专利名称：多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法
技术领域：
本发明涉及多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，属于电力电子技 术领域。
背景技术：
在高电压工作下，一个器件不够，往往需要几个器件串联起来承受高电压。为了解 决多管串联时的均压问题，现行办法可归纳为四类。第一类办法两个逆导晶闸管串联。为了使两管均压，在每管上并联了 RC阻容吸 收电路。但它们会引起相当大的损耗，尤其在电压较高、频率较高、di/dt及dv/dt较大和要 求均压较好等场合。这是最简单的均压办法，效果最差。对于高频电力电子器件如IGBT(绝 缘门极双极型晶体管)等工作在高频下的器件。这种办法往往是不合适的，因为RC阻容不 可能绝对无感，只能做到低感。这种微小的电感在低频时没有多大影响，但在高频时却有显 著影响。而且高频时阻容吸收电路的损耗较大。再则多管串联时往往需要挑选关断特性相 近的管子进行配对串联，这在制造厂不难做到，而对用户厂需要换一个管子时就比较困难。第二类办法钳位耗能办法。两只高频电力电子开关串联。在每只管子两端并接 了稳压管等的稳压装置。当高频电力电子开关的端电压超过稳压管的阈值电压时稳压管进 行钳位，限制电压的进一步上升。这种办法看起来很简单，但实际上在高电压下要组成多个 独立的稳压电力电子电路却比较复杂，而且效率也较低。或者也可不用稳压电路消耗此能 量，而将此能量充入到另外的钳位电路中去，但充入钳位电路的能量需要反馈回电源，比较 复杂。有些装置将充入钳位电路的能量用旁路电阻消耗掉，但在高频工作下此损耗很大。第三类办法，控制各主开关的驱动系统以达到动态均压，它对控制要求较高，目前 大多处于研究开发中，还不能适用于较多只随意管子在各种工作条件下的串联。第四类办法，也是目前用得最多的办法就是采用多电平、级联式等复杂而昂贵的 主电路来解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种多个高频电力电子器件串联时低成本实现无源均压的 方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是利用钳位电路解决动态均压和稳态 均压，利用能量反馈电路将能量反馈到电源中去。同时在每个高频电力电子开关上并联电 阻，实现静态均压。具体有以下几种技术解决方案。方案1 多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电 力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极 管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-1和二极管D1-1的正极串联组 成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-1和二极管D1-1连接点之间接入二极管D2-1，并在第n个高频电力电子开关所并联的电容C1-1和二极管D1-1的连接点与电源的负端之 间接入二极管D5-1，同时在第n个高频电力电子开关的两端并联由电容C2-1和高频变压 器原边线圈Lm-1的串联电路，电容C2-1、高频变压器原边线圈Lm-1、负载R和二极管D5-1 联合组成了能量反馈电路的原边电路，在高频变压器副边线圈Lm’ -1两端并联倍压整流电 路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-1和二极管D4-1及串联的电容C3-1和电容C4-1构 成，串联的二极管D3-1和二极管D4-1与串联的电容C3-1和电容C4-1并联，高频变压器副 边线圈Lm’ -1的一端与电容C3-1和电容C4-1的连接点相连，高频变压器副边线圈Lm’ -1 的另一端与二极管D3-1和二极管D4-1的连接点相连，构成能量反馈电路的副边电路，利用 能量反馈电路将钳位时充入电容C1-1的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’ -1和倍压整流 电路反馈到电源中去，实现动态电压钳位和稳态均压，高频变压器原边线圈与副边线圈的 匝数之比=1 n，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-1，实现静态均压。方案2:多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电 力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极 管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-2和二极管D1-2的正极串联组 成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-2和二极管D1-2连接点之间接入二极管D2-2，并 在第n个高频电力电子开关所并联的电容C1-2和二极管D1-2的连接点与电源的负端之间 接入二极管D5-2，同时在第n个高频电力电子开关的两端并联由电容C2-2和高频变压器原 边线圈Lm-2串联组成的能量反馈电路的原边电路，在n个串联的高频电力电子开关的两端 并联由高频变压器副边线圈Lm’ -2和电容C5-2组成的串联电路，构成能量反馈电路的副 边电路；利用能量反馈电路将钳位时充入电容C1-2的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’-2 和电容C5-2反馈到电源中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力电子两端并 联电阻Rm-2，实现静态均压。方案3:多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电 力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极 管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-3和二极管D1-3的正极串联组 成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-3和二极管D1-3连接点之间接入二极管D2-3，并 在第n个高频电力电子开关所并联的电容C1-3和二极管D1-3的连接点与电源的负端之间 接入二极管D5-3，同时在第n个高频电力电子开关的两端并联由电容C2-3和高频变压器原 边线圈Lm-3串联组成的能量反馈电路的原边电路，在剩余的n-1个串联的高频电力电子开 关的两端并联由高频变压器副边线圈Lm’-3和电容C5-3的串联电路，构成能量反馈电路的 副边电路，高频变压器副边线圈Lm’ -3与高频变压器原边线圈Lm-3是自耦变压器，利用能 量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入电容C1-3的电荷反馈到电源中去，实现 动态电压钳位和稳态均压；在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-3，实现静态均压。方案4多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电 力电子开关与负载R串联以后并接在电源两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极 管D，n > 2，在每个高频电力电子开关两端并联由二极管D1-4的负极和电容C1-4串联组成 的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-4和二极管D1-4连接点之间接入二极管D2-4，并在第一个高频电力电子开关所并联的电容C1-4和二极管D1-4的连接点与电源的正端之间接 入二极管D5-4，同时在第一个高频电力电子开关的两端并联由电容C2-4和高频变压器原 边线圈Lm-4串联组成的能量反馈电路的原边电路，在高频变压器副边线圈Lm’-4两端接入 倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-4和二极管D4-4及串联的电容C3-4和 电容C4-4构成，串联的二极管D3-4和二极管D4-4与串联的电容C3-4和电容C4-4并联， 高频变压器副边线圈Lm’ -4的一端与电容C3-4和电容C4-4的连接点相连，高频变压器副 边线圈Lm’ -4的另一端与二极管D3-4和二极管D4-4的连接点相连，构成能量反馈电路的 副边电路，利用能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入电容C1-4的电荷反馈 到电源中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-4，实现 静态均压。上述4个方案中，为减少布线电感的影响，可将串联连接的n个高频电力电子开关 和并接在每个高频电力电子开关两端的钳位电路封装在一个模块中。方案5多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是将n个串联连接的 高频电力电子开关分成串联的两组，在两组串联的高频电力电子开关之间串接负载R后并 接在电源两端，电源两端并联电容C，负载R上反并二极管D，n > 2，在第一组的每个高频 电力电子开关两端并联由电容C11和二极管D11的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位 电路的电容C11和二极管D11连接点之间接入二极管D21，在第一组的最后一个高频电力 电子开关的钳位电路的电容C11和二极管D11的连接点与第二组的第一个高频电力电子开 关和负载R的连接点之间接入二极管D51，在第一组的最后一个高频电力电子开关两端并 联由电容C21与高频变压器原边线圈Lml串联组成的第一能量反馈电路的原边电路，在第 二组的每个高频电力电子开关两端并联由电容C12和二极管D12的负极串联组成的钳位电 路，在相邻钳位电路的电容C12和二极管D12连接点之间接入二极管D22，在第二组的第一 个高频电力电子开关的钳位电路的电容C12和二极管D12的连接点与第一组的最后一个高 频电力电子开关和负载R的连接点之间接入二极管D52，在第二组的第一个高频电力电子 开关两端并联由电容C22与高频变压器原边线圈Lm2串联组成的第二能量反馈电路的原边 电路，在与高频变压器原边线圈Lml和高频变压器原边线圈Lm2耦合的高频变压器副边线 圈Lm’的两端接入倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3和二极管D4及串联 的电容C3和电容C4构成，串联的二极管D3和二极管D4与串联的电容C3和电容C4并联， 高频变压器副边线圈Lm’的一端与电容C3和电容C4的连接点相连，高频变压器副边线圈 Lm’的另一端与二极管D3和二极管D4的连接点相连，构成第一、第二能量反馈电路的副边 电路，利用第一、第二能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入电容C11和电容 C12的电荷反馈到电源中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力电子开关两端 并联电阻Rm，实现静态均压；为减少布线电感的影响，可将方案5中的第一组串联连接的每个高频电力电子开 关和其两端的电容C11及二极管D11封装在一个模块中；将第二组串联连接的每个高频电 力电子开关和其两端的电容C12及二极管D12封装在一个模块中。本发明的有益效果在于本发明利用电容在高频电力电子开关动态时吸纳过压电荷，利用高频变压器在高频电力电子开关稳态时释放吸纳的过压电荷到电源，实现多个高频电力电子器件串联时的 无源均压。本发明可以实现多个高频电力电子器件串联时稳态均压，动态均压，能量反馈。 有利于降低成本和推动高电压、高频率电力电子技术在工业中的发展和应用。
图1方案1方法的-图2方案2方法的-图3方案3方法的-图4方案4方法的-图5方案5方法的-
4中具体实例电路图. 4中具体实例电路图. 4中具体实例电路图. 4中具体实例电路图. 4中具体实例电路图.
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明。下述具体实施例用来解释说明本发明，而不是 对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改 和改变，都落入本发明的保护范围。方案1 参照图1，多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，n个串联的高频电 力电子开关K1、K2、…Kn与负载R串联以后并接在电源Ud两端，电源的两端并联电容C，负 载R上反并二极管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-1和二极管D1-1 的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-1和二极管D1-1连接点之间接入 二极管D2-1，并在第n个高频电力电子开关Kn所并联的电容C1-1和二极管D1-1的连接点 与电源的负端N之间接入二极管D5-1，同时在第n个高频电力电子开关Kn的两端并联由电 容C2-1和高频变压器原边线圈Lm-1的串联电路，电容C2-1、高频变压器原边线圈Lm-1、负 载R和二极管D5-1联合组成了能量反馈电路的原边电路，在高频变压器副边线圈Lm’-1两 端并联倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-1和二极管D4-1及串联的电容 C3-1和电容C4-1构成，串联的二极管D3-1和二极管D4-1与串联的电容C3-1和电容C4-1 并联，高频变压器副边线圈Lm’-1的一端与电容C3-1和电容C4-1的连接点相连，高频变压 器副边线圈Lm’ -1的另一端与二极管D3-1和二极管D4-1的连接点相连，构成能量反馈电 路的副边电路，利用能量反馈电路将钳位时充入电容C1-1的电荷通过高频变压器副边线 圈Lm’ -1和倍压整流电路反馈到电源Ud中去，实现动态电压钳位和稳态均压，高频变压器 原边线圈与副边线圈的匝数之比=1 n，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-1，实现静 态均压。工作原理稳态时，当第一个高频电力电子开关K1两端电压高于第二个高频电力电子开关 K2两端电压时，在高频电力电子开关K1开通时，对应的二极管D2-1导通，高频电力电子开 关K1对应的电容C1-1通过高频电力电子开关K1、高频电力电子开关K2对应的电容C1-1、 对应的二极管D2-1向高频电力电子开关K2对应的电容C1-1充电，以此类推，使各个高频 电力电子开关对应的电容C1-1的电压均不超过第n个高频电力电子开关对应的电容C1-1 的电压，而第n个高频电力电子开关对应的电容C1-1的电压=U/n，U为电源电压，同时n个高频电力电子开关的稳态电压之和必定等于U，从而实现稳态均压。(一 )关断过程当高频电力电子开关K1上有过电压产生，利用与高频电力电子开关K1相对应的 二极管D1-1、电容C1-1的串联电路对高频电力电子开关K1进行钳位。与高频电力电子开 关K1对应的二极管D1-1开通，与其对应的电容C1-1被充电，被充电的电容C1-1限制了高 频电力电子开关K1两端电压的上升，使得高频电力电子开关K1两端电压始终钳位在额定 工作电压，实现动态电压钳位，其他n-1只高频电力电子开关动态过电压钳位原理也类似。高频电力电子开关对应的电容C1-1中充进去的能量必须要释放出来，高频电力 电子开关K1、K2、…Kn-1将各自对应的电容C1-1上冲进去的能量都汇集到第n个高频电 力电子开关Kn对应的电容C1-1上，高频电力电子开关Kn对应的电容C1-1将能量通过高 频变压器副边线圈Lm’ -1和倍压整流电路反馈到电源Ud中去，实现能量反馈。( 二)开通过程开通时同样会出现各高频电力电子开关承受电压不均问题。钳位电路同样会限制 开通过程中的高频电力电子开关电压不超过额定值。方案2 参照图2，多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，n个串联的高频电 力电子开关K1、K2、…Kn与负载R串联以后并接在电源Ud两端，电源的两端并联电容C，负 载R上反并二极管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-2和二极管D1-2 的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-2和二极管D1-2连接点之间接入 二极管D2-2，并在第n个高频电力电子开关Kn所并联的电容C1-2和二极管D1-2的连接点 与电源的负端N之间接入二极管D5-2，同时在第n个高频电力电子开关Kn的两端并联由电 容C2-2和高频变压器原边线圈Lm-2串联组成的能量反馈电路的原边电路，在n个串联的 高频电力电子开关K1、K2、…Kn的两端并联由高频变压器副边线圈Lm’ -2和电容C5-2组 成的串联电路，构成能量反馈电路的副边电路；禾U用能量反馈电路将钳位时充入电容C1-2 的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’ -2和电容C5-2反馈到电源Ud中去，实现动态电压钳 位和稳态均压，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-2，实现静态均压。工作原理高频电力电子开关开通和关断时稳态均压、动态电压钳位与方案1原理相同，此 处不再过多描述，但能量是利用能量反馈电路的原、副边电路反馈到电源Ud中去，实现能 量的无源反馈。方案3参照图3，多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，n个串联的高频电 力电子开关K1、K2、…Kn与负载R串联以后并接在电源Ud两端，电源的两端并联电容C，负 载R上反并二极管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-3和二极管D1-3 的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-3和二极管D1-3连接点之间接入 二极管D2-3，并在第n个高频电力电子开关Kn所并联的电容C1-3和二极管D1-3的连接点 与电源的负端N之间接入二极管D5-3，同时在第n个高频电力电子开关Kn的两端并联由电 容C2-3和高频变压器原边线圈Lm-3串联组成的能量反馈电路的原边电路，在剩余的n_l 个串联的高频电力电子开关的两端并联由高频变压器副边线圈Lm’ -3和电容C5-3的串联电路，构成能量反馈电路的副边电路，高频变压器副边线圈Lm’ -3与高频变压器原边线圈 Lm-3是自耦变压器，利用能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入电容C1-3的 电荷反馈到电源Ud中去，实现动态电压钳位和稳态均压；在每个高频电力电子两端并联电 阻Rm-3，实现静态均压。工作原理高频电力电子开关开通和关断时稳态均压、动态电压钳位与方案1原理相同，此 处不再过多描述，但能量是利用能量反馈电路的原、副边电路反馈到电源Ud中去，实现能 量的无源反馈。方案4参照图4，多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，n个串联的高频电 力电子开关K1、K2、…Kn与负载R串联以后并接在电源Ud两端，电源的两端并联电容C， 负载R上反并二极管D，n ^ 2，在每个高频电力电子开关两端并联由二极管D1-4的负极和 电容C1-4串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-4和二极管D1-4连接点之间接 入二极管D2-4，并在第一个高频电力电子开关K1所并联的电容C1-4和二极管D1-4的连接 点与电源的正端P之间接入二极管D5-4，同时在第一个高频电力电子开关K1的两端并联由 电容C2-4和高频变压器原边线圈Lm-4串联组成的能量反馈电路的原边电路，在高频变压 器副边线圈Lm’-4两端接入倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-4和二极管 D4-4及串联的电容C3-4和电容C4-4构成，串联的二极管D3-4和二极管D4-4与串联的电 容C3-4和电容C4-4并联，高频变压器副边线圈Lm’ -4的一端与电容C3-4和电容C4-4的 连接点相连，高频变压器副边线圈Lm’ -4的另一端与二极管D3-4和二极管D4-4的连接点 相连，构成能量反馈电路的副边电路，利用能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时 充入电容C1-4的电荷反馈到电源Ud中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力 电子两端并联电阻Rm-4，实现静态均压。工作原理稳态时，当第二个高频电力电子开关K2两端电压高于第一个高频电力电子开关 K1两端电压时，在高频电力电子开关K2开通时，对应的二极管D2-4导通，高频电力电子开 关K2对应的电容C1-4通过高频电力电子开关K2、高频电力电子开关K1对应的电容C1-4、 对应的二极管D2-4向高频电力电子开关K1对应的电容C1-4充电，以此类推，实现稳态均压。(一 )关断过程当高频电力电子开关K1上有过电压产生，利用与高频电力电子开关K1相对应的 二极管D1-4、电容C1-4的串联电路对高频电力电子开关K1进行钳位。与高频电力电子开 关K1对应的二极管D1-4开通，与其对应的电容C1-4被充电，被充电的电容C1-4限制了高 频电力电子开关K1两端电压的上升，使得高频电力电子开关K1两端电压始终钳位在额定 工作电压，实现动态电压钳位，其他n-1只高频电力电子开关动态过电压钳位原理也类似。高频电力电子开关对应的电容C1-4中充进去的能量必须要释放出来，高频电力 电子开关K2、K3、…Kn将各自对应的电容C1-4上冲进去的能量都汇集到第一个高频电力 电子开关K1对应的电容C1-4上，高频电力电子开关K1对应的电容C1-4将能量通过高频 变压器副边线圈Lm’ -4和倍压整流电路反馈到电源Ud中去，实现能量反馈。
( 二)开通过程开通时同样会出现各高频电力电子开关承受电压不均问题。钳位电路同样会限制 开通过程中的高频电力电子开关电压不超过额定值。上述4个方案中，为减少布线电感的影响可将串联连接的n个高频电力电子开关 Kl、K2、…Kn和并接在每个高频电力电子开关两端的钳位电路封装在一个模块中，稳态均 压、动态电压钳位与能量反馈原理不变。方案5参照图5，多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，将n个串联连接的 高频电力电子开关K1、K2、...Kn分成串联的两组Kl...Kn-m、Kn-m+l…Kn，l彡m < n，在两 组串联的高频电力电子开关之间串接负载R后并接在电源Ud两端，电源两端并联电容C，负 载R上反并二极管D，n彡2，在第一组的每个高频电力电子开关两端并联由电容C11和二 极管D11的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C11和二极管D11连接点之 间接入二极管D21，在第一组的最后一个高频电力电子开关Kn-m的钳位电路的电容C11和 二极管D11的连接点与第二组的第一个高频电力电子开关Kn-m+1和负载R的连接点之间 接入二极管D51，在第一组的最后一个高频电力电子开关Kn-m两端并联由电容C21与高频 变压器原边线圈Lml串联组成的第一能量反馈电路的原边电路，在第二组的每个高频电力 电子开关两端并联由电容C12和二极管D12的负极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路 的电容C12和二极管D12连接点之间接入二极管D22，在第二组的第一个高频电力电子开 关Kn-m+1的钳位电路的电容C12和二极管D12的连接点与第一组的最后一个高频电力电 子开关Kn-m和负载R的连接点之间接入二极管D52，在第二组的第一个高频电力电子开关 Kn-m+1两端并联由电容C22与高频变压器原边线圈Lm2串联组成的第二能量反馈电路的原 边电路，在与高频变压器原边线圈Lml和高频变压器原边线圈Lm2耦合的高频变压器副边 线圈Lm’的两端接入倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3和二极管D4及串 联的电容C3和电容C4构成，串联的二极管D3和二极管D4与串联的电容C3和电容C4并 联，高频变压器副边线圈Lm’的一端与电容C3和电容C4的连接点相连，高频变压器副边线 圈Lm’的另一端与二极管D3和二极管D4的连接点相连，构成第一、第二能量反馈电路的副 边电路，利用第一、第二能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入电容C11和电 容C12的电荷反馈到电源Ud中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力电子开 关两端并联电阻Rm，实现静态均压；工作原理稳态时，对于高频电力电子开关Kl、K2…Kn-m来说，当第一个高频电力电子开关 K1两端电压高于第二个高频电力电子开关K2两端电压时，在高频电力电子开关K1开通后， 对应的二极管D21导通，高频电力电子开关K1对应的电容CI 1通过高频电力电子开关K1、 高频电力电子开关K2对应的电容C12、对应的二极管D22向高频电力电子开关K2对应的电 容C12充电，以此类推，实现高频电力电子开关K1、K2…Kn-m的稳态均压。对于高频电力电 子开关Kn-m+1、Kn-m+2…Kn来说，当高频电力电子开关Kn-m+1两端电压高于高频电力电 子开关Kn-m两端电压时，在高频电力电子开关Kn-m+1开通后，对应的二极管D22导通，高 频电力电子开关Kn-m+1对应的电容C1通过高频电力电子开关Kn-m+1、高频电力电子开关 Kn-m对应的电容C11、对应的二极管D21向高频电力电子开关Kn-m对应的电容C11充电，以此类推，实现高频电力电子开关Kn-m+1、Kn-m+2…Kn的稳态均压。动态电压钳位原理是方案1和方案4两者的结合，最终同样能实现动态电压钳位 和能量反馈，此处不再过多描述。为减少布线电感的影响可将第一组串联连接的每个高频电力电子开关和其两端 的电容C11及二极管D11封装在一个模块中；将第二组串联连接的每个高频电力电子开关 和其两端的电容C12及二极管D12封装在一个模块中。
权利要求
多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电力电子开关(K1、K2、…Kn)与负载R串联以后并接在电源(Ud)两端，电源的两端并联电容C，负载R上反并二极管D，n≥2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-1和二极管D1-1的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-1和二极管D1-1连接点之间接入二极管D2-1，并在第n个高频电力电子开关(Kn)所并联的电容C1-1和二极管D1-1的连接点与电源的负端(N)之间接入二极管D5-1，同时在第n个高频电力电子开关(Kn)的两端并联由电容C2-1和高频变压器原边线圈Lm-1的串联电路，电容C2-1、高频变压器原边线圈Lm-1、负载R和二极管D5-1联合组成了能量反馈电路的原边电路，在高频变压器副边线圈Lm’-1两端并联倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-1和二极管D4-1及串联的电容C3-1和电容C4-1构成，串联的二极管D3-1和二极管D4-1与串联的电容C3-1和电容C4-1并联，高频变压器副边线圈Lm’-1的一端与电容C3-1和电容C4-1的连接点相连，高频变压器副边线圈Lm’-1的另一端与二极管D3-1和二极管D4-1的连接点相连，构成能量反馈电路的副边电路，利用能量反馈电路将钳位时充入电容C1-1的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’-1和倍压整流电路反馈到电源(Ud)中去，实现动态电压钳位和稳态均压，高频变压器原边线圈与副边线圈的匝数之比＝1∶n，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-1，实现静态均压。
2.根据权利要求1所述的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征 是将串联连接的n个高频电力电子开关(Kl、K2、"'Kn)和并联在每个高频电力电子开关两 端的钳位电路封装在一个模块中。
3.多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电力 电子开关(K1、K2、…Kn)与负载R串联以后并接在电源(Ud)两端，电源的两端并联电容 C，负载R上反并二极管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-2和二极管 D1-2的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-2和二极管D1-2连接点之间 接入二极管D2-2，并在第n个高频电力电子开关(Kn)所并联的电容C1-2和二极管D1-2的 连接点与电源的负端(N)之间接入二极管D5-2，同时在第n个高频电力电子开关(Kn)的两 端并联由电容C2-2和高频变压器原边线圈Lm-2串联组成的能量反馈电路的原边电路，在n 个串联的高频电力电子开关(K1、K2、…Kn)的两端并联由高频变压器副边线圈Lm’-2和 电容C5-2组成的串联电路，构成能量反馈电路的副边电路；利用能量反馈电路将钳位时充 入电容C1-2的电荷通过高频变压器副边线圈Lm’-2和电容C5-2反馈到电源(Ud)中去，实 现动态电压钳位和稳态均压，在每个高频电力电子两端并联电阻Rm-2，实现静态均压。
4.根据权利要求3所述的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征 是将串联连接的n个高频电力电子开关(Kl、K2、"'Kn)和并联在每个高频电力电子开关两 端的钳位电路封装在一个模块中。
5.多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电力 电子开关(K1、K2、…Kn)与负载R串联以后并接在电源(Ud)两端，电源的两端并联电容 C，负载R上反并二极管D，n彡2，在每个高频电力电子开关两端并联由电容C1-3和二极管 D1-3的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-3和二极管D1-3连接点之间 接入二极管D2-3，并在第n个高频电力电子开关(Kn)所并联的电容C1-3和二极管D1-3的 连接点与电源的负端(N)之间接入二极管D5-3，同时在第n个高频电力电子开关(Kn)的两端并联由电容C2-3和高频变压器原边线圈Lm-3串联组成的能量反馈电路的原边电路，在 剩余的n-1个串联的高频电力电子开关的两端并联由高频变压器副边线圈Lm’ -3和电容 C5-3的串联电路，构成能量反馈电路的副边电路，高频变压器副边线圈Lm’ -3与高频变压 器原边线圈Lm-3是自耦变压器，利用能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充入 电容C1-3的电荷反馈到电源(Ud)中去，实现动态电压钳位和稳态均压；在每个高频电力电 子两端并联电阻Rm-3，实现静态均压。
6.根据权利要求5所述的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征 是将串联连接的n个高频电力电子开关(Kl、K2、"'Kn)和并联在每个高频电力电子开关两 端的钳位电路封装在一个模块中。
7.多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是n个串联的高频电力 电子开关(K1、K2、…Kn)与负载R串联以后并接在电源(Ud)两端，电源的两端并联电容 C，负载R上反并二极管D，n > 2，在每个高频电力电子开关两端并联由二极管D1-4的负极 和电容C1-4串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C1-4和二极管D1-4连接点之间 接入二极管D2-4，并在第一个高频电力电子开关(K1)所并联的电容C1-4和二极管D1-4的 连接点与电源的正端(P)之间接入二极管D5-4，同时在第一个高频电力电子开关(K1)的两 端并联由电容C2-4和高频变压器原边线圈Lm-4串联组成的能量反馈电路的原边电路，在 高频变压器副边线圈Lm’-4两端接入倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3-4 和二极管D4-4及串联的电容C3-4和电容C4-4构成，串联的二极管D3-4和二极管D4-4与 串联的电容C3-4和电容C4-4并联，高频变压器副边线圈Lm’ -4的一端与电容C3-4和电容 C4-4的连接点相连，高频变压器副边线圈Lm’-4的另一端与二极管D3-4和二极管D4-4的 连接点相连，构成能量反馈电路的副边电路，利用能量反馈电路的原边电路和副边电路将 钳位时充入电容C1-4的电荷反馈到电源(Ud)中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每个 高频电力电子两端并联电阻Rm-4，实现静态均压。
8.根据权利要求7所述的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征 是将串联连接的n个高频电力电子开关(Kl、K2、"'Kn)和并接在每个高频电力电子开关两 端的钳位电路封装在一个模块中。
9.多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特征是将n个串联连接的高 频电力电子开关(K1、K2、...Kn)分成串联的两组(K1…Kn-m、Kn-m+l…Kn，l彡m<n)，在 两组串联的高频电力电子开关之间串接负载R后并接在电源(Ud)两端，电源两端并联电容 C，负载R上反并二极管D，n彡2，在第一组的每个高频电力电子开关两端并联由电容C11 和二极管D11的正极串联组成的钳位电路，在相邻钳位电路的电容C11和二极管D11连接 点之间接入二极管D21，在第一组的最后一个高频电力电子开关(Kn-m)的钳位电路的电容 C11和二极管D11的连接点与第二组的第一个高频电力电子开关(Kn-m+1)和负载R的连 接点之间接入二极管D51，在第一组的最后一个高频电力电子开关(Kn-m)两端并联由电容 C21与高频变压器原边线圈Lml串联组成的第一能量反馈电路的原边电路，在第二组的每 个高频电力电子开关两端并联由电容C12和二极管D12的负极串联组成的钳位电路，在相 邻钳位电路的电容C12和二极管D12连接点之间接入二极管D22，在第二组的第一个高频电 力电子开关(Kn-m+1)的钳位电路的电容C12和二极管D12的连接点与第一组的最后一个 高频电力电子开关(Kn-m)和负载R的连接点之间接入二极管D52，在第二组的第一个高频电力电子开关(Kn-m+1)两端并联由电容C22与高频变压器原边线圈Lm2串联组成的第二 能量反馈电路的原边电路，在与高频变压器原边线圈Lml和高频变压器原边线圈Lm2耦合 的高频变压器副边线圈Lm’的两端接入倍压整流电路，该倍压整流电路由串联的二极管D3 和二极管D4及串联的电容C3和电容C4构成，串联的二极管D3和二极管D4与串联的电容 C3和电容C4并联，高频变压器副边线圈Lm’的一端与电容C3和电容C4的连接点相连，高 频变压器副边线圈Lm’的另一端与二极管D3和二极管D4的连接点相连，构成第一、第二能 量反馈电路的副边电路，利用第一、第二能量反馈电路的原边电路和副边电路将钳位时充 入电容C11和电容C12的电荷反馈到电源(Ud)中去，实现动态电压钳位和稳态均压，在每 个高频电力电子开关两端并联电阻Rm，实现静态均压。
10.根据权利要求9所述的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，其特 征是将第一组串联连接的每个高频电力电子开关和其两端的电容C11及二极管D11封装 在一个模块中；将第二组串联连接的每个高频电力电子开关和其两端的电容C12及二极管 D12封装在一个模块中。
全文摘要
本发明公开的多个高频电力电子器件串联时实现无源均压的方法，采用在每个高频电力电子开关两端并联由二极管和电容串联组成的钳位电路，并设置由相应二极管、电容、高频变压器和倍压整流电路构成的能量反馈电路，利用钳位电路实现动态电压钳位和稳态均压；利用能量反馈电路将能量反馈到电源中去，同时在每个高频电力电子开关上并联电阻，实现静态均压。本发明可以实现多个高频电力电子器件串联时稳态均压、动态电压钳位和能量反馈。有利于降低成本和推动高电压、高频率、高功率电力电子技术在工业中的发展和应用。
文档编号H02M3/24GK101860214SQ201010163719
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月5日 优先权日2010年5月5日
发明者汪隽迈 申请人:汪隽迈