯(lián)模塊的功率開關(guān)的第二端和第 三端之間的電壓出現(xiàn)過壓時，控制模塊輸出與該過壓信號相對應(yīng)的控制信號至驅(qū)動模塊， 以便關(guān)斷整個串聯(lián)橋臂上的功率開關(guān)，以免功率開關(guān)因過壓而遭到損壞，因而可提升該功 率開關(guān)串聯(lián)電路的運行可靠性。


讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實施方式
以后，將會更清楚地了解本發(fā)明的 各個方面。其中，
圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一個方面的功率開關(guān)串聯(lián)電路的原理示意圖2不出圖1的功率開關(guān)串聯(lián)電路的檢測I旲塊的結(jié)構(gòu)不意圖3不出圖1的功率開關(guān)串聯(lián)電路的均壓I旲塊的電路不意圖4示出依據(jù)本發(fā)明的另一個方面的功率開關(guān)串聯(lián)電路的控制方法的流程示意 圖；以及
圖5示出將本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路應(yīng)用于多電平變換裝置的原理示意圖。
具體實施方式
為了使本申請所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述 各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于 示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。
下面參照附圖，對本發(fā)明各個方面的具體實施方式
作進一步的詳細描述。
圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一個方面的功率開關(guān)串聯(lián)電路的原理示意圖。參照圖1， 本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路包括兩個串聯(lián)模塊10和20、控制模塊30和驅(qū)動模塊40。其 中，串聯(lián)模塊10和20間通過各自的功率開關(guān)101和201串聯(lián)連接，以構(gòu)成功率開關(guān)串聯(lián) 橋臂。優(yōu)選地，該功率開關(guān)采用相同型號的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)。然而，該功率開關(guān)也可米用 IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristors,集成門極換流晶閘管)或 IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor,注入 增強柵晶體管)等。
串聯(lián)模塊10包括一功率開關(guān)101和一檢測模塊103，串聯(lián)模塊20包括一功率開 關(guān)201。具體地,功率開關(guān)101具有一第一端、一第二端和一第三端。以功率開關(guān)101米用 IGBT為例，該功率開關(guān)101包括一柵極、一集電極和一發(fā)射極，并且功率開關(guān)101的柵極接 收來自驅(qū)動模塊40的驅(qū)動信號，以控制其導(dǎo)通或關(guān)斷，功率開關(guān)101的集電極電性連接至 相鄰的一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的發(fā)射極，以及功率開關(guān)101的發(fā)射極電性連接至相鄰的 另一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的集電極(如串聯(lián)模塊20的功率開關(guān)201的集電極)。
檢測模塊103包括一檢測單元和一隔離單元，其中，檢測單元用于檢測功率開關(guān)的集電極和發(fā)射極之間的電壓是否過壓，并且隔離單元根據(jù)所檢測的電壓輸出一電壓檢測 信號。在一實施例中，當所述功率開關(guān)101的集電極和發(fā)射極之間的電壓高于第一閾值電 壓時，該檢測單元(或稱為被動檢測元件)電性導(dǎo)通以耦接至所述隔離單元。在另一實施 例中，該隔離單兀為一光稱合器，其包括一發(fā)光半導(dǎo)體和一受光半導(dǎo)體，該發(fā)光半導(dǎo)體與所 述檢測單元串聯(lián)連接，以及所述受光半導(dǎo)體連接至所述控制模塊。當該光耦合器選擇一高 速光耦合器時，還可以根據(jù)所檢測的電壓快速地輸出一電壓檢測信號。例如，在一較短的預(yù) 設(shè)時間內(nèi)輸出該電壓檢測信號。
控制模塊30，電性連接至檢測模塊103的隔離單元，用于接收來自該隔離單元的 電壓檢測信號，并輸出與該電壓檢測信號相對應(yīng)的控制信號。驅(qū)動模塊40電性連接至控制 模塊30，用于將該控制信號進行放大處理，以驅(qū)動每一串聯(lián)模塊10和20中的功率開關(guān)101 和201導(dǎo)通或關(guān)斷。其中，當串聯(lián)模塊10中的檢測模塊103所檢測的電壓高于一第一閾值 電壓(如過壓保護閾值電壓)時，該電壓檢測信號為一過壓信號，并且控制模塊30輸出與 該過壓信號相對應(yīng)的控制信號，經(jīng)由驅(qū)動模塊40驅(qū)動后用來關(guān)斷串聯(lián)模塊10的功率開關(guān) 101和串聯(lián)模塊20的功率開關(guān)201。
在一具體實施例中，當檢測模塊103所檢測的電壓高于第一閾值電壓時，檢測模 塊103輸出一過壓信號至控制模塊30，然后控制模塊30根據(jù)所接收的過壓信號來生成一控 制信號。此時，該控制信號經(jīng)由驅(qū)動模塊進行放大處理后，不僅送入出現(xiàn)過壓故障的串聯(lián)模 塊10的功率開關(guān)101的柵極，還送入未出現(xiàn)過壓故障的串聯(lián)模塊20的功率開關(guān)201的柵 極，從而可保證功率開關(guān)101和201的同步關(guān)斷操作。較佳地，本發(fā)明還可在每一串聯(lián)模塊 中設(shè)置與檢測模塊103相同的檢測模塊，以便在任一串聯(lián)模塊的功率開關(guān)出現(xiàn)過壓時，控 制模塊30均能輸出一控制信號，以便同步關(guān)斷該功率開關(guān)串聯(lián)電路中的每一功率開關(guān)，因 而可極大地提升該功率開關(guān)串聯(lián)電路的可靠性。
在另一具體實施例中，控制模塊30包括一邏輯電路，其輸入端電性連接至串聯(lián)模 塊10的檢測模塊103，并且其輸出端電性連接至驅(qū)動模塊40。例如，該邏輯電路設(shè)置為或 非門電路，當來自串聯(lián)模塊10中的檢測模塊103的過壓信號為高電平時，邏輯電路的輸出 端輸出一低電平的控制信號至驅(qū)動模塊40。又如，該邏輯電路設(shè)置為與門電路，當來自串聯(lián) 模塊10中的檢測模塊103的過壓信號為低電平時,邏輯電路的輸出端輸出一低電平的控制 信號至驅(qū)動模塊40。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，圖1中的功率開關(guān)串聯(lián)電路包括串聯(lián)|旲塊10和串聯(lián) 模塊20，但本發(fā)明并不只局限于僅僅包括兩個串聯(lián)模塊。例如，在其他實施例中，本發(fā)明的 功率開關(guān)串聯(lián)電路還可包括三個串聯(lián)模塊或三個以上串聯(lián)模塊的情形，而這些實施例也同 樣包含在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。此外，圖1中的功率開關(guān)電路僅在串聯(lián)模塊10中包括用于 過壓保護的檢測模塊103，但本發(fā)明也并不只局限于此，例如，在其他實施例中，本發(fā)明的功 率開關(guān)串聯(lián)電路還可在每一串聯(lián)模塊中均設(shè)置檢測模塊，以便通過檢測串聯(lián)橋臂上的任一 功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓是否過壓來同步關(guān)斷該串聯(lián)橋臂上的所有功率開 關(guān)。
圖2不出圖1的功率開關(guān)串聯(lián)電路的檢測I旲塊的結(jié)構(gòu)不意圖。參照圖2,以串聯(lián) 模塊10為例，該串聯(lián)模塊10包括功率開關(guān)101和檢測模塊103。其中，該檢測模塊103包 括檢測單元1031和隔離單元1032。較佳地，該檢測單元1031為一 TVS 二極管或一穩(wěn)壓二極管，用于檢測該功率開關(guān)101的集電極和發(fā)射極之間的電壓是否過壓。又如，該隔離單元 1032為一光耦合器，用于根據(jù)所檢測的電壓快速地輸出一電壓檢測信號，進而將該電壓檢 測信號經(jīng)由光纖傳送至控制模塊30。
在一具體實施例中，光耦合器包括一發(fā)光半導(dǎo)體和一受光半導(dǎo)體，所述發(fā)光半導(dǎo) 體與所述檢測單元串聯(lián)連接，以及所述受光半導(dǎo)體連接至所述控制模塊。
在另一具體實施例中，檢測模塊103的隔離單元1032快速地輸出一電壓檢測信 號，并且該電壓檢測信號經(jīng)由光纖傳送至控制模塊30。
圖3不出圖1的功率開關(guān)串聯(lián)電路的均壓I旲塊的電路不意圖。參照圖3,以串聯(lián)豐旲 塊10為例，該串聯(lián)模塊10包括功率開關(guān)101、檢測模塊103和均壓模塊105。
均壓模塊105電性連接功率開關(guān)101和檢測模塊103。在一實施例中，該均壓模塊 105包括靜態(tài)均壓電路1051。在另一實施例中，該均壓模塊105包括動態(tài)均壓電路1052。 在又一實施例中，該均壓模塊105包括箝位電路1053。較佳地，靜態(tài)均壓電路1051為電阻 Roff，跨接于功率開關(guān)101的第二端和第三端，用于對功率開關(guān)101進行靜態(tài)均壓。較佳地， 動態(tài)均壓電路1052為電容C2，跨接于功率開關(guān)101的第二端和第三端或經(jīng)由二極管D連接 至功率開關(guān)101的第二端，用于對功率開關(guān)進行動態(tài)均壓。較佳地，箝位電路1053設(shè)置于電 容C2和檢測模塊103之間，用于將反映功率開關(guān)101的第二端和第三端間的電壓箝位至一 第二閾值電壓，例如，上述反映功率開關(guān)101的第二端和第三端間的電壓可以是電容C2兩 端的電壓，其中，該第二閾值電壓低于第一閾值電壓。亦即，當功率開關(guān)101的第二端和第 三端之間的電壓稍高于第二閾值電壓時，該箝位電路1053可將其箝位至該第二閾值電壓。 而當電壓繼續(xù)升高到高于第一閾值電壓時，檢測模塊103的檢測單元(如TVS 二極管)檢 測到功率開關(guān)101出現(xiàn)過壓情形，然后通過控制模塊30來關(guān)斷橋臂上的所有功率開關(guān)。需 要指出的是，串聯(lián)電路中的功率器件因阻斷特性不一致，從而造成該功率器件靜態(tài)不均壓； 而串聯(lián)電路中的功率器件因開關(guān)特性不一致，從而會造成動態(tài)不均壓。為此，在串聯(lián)橋臂上 的每一 IGBT的集電極和發(fā)射極之間并聯(lián)電阻值相等的電阻(如在每一串聯(lián)模塊10和20 各自的功率開關(guān)101和201的集電極和發(fā)射極之間并聯(lián)電阻Rl)，從而有效地實現(xiàn)靜態(tài)均 壓。另外，依據(jù)電容兩端所加載的電壓不能突變的特性，可對功率開關(guān)的動態(tài)均壓進行顯著 地改進。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明的另一個方面的功率開關(guān)串聯(lián)電路的控制方法的流程示意 圖。該方法首先執(zhí)行步驟S401，檢測至少一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的第二端和第三端之 間的電壓。然后，在步驟S403中，將所檢測的電壓與一閾值電壓進行比較。接著，執(zhí)行步 驟S405和S407，當所檢測的電壓高于該閾值電壓時，在一預(yù)設(shè)時間內(nèi)快速地輸出一控制信 號，并將該控制信號進行放大處理，以驅(qū)動每一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)執(zhí)行關(guān)斷操作。
如前所述，當功率開關(guān)串聯(lián)電路中的任意一個串聯(lián)模塊發(fā)生過壓情形時，通過其 檢測模塊快速輸出的過壓信號經(jīng)由控制模塊處理后，控制模塊所輸出的控制信號經(jīng)由驅(qū)動 模塊傳送至每一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的柵極。
圖5示出將本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路應(yīng)用于多電平變換裝置的原理示意圖。參 照圖5，該多電平變換裝置包括一 H橋電路，其中，該H橋電路具有三個橋臂，每一橋臂分為 上橋臂和下橋臂。以第一橋臂51為例,該第一橋臂51包括上橋臂511和下橋臂512,其中， 該上橋臂511采用本發(fā)明的前述功率開關(guān)串聯(lián)電路構(gòu)成，以等效于單個的一高壓半導(dǎo)體器件，以及該下橋臂512亦采用本發(fā)明的前述功率開關(guān)串聯(lián)電路構(gòu)成，以等效于單個的另一 高壓半導(dǎo)體器件。當H橋電路與三相電機電性連接時，該H橋電路的三個橋臂各自的輸出 端電性連接至電機的對應(yīng)相。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，對于同一橋臂來說，上橋臂511或下橋臂512還可包 括兩個或兩個以上的功率開關(guān)串聯(lián)電路，這些功率開關(guān)串聯(lián)電路采用串聯(lián)連接。也就是說， 上橋臂511或下橋臂512可包括串聯(lián)連接的一等效高壓半導(dǎo)體器件以及另一等效高壓半導(dǎo) 體器件。
采用本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路，當任意一個串聯(lián)模塊的功率開關(guān)的第二端和第 三端之間的電壓出現(xiàn)過壓時，控制模塊輸出與該過壓信號相對應(yīng)的控制信號至驅(qū)動模塊， 以便關(guān)斷整個串聯(lián)橋臂上的功率開關(guān)，以免功率開關(guān)因過壓而遭到損壞，因而可提升該功 率開關(guān)串聯(lián)電路的運行可靠性。同時，本發(fā)明的功率開關(guān)串聯(lián)電路中的檢測模塊簡單易行， 快速可靠，能快速有效地檢測出故障信號，以便對IGBT進行控制。
上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式
。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員 能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實施方式
作各 種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述功率開關(guān)串聯(lián)電路包括 多個串聯(lián)模塊，相鄰的串聯(lián)模塊間通過各自的功率開關(guān)串聯(lián)連接，并且所述多個串聯(lián)模塊中的至少一串聯(lián)模塊包括 一功率開關(guān)，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開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷，所述第二端連接至相鄰的一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)，以及所述第三端連接至相鄰的另一串聯(lián)t吳塊中的功率開關(guān)；以及 一檢測模塊，包括一檢測單元和一隔離單元，所述檢測單元用于檢測所述功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓是否過壓，以及所述隔離單元根據(jù)所檢測的電壓輸出一電壓檢測信號； 一控制模塊，電性連接至所述隔離單元，用于接收所述電壓檢測信號并輸出與所述電壓檢測信號相對應(yīng)的一控制信號；以及 一驅(qū)動模塊，電性連接至所述控制模塊，用于將所述控制信號進行放大處理，以驅(qū)動每一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷； 其中，當所檢測的電壓高于一第一閾值電壓時，所述電壓檢測信號為一過壓信號，并且所述控制模塊輸出與所述過壓信號相對應(yīng)的控制信號，以便關(guān)斷每一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述隔離單元為一光耦合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，當所述功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓高于所述第一閾值電壓時，所述檢測單元電性導(dǎo)通以耦接至所述隔離單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一均壓模塊，該均壓模塊包括 一電阻，跨接于所述功率開關(guān)的第二端和第三端，用于對所述功率開關(guān)進行靜態(tài)均壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一電容及一二極管，所述電容包含第一端和第二端，所述二極管包含正極和負極，所述電容的第一端耦接于所述二極管的負極，所述二極管的正極和所述電容的第二端跨接于所述功率開關(guān)的第二端和第三端，用于對所述功率開關(guān)進行動態(tài)均壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述至少一串聯(lián)模塊還包括一箝位電路，設(shè)置于所述電容和所述檢測模塊之間，用于將所述反映功率開關(guān)的第二端和第三端間的電壓箝位至一第二閾值電壓，其中，所述第二閾值電壓低于所述第一閾值電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述光耦合器包括一發(fā)光半導(dǎo)體和一受光半導(dǎo)體，所述發(fā)光半導(dǎo)體與所述檢測單元串聯(lián)連接，以及所述受光半導(dǎo)體連接至所述控制模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述光耦合器為一高速光率禹合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述電壓檢測信號經(jīng)由光纖傳送至所述控制模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述多個串聯(lián)模塊中的每一串聯(lián)模塊均包括所述檢測模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述控制模塊包括一邏輯電路，其輸入端電性連接至所述檢測模塊的隔離單元，并且其輸出端電性連接至所述驅(qū)動模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述邏輯電路為或非門電路，當至少一串聯(lián)模塊的所述過壓信號為高電平時，所述邏輯電路的輸出端輸出一低電平的控制信號至所述驅(qū)動模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述邏輯電路為與門電路，當至少一串聯(lián)模塊中的所述過壓信號為低電平時，所述邏輯電路的輸出端輸出一低電平的控制信號至所述驅(qū)動模塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路，其特征在于，所述功率開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
15.一種用于控制如權(quán)利要求1所述的功率開關(guān)串聯(lián)電路的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 檢測至少一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)的第二端和第三端之間的電壓； 將所檢測的電壓與一閾值電壓進行比較； 當所檢測的電壓高于所述閾值電壓時，在一預(yù)設(shè)時間內(nèi)輸出一控制信號；以及 將所述控制信號進行放大處理，以驅(qū)動所述每一串聯(lián)模塊中的功率開關(guān)執(zhí)行關(guān)斷操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，將所檢測的電壓與所述控制信號通過一光耦合器進行隔離。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制信號經(jīng)由光纖傳送至所述驅(qū)動模塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述功率開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
19.一種多電平變換裝置，其特征在于，所述變換裝置包括一三相H橋電路，其每一橋臂具有一第一子橋臂和一第二子橋臂，其中， 所述第一子橋臂和所述第二子橋臂均由如權(quán)利要求1至14中任意一項所述的一個或多個功率開關(guān)串聯(lián)電路所構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多電平變換裝置，其特征在于，所述三相H橋電路為兩電平H橋或三電平H橋。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多電平變換裝置，其特征在于，所述第一子橋臂中的每一功率開關(guān)的第一端均電性連接至一控制信號，以及所述第二子橋臂中的每一功率開關(guān)的第一端均電性連接至另一控制信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種功率開關(guān)串聯(lián)電路及其控制方法，包括多個串聯(lián)模塊、一控制模塊和一驅(qū)動模塊。至少一串聯(lián)模塊具有功率開關(guān)和檢測模塊，該檢測模塊包括檢測單元和隔離單元，以檢測是否過壓并根據(jù)所檢測的電壓輸出一電壓檢測信號?？刂颇K接收電壓檢測信號并輸出相應(yīng)的控制信號。驅(qū)動模塊將控制信號進行放大處理，以驅(qū)動每一功率開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷；其中，當過壓時，控制模塊輸出相應(yīng)的控制信號以關(guān)斷每一功率開關(guān)。采用本發(fā)明，當任意一個串聯(lián)模塊的功率開關(guān)出現(xiàn)過壓時，控制模塊輸出相應(yīng)的控制信號，以關(guān)斷整個串聯(lián)橋臂上的功率開關(guān)，以免功率開關(guān)因過壓而遭到損壞，因而可提升電路的運行可靠性。
文檔編號H02H7/20GK103036214SQ201110294720
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者甘鴻堅, 應(yīng)建平, 付潔, 付煒亮, 王明 申請人:臺達電子企業(yè)管理(上海)有限公司