CN102545554A - 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路 - Google Patents

一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路 Download PDF

Info

Publication number
CN102545554A
CN102545554A CN2012100018203A CN201210001820A CN102545554A CN 102545554 A CN102545554 A CN 102545554A CN 2012100018203 A CN2012100018203 A CN 2012100018203A CN 201210001820 A CN201210001820 A CN 201210001820A CN 102545554 A CN102545554 A CN 102545554A
Authority
CN
China
Prior art keywords
igbt
avalanche diode
series circuit
voltage
sic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100018203A
Other languages
English (en)
Inventor
吴锐
温家良
陈中圆
韩健
王成昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI filed Critical China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority to CN2012100018203A priority Critical patent/CN102545554A/zh
Publication of CN102545554A publication Critical patent/CN102545554A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于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。

Description

一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路
技术领域
本发明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。
背景技术
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***，而IGBT出现断路实现或者发生***后，又会损坏这些大功率电力电子装置，造成严重的损失。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明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(1)，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。本发明提供的一种基于IGBT(2)与SiC雪崩二极管(3)反并联的串联电路(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。
本发明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1.3KV。
本发明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。
本发明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(1)。
本发明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。
本发明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(1)。
附图说明
图1是：本发明提供的一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路框图；
图2是：本发明实施例提供的一种换流器的结构框图；
图3是：本发明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
本发明提供的一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路，具体结构如图1所示，由图1可知，该串联电路1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1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1KV，SiC雪崩二极管3预定电压极限为1.3KV，当串联电路1中某个IGBT1的集电极与发射极间电压达到1.3KV时，SiC雪崩二极管3开始导通，维持该IGBT1的集电极与发射极之间的电压为1.3KV，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2-3μs。
SiC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：
本发明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1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1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1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：
本发明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所示，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。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于IGBT(2)与SiC雪崩二极管(3)反并联的串联电路(1)，其特征在于：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)。
2.根据权利要求1所述的一种串联电路(1)，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的一种串联电路(1)，其特征在于：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1.3kV。
4.根据权利要求2所述的一种串联电路(1)，其特征在于：SiC雪崩二极管(3)导通时间设计值短于其耐受时间限度。
5.一种电压源换流器，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)，其特征在于：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)，所述换流阀包括如权利要求1-4任一项所述的串联电路(1)。
6.根据权利要求5所述的一种电压源换流器，其特征在于：所述IGBT(2)采用脉冲宽度调制控制。
7.一种电压源换流器，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)，其特征在于：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)或如权利要求1所述的串联电路(1)。
CN2012100018203A 2012-01-05 2012-01-05 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路 Pending CN102545554A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100018203A CN102545554A (zh) 2012-01-05 2012-01-05 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100018203A CN102545554A (zh) 2012-01-05 2012-01-05 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102545554A true CN102545554A (zh) 2012-07-04

Family

ID=46351705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100018203A Pending CN102545554A (zh) 2012-01-05 2012-01-05 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102545554A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904961A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 车王电子股份有限公司 直流马达模块及其功率驱动装置
CN105449644A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 许继集团有限公司 一种串联igbt阀组的保护电路
CN107210668A (zh) * 2015-02-12 2017-09-26 通用电器技术有限公司 开关设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010040388A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Abb Technology Ag Multilevel converter and method for compensating active and reactive power in a high voltage network
CN201499090U (zh) * 2009-07-23 2010-06-02 东南大学 电力电子变压器的自动电压调节装置
CN101795072A (zh) * 2010-03-03 2010-08-04 中国科学院电工研究所 一种高压直流-直流电力电子变压器
CN102055347A (zh) * 2010-07-22 2011-05-11 荣信电力电子股份有限公司 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010040388A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Abb Technology Ag Multilevel converter and method for compensating active and reactive power in a high voltage network
CN201499090U (zh) * 2009-07-23 2010-06-02 东南大学 电力电子变压器的自动电压调节装置
CN101795072A (zh) * 2010-03-03 2010-08-04 中国科学院电工研究所 一种高压直流-直流电力电子变压器
CN102055347A (zh) * 2010-07-22 2011-05-11 荣信电力电子股份有限公司 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
庞辉等: "大功率IGBT串联电压不平衡机制研究", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904961A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 车王电子股份有限公司 直流马达模块及其功率驱动装置
CN107210668A (zh) * 2015-02-12 2017-09-26 通用电器技术有限公司 开关设备
CN107210668B (zh) * 2015-02-12 2019-12-03 通用电器技术有限公司 开关设备
CN105449644A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 许继集团有限公司 一种串联igbt阀组的保护电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107078629B (zh) 有源缓冲器
KR101410553B1 (ko) 파워 반도체 모듈, 전력 변환 장치, 및 철도 차량
US9537425B2 (en) Multilevel inverters and their components
Wang et al. Overview of silicon carbide technology: Device, converter, system, and application
US8866342B2 (en) Power converting apparatus
US8351231B2 (en) Power conversion device
KR100977366B1 (ko) 반도체 전력 변환 장치
US8861235B2 (en) Power converting apparatus
US10651719B2 (en) Method and control device for controlling a commutation process of a load current between switching modules
CN102195502A (zh) 半导体装置
CN102510232A (zh) 一种五电平电压源逆变器
CN104054253A (zh) 电力变换装置
CN102545554A (zh) 一种基于IGBT与SiC雪崩二极管反并联的串联电路
CN102857078A (zh) 一种基于焊接型igbt与压接型二极管反并联结构的换流单元
KR20160057912A (ko) 4레벨 전력변환장치
CN103151938A (zh) 基于焊接型igbt与压接型二极管反并联串联结构的换流单元
CN113794469B (zh) 一种倍频栅极驱动电路及其倍频控制方法
US10608624B2 (en) Efficient switching circuit
CN104521122A (zh) 逆变驱动电路
JP2019024289A (ja) 電力変換装置の駆動方法
CN102739218A (zh) 开关装置和开关模块
JP2014147213A (ja) 中性点クランプ式電力変換装置
JP6004988B2 (ja) 電力用半導体素子のゲート制御装置
JP2016111883A (ja) 電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両
WO2024057598A1 (ja) 半導体スイッチング素子のゲート駆動回路、電動機制御システムおよび半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP.

Effective date: 20130625

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130625

Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15

Applicant after: China Electric Power Research Institute

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15

Applicant before: China Electric Power Research Institute

C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120704