7。因此，能够调节本技术，以对IGBT的 断开和导通进行控制。
[0119] 图20是示出对于非常高的di/dt，在没有用于限制断开过电压和导通恢复电流的 电路的情况下，续流二极管的恢复电流的曲线图。在该曲线图中，流过续流二极管D2的电 流400的di/dt达到6kA/μsec以上，超过了制造商推荐的5. 5kA/μsec。高频回路的杂 散电感两端的电压410是di/dt的镜像，S卩，在电流升高期间，IGBT两端的电压低于总线电 压Vbus。如果没有本技术，则di/dt保持升高，直到续流二极管自发地断开。续流二极管两 端的电压420的dv/dt非常高，并且具有导致电磁干扰（EMI)的显著振荡422。
[0120] 图21是示出图19所示续流二极管的恢复电流的曲线图。通过与图20所示的曲 线图进行比较，利用本技术控制恢复电流。在这种情况下，当二极管断开时，通过续流二极 管D2的电流450的di/dt保持在制造商推荐的5kA/μsec内。实际上，di/dt在开始过渡 时实际较大（较陡斜率），但是及时降低到要求值，从而保护器件。高频回路的杂散电感两 端的电压460不太迅速降低。当与图20相比时，恢复电流较小。电压升高470较小，并且 振荡472降低。
[0121] 在相同的条件下，在具有和不具有上述技术的情况下，在实验室获得实验测量值。 图22是示出在具有和不具有用于限制断开过电压和导通恢复电流的电路的情况下随着能 够提供的总线电压变化的输出电流的比较曲线图。图22示出利用Infineon?的具有55°C 的冷却液和所有小片（dies)处于130°C的最热结的HP2IGBT模块能够提供的输出电流的 比较。诸如例如为车辆开发的驱动器的许多驱动器应当承受住任何短路条件。通常，进行 测试，直到IGBT减饱和（de-saturates)。为了导致其结果示于图22上的实验的目的，研 究2000安培的最高峰值输出电流。对于达到2000安培的所有可能电流，能够使过电压保 持在650Vdc内。根据这些要求调节栅极驱动器。对于没有本技术的栅极驱动器，调节导通 电阻器和断开电阻器的值。
[0122] 图22示出随总线电压变化的均方根（RMS)输出电流。在对两种情况均不调制的 情况下，工作频率为200KHz。提供要求的输出电流的能力受工作电压的影响。在从300Vdc 到450Vdc范围内的电压进行测量。当与300Vdc比较时，在450Vdc，采用不使用本技术的 栅极驱动器的结果（标记800)仅给出一半的输出电流。另一方面，当与300Vdc比较时，在 450Vdc，采用使用本技术的栅极驱动器的结果（标记802)将给出三分之二以上的输出电 流。本技术不仅对于相同的给定半导体配置有助于提高输出电流，而且对工作电压不太敏 感。在图22上，利用本技术，输出电流损耗随着总线电压升高的斜率较低。因此，这个结果 说明本技术使得整流单元不太取决于开关损耗。
[0123] 图23是示出采用用于限制断开过电压和导通恢复电流的电路，随着开关频率变 化的输出电流的曲线图。当产生图23所示的图时，重复用于产生图22所示结果使用的相 同实验条件。保持300Vdc总线电压，并且提供随着频率变化的结果。对于这些实验测量采 用对数标度，预计Infineon?的HP2IGBT模块能够以40KHz工作，并且提供2000安培以上 的电流。
[0124] 上面描述了可应用于直流一直流变换器和直流一交流变换器，例如采用全半导体 支路、电力电子开关对置对以及续流二极管的整流单元，从而对诸如电动汽车的电动机的 连接负载提供交流的解决方案。
[0125] 本技术领域内的技术人员明白，对用于限制开关过电压和用于限制恢复电流的整 流单元的和补偿电路的描述仅是说明性的，并且不旨在有任何限制性。从本公开受益的本
技术领域内的普通技术人员容易想到其他实施例。此外，可以定制所公开的整流单元和补 偿电路，以对现有需要和在整流单元中进行开关时出现的过电压和恢复电流的问题提供有 价值的解决方案。
[0126] 为了清楚起见，未示出和描述整流单元的和补偿电路的全部常规实现特征。当然， 应当明白，在对整流单元的和补偿电路的任何这种实际实现进行开发中，为了实现开发者 的特定目的，诸如符合与应用、系统和商业有关的限制，需要做出许多特定实现判断，并且 这些特定目的将因一种实现与另一种实现而不同，并且将因一个开发者与另一个开发者而 不同。此外，应当明白，开发工作复杂并且耗时，然而，对于从本公开受益的电力电子技术领 域内的普通技术人员，开发工作是常规技术任务。
[0127] 应当明白，用于限制开关过电压和用于限制恢复电流的整流单元和补偿电路并不 使其应用受附图所示的和上面描述的构造细节和零件的限制。所建议的用于限制开关过电 压和用于限制恢复电流的整流单元和补偿电路能够有其他实施例并且能够以各种方式实 施。还应当明白，在此使用的词语或者术语是出于描述而非限制的目的。因此，尽管作为其 说明性实施例，而在上面描述了用于限制开关过电压和用于限制恢复电流的整流单元和补 偿电路，但是能够对其修改，而不脱离本发明的精神、范围和性质。
【主权项】
1. 一种整流单元，配置所述整流单元以限制开关过电压并且限制恢复电流，所述整流 单元包括： 电力电子开关，具有发射极寄生电感，在使所述电力电子开关导通和断开时，通过所述 发射极寄生电感产生电压； 补偿电路，连接到所述发射极寄生电感，所述补偿电路应用在使所述电力电子开关导 通和断开时通过所述发射极寄生电感产生的所述电压的抽样，控制通过所述发射极寄生电 感产生的所述电压。2. 根据权利要求1所述的整流单元，其中在所述电力电子开关导通和断开时，所述补 偿电路利用不同增益、应用通过所述发射极寄生电感产生的所述电压的抽样。3. 根据权利要求2所述的整流单元，其中当使所述电力电子开关断开时，所述补偿电 路具有第一增益值，而当使所述电力电子开关导通时，所述补偿电路具有小于所述第一增 益值而大于零的第二增益值。4. 根据权利要求3所述的整流单元，其中所述补偿电路包括电阻性增益适配器，所述 电阻性增益适配器具有：第一电阻器，用于部分地限定所述第一增益值；以及导通二极管， 被配置为当使所述电力电子开关导通时，与所述第一电阻器并联布置第二电阻器，所述并 联的第一电阻器和第二电阻器部分地限定所述第二增益值。5. 根据权利要求1至4中的任何一项所述的整流单元，其中从隔离栅双极晶体管、金属 氧化物半导体场效应晶体管以及双极晶体管中选择所述电力电子开关。6. 根据权利要求1至5中的任何一项所述的整流单元，包括与所述电力电子开关串联 工作的续流二极管。7. 根据权利要求1至6中的任何一项所述的整流单元，包括连接到所述电力电子开关 的栅极和所述补偿电路的栅极驱动器，所述栅极驱动器控制施加到所述电力电子开关的栅 极一发射极电压。8. 根据权利要求7所述的整流单元，其中所述栅极驱动器包含基准电压，并且其中将 通过所述发射极寄生电感产生的所述电压的所述抽样施加在所述栅极驱动器的所述基准 电压与所述电力电子开关的所述栅极之间。9. 一种功率变换器，包括具有两个根据权利要求1至8中的任何一项所述的整流单元 的支路，所述两个整流单元形成回路，并且连接在第一整流单元的所述第一电力电子开关 的集电极的和第二整流单元的第二电力电子开关的发射极的结处。10. 根据权利要求9所述的功率变换器，包括具有与所述第二电力电子开关的集电极 寄生电感并联的初级绕组的变压器，所述变压器还具有与所述第二电力电子开关的所述发 射极寄生电感和所述第二整流单元的所述补偿电路串联的次级绕组。11. 根据权利要求9或者10所述的功率变换器，包括大连接器，所述大连接器形成所述 第一电力电子开关的所述集电极的和所述第二电力电子开关的所述发射极的所述结，所述 大连接器提供所述第二电力电子开关的发射极的大寄生电感，用于限制所述第二电力电子 开关的过电压。12. 根据权利要求11所述的功率变换器，包括电路板，所述电路板具有用于安装所述 第一电力电子开关的所述集电极和所述第二电力电子开关的所述发射极的焊盘，所述大连 接器具有一般U型截面，所述一般U型截面具有连接到所述焊盘的支路和用于桥接所述支 路的中心区段。13. 根据权利要求9至12中的任何一项所述的功率变换器，包括三个支路，使得所述功 率变换器是三相功率变换器。14. 一种用于限制整流单元的电力电子开关上的开关过电压的补偿电路，所述整流单 元包含具有寄生电感的高频回路，在使所述电力电子开关断开时，通过所述寄生电感产生 电压，所述高频回路寄生电感包含所述电力电子开关的发射极寄生电感，所述补偿电路包 括： 分压器，被配置为在使所述电力电子开关导通和断开时，提供在所述发射极寄生电感 上产生的电压的增益；以及 来自所述分压器的连接，以根据所述增益，对所述电力电子开关栅极驱动器提供反馈 电压，以降低在所述高频回路的所述寄生电感上产生的所述电压。15. 根据权利要求14所述的补偿电路，其中所述分压器提供在使所述电力电子开关断 开时在所述发射极寄生电感上产生的所述电压的第一增益和在使所述电力电子开关导通 时在所述发射极寄生电感上产生的所述电压的第二增益。16. 根据权利要求15所述的补偿电路，包括： 导通二极管，被配置为重新配置分压器，以提供在所述发射极寄生电感上产生的所述 电压的所述第一和第二增益； 其中以所述分压器的所述第二增益提供给所述电力电子开关栅极驱动器的反馈电压 减小所述整流单元的所述续流二极管中的恢复电流。17. 根据权利要求15或者16所述的补偿电路，其中所述第一增益值大于所述第二增益 值，并且其中所述第一和第二增益均大于零。
【专利摘要】本公开涉及整流单元和用于限制整流单元的电力电子开关两端的过电压并且用于限制整流单元的续流二极管中的恢复电流的补偿电路。电力电子开关具有发射极寄生电感。可变增益补偿电路根据在使电力电子开关导通或者断开时在电力开关的发射极的寄生电感的两端产生的电压产生反馈。补偿电路将该反馈送到电力电子开关的控制极，以降低在发射极寄生电感上产生的电压。还公开了包含具有补偿电路的整流单元的功率变换器。
【IPC分类】H02M1/32, H03K17/08
【公开号】CN105308864
【申请号】CN201480024860
【发明人】J-M.西尔, M.埃尔雅各比, P.弗勒里, M.阿马尔
【申请人】Tm4股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年4月4日
【公告号】CA2907472A1, EP2982038A1, US20160043711, WO2014161080A1