专利名称：一种能自动均压的串联式功率开关桥臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是电力电子行业中的变频调速装置中的功率开关桥臂。
(二).
背景技术：
电子功率开关因其优良的电气控制特性而广泛用于电力电子行业中，如在斩波器中的IGBT桥，各高、中压变频器中的IGBT桥臂。由于电子功率开关的耐压值较低，在高压电路中，如果采用数只功率开关串联工作，由于各功率开关的开、关时间的不一致性，以及回路电感因di/dt引起的过电压，会导至开通时后开通的功率开关以及关断时先关断的功率开关承受电压太高而损坏，使功率开关的串联应用成为开发的难点。因此在高压电路中目前普遍采用的方式之一是通过多段移相主变压器，IGBT交直交单元桥串联方案，即“H”桥单元叠加方案。(参见天津电气传动研究所杂志社出版的《电气传动》2000年2期P.3-6)。这些方案的缺点是结构复杂，制造困难，成本和故障率都很高。
(三).
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种利用低耐压的电子功率开关直接串联使用构成具有静态均压、动态均压、反冲电压吸收功能的串联式功率开关桥臂。
实现本发明目的的串联式功率开关桥臂由一功率开关桥和一动静态均压吸收单元电路(DRwC)桥构成，所述的功率开关桥由数个功率开关串联连接构成，动静态均压吸收单元电路桥的DRwC电路的个数与功率开关的个数相对应，每个DRwC电路的正、负端分别与所对应的功率开关的正、负端相接，所述的DRwC电路由一个二极管D、一个电容C和一个稳压器Rw组成，其中，二极管D与呈并联连接的稳压器Rw、电容C相串接。
本发明的工作原理如下当电子功率开关未工作时，由DRwC电路中的稳压器Rw对串联的功率开关进行静态均压。在电子功率开关开通或关断时因开、关时间不一致或回路电感因di/dt引起的过电压，首先由DRwC电路中的电容C充电吸收，由于电容C被充电，两端电压会因此升高，Rw检测到此电压的升高，立即放掉新充的能量，维持电容C两端的电压不高于某一设定值，该设定值远低于功率开关的额定值，从而使功率开关两端的电压不超过其额定值。解决了电子功率开关串联时的因各功率开关的开、关时间不一致而可能引起的过压烧坏的问题。
考虑到在DRwC电路出现失效故障时功率开关两端会出现瞬间高电压、或电路中出现大的浪涌电流时、或短路时会使电容C的充电电压超过所给定的值而导致损坏功率开关这种情况，尚可增设一个由一状态检测电路T和数个并接于每个DRwC电路两端的浪涌吸收器组成的保护电路，所述的状态检测电路由比较器A、二极管DL、DH和电阻R3、R4、R5、R6组成，其中，DL的阳极和电阻R5、R6的一端接比较器A的1脚，DL的阴极接电阻R4的一端，电阻R5的另一端接二极管DH的阳极和电阻R3的一端，电阻R6的另一端接功率开关串联桥的负极端，所述的状态检测电路的高电平检测端与第一个DRwC电路的正极端相接，状态检测电路的低电平检测端与最后一个DRwC电路的负极端相接。当发生上述的电容C的充电电压超过某一给定值这一情况时，并接于每个DRwC电路两端(也是功率开关的两端)的浪涌吸收器在极短的时间内将该过电压释放，从而可保证该功率开关免受异常情况下的过电压击穿。当浪涌吸收器中通过的电流超过一定时间、或某一电子功率开关的控制回路失效导致该开关不工作时，状态检测电路检测到此状态，立即快速输出信号给控制电路处理，从而可进一步确保串联式电子功率开关桥臂的安全工作。
所述的功率开关桥可由IGRT、IEGT、IGCT、GCT、GTO等各种电子功率开关组成。也可选用本人专利(ZL00223733.4)披露的由容性母板和数个与容性母板相接的IGBT所构成的串联直接式高压桥臂。由于容性母板不产生线路电感，呈电容性特性，能有效地吸收因电感负载引起的反冲电压，且对高频谐波的吸收滤波效果很好，减轻了母线上直流滤波电容的压力，从而可进一步保证IGBT串联使用的可靠性。
本串联式功率开关桥臂的优点是由串联的DRwC电路对串联的功率开关进行静态稳压、动态均压、箝压、反冲电压吸收处理。结构简单，零部件少，可大大提高功率开关串联桥的工作可靠性。DRwC电路中的稳压器使功率开关串联桥臂的稳压精度大为提高。很好地解决了功率开关的串联使用问题。可用于变频、逆变、斩波器、直流输电、无功补偿器等各种电气控制设备中。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。但本发明的内容并不仅限于本实施例。
(四).
图1本发明的结构示意2本实施例的电路结构图
图3斩波式稳压器电路4另一种IGBT串联桥结构示意5图4的等效电路6另一种DRwC等效电路7用于两只IGBT串联的状态检测简化电路(五).
具体实施例方式参见图1～图3，本串联式功率开关桥臂由一功率开关桥2和一动静态均压吸收单元电路(DRwC)桥3构成，安装在壳体1中。所述的功率开关桥2在本实施例中由数个功率开关IGBT1、IGBT2……IGBTN串联连接构成，动静态均压吸收单元电路桥的DRwC电路的个数与功率开关的个数相对应，每个DRwC电路的正、负端分别与所对应的功率开关的正、负端相接；所述的DRwC电路由一个二极管D、一个电容C和一个稳压器Rw组成，其中，二极管D与呈并联连接的稳压器Rw、电容C相串接。制做时可先由一个DRwC电路和一个功率开关对接构成一个模块单元，再将若干这样的模块单元串接而制得本串联式功率开关桥臂。同样道理，该模块单元也可以由两个DRwC电路和两个功率开关对接构成，如此三个、四个等等。这样做的好处是方便更换单个的已损坏器件。
所述的稳压器Rw可以是高耐压稳压管，也可以是斩波式稳压器。图3给出了斩波式稳压器的电路结构图，由功率器件MOS管M、比较器B、分压电阻R7、R8以及能耗电阻Rx组成，是一个典型的斩波式稳压电路。当DRwC电路中的电容C两端电压超过设定值时(即Va＞Vb时)，电压以较器B翻转，功率器件M开通，将能量在电阻Rx上消耗掉，使得电容C两端电压保持在设定值以下。其作用相当于一个自动可变电阻。静态时，其等效电阻R＝R7+R8，过压动态时，R＝Rx，而Rx<<R7+R8，使电容C的放电时间大大缩短，从而使稳压精度提高。
为保证使DRwC电路中的电容C的充电电压不超过所给定的值，可增设一个由一状态检测电路T和数个并接于每个DRwC电路两端的浪涌吸收器LY组成的保护电路4，参见图2，所述的状态检测电路由比较器A、二极管DL、DH和电阻R3、R4、R5、R6组成，其中，DL的阳极和电阻R5、R6的一端接比较器A的1脚，DL的阴极接电阻R4的一端，电阻R5的另一端接二极管DH的阳极和电阻R3的一端，电阻R6的另一端接功率开关串联桥的负极端，所述的状态检测电路的高电平检测端与第一个DRwC电路的正极端相接，状态检测电路的低电平检测端与最后一个DRwC电路的负极端相接。当电容C的充电电压超过某一给定值时，并接于每个DRwC电路两端(也是IGBT的两端)的浪涌吸收器LY在极短的时间内将该过电压释放，从而可保证该功率开关免受异常情况下的过电压击穿。当浪涌吸收器LY中通过的电流超过一定时间、或某一电子功率开关的控制回路失效导致该开关不工作时，状态检测电路检测到此状态，立即快速输出信号给控制电路处理，从而可进一步确保本串联式电子功率开关桥臂的安全工作。
除IGBT外，也可由IGRT、IEGT、IGCT、GCT、GTO等各种电子功率开关串联组成所述的功率开关桥。也可选用本人专利(ZL00223733.4)披露的由容性母板5和数个与容性母板相接的IGBT所构成的串联直接式高压桥臂。参见图4。图5是图4的等效电路图。由于容性母板不产生线路电感，呈电容性特性，能有效地吸收因电感负载引起的反冲电压，且对高频谐波的吸收滤波效果很好，减轻了母线上直流滤波电容的压力，从而可进一步保证IGBT串联使用的可靠性。
图6给出了另一种连接形式的DRwC等效电路，由电容C的一端和稳压器Rw的一端相接作为输入正端，电容C的另一端接稳压器Rw的一端和二极管D的阳极，二极管D的阴极作为输出负端。
图7是用于仅由两只IGBT构成的串联桥的状态检测简化电路特例。该电路是对图3中的状态检测电路部分的简化，省略了电阻R3，将DL的极性与图3中相反，其工作原理与图3基本相同。即当驱动信号V1为正、且两个串联的DRwC电路的端电压为高电平时，则比较器的3脚输出保护信号；当驱动信号为负或者两串联的DRwC电路的端电压为低电平时，比较器3脚输出低电平。
权利要求
1.一种能自动均压的串联式功率开关桥臂，其特征在于所述的串联式功率开关桥臂由一功率开关桥和一动静态均压吸收单元电路(DRwC)桥构成，所述的功率开关桥由数个功率开关串联连接构成，动静态均压吸收单元电路桥的DRwC电路的个数与功率开关的个数相对应，每个DRwC电路的正、负端分别与所对应的功率开关的正、负端相接，所述的DRwC电路由一个二极管D、一个电容C和一个稳压器Rw组成，其中，二极管D与呈并联连接的稳压器Rw、电容C相串接。
2.如权利要求1所述的能自动均压的串联式功率开关桥臂，其特征在于所述的稳压器为斩波式稳压器。
3.如权利要求1所述的能自动均压的串联式功率开关桥臂，其特征在于所述的串联式功率开关桥臂还设有一个由一状态检测电路T和数个并接于每个DRwC电路两端的浪涌吸收器LY组成的保护电路，所述的状态检测电路由比较器A、二极管DL、DH和电阻R3、R4、R5、R6组成，其中，DL的阳极和电阻R5、R6的一端接比较器A的1脚，DL的阴极接电阻R4的一端，电阻R5的另一端接二极管DH的阳极和电阻R3的一端，电阻R6的另一端接功率开关串联桥的负极端，所述的状态检测电路的高电平检测端与第一个DRwC电路的正极端相接，状态检测电路的低电平检测端与最后一个DRwC电路的负极端相接。
4.如权利要求1所述的能自动均压的串联式功率开关桥臂，其特征在于所述的串联式功率开关桥由容性母板和数个与容性母板相接的IGBT所构成。
全文摘要
一种能自动均压的串联式功率开关桥臂，属电气控制设备领域。由一功率开关桥和一动静态均压吸收单元电路(DRwC)桥构成，所述的功率开关桥由数个功率开关串联连接构成，动静态均压吸收单元电路桥的DRwC电路的个数与功率开关的个数相对应，每个DRwC电路的正、负端分别与所对应的功率开关的正、负端相接，所述的DRwC电路由一个二极管D、一个电容C和一个稳压器Rw组成，其中，二极管D与呈并联连接的稳压器Rw、电容C相串接。由串联的DRwC电路对串联的功率开关进行静态均压、动态均压、反冲电压吸收处理。可大大提高功率开串联桥的工作性能和提高其稳压精度。
文档编号H02M1/06GK1405958SQ0110871
公开日2003年3月26日 申请日期2001年8月9日 优先权日2001年8月9日
发明者吴加林 申请人:吴加林