開關(guān)模組、變換器及電能變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實施方式涉及開關(guān)模組、變換器及電能變換裝置，特別涉及一種具有新的過壓保護電路的開關(guān)模組、變換器及電能變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變換器(Converter) —般被用作能量變換裝置，以將一種形式的能量變換成另一種形式的能量。例如，多電平逆變器作為變換器的一種通常包括若干相電路(對應(yīng)多相交流電輸出)，每一相電路均包括兩個開關(guān)單元，通過適當?shù)目刂葡到y(tǒng)來控制上述相電路中開關(guān)單元導(dǎo)通或者關(guān)斷，即可實現(xiàn)直流電源轉(zhuǎn)換至交流電源的功能。
[0003]對于一些高電壓要求的交流電機來說，例如高電壓水泵、高電壓壓縮機等設(shè)備，所應(yīng)用的逆變器上的每一開關(guān)單元將流過較高電壓水平的電流。典型地，該開關(guān)單元為晶體管組成，例如絕緣柵雙極型晶體管(insulated gatebipolar transistor, IGBT)。若僅用一個IGBT來作為一個開關(guān)單元，該一個IGBT可能不能承受流過其上的電壓，為了避免損壞器件，通常使用至少兩個串聯(lián)連接的IGBT來作為一個開關(guān)單元，這樣可以將電壓平均分擔至每一個串聯(lián)的IGBT上，從而不會損壞每一個器件。
[0004]上述串聯(lián)連接IGBT雖然能實現(xiàn)平均分擔電壓的功能，但必須要滿足該至少兩個串聯(lián)的IGBT被同步的控制通斷，若出現(xiàn)同步誤差的話，則仍會導(dǎo)致其中一個IGBT將承受整個電壓負荷，進而損毀該器件。
[0005]針對上述問題，業(yè)界通常采用有源鉗位電路對上述過壓的IGBT提供過壓保護。圖1所示為一種傳統(tǒng)的有源鉗位電路90的電路圖。該有源鉗位電路90包括齊納二極管ZlO和普通二極管D10。該有源鉗位電路90的工作原理是:當IGBT92的集電極電位過高時，齊納二極管ZlO被擊穿，有電流流入IGBT92的柵極(驅(qū)動端)，使得IGBT92的柵極電位增大，從而降低IGBT92的關(guān)斷電流，進而減小IGBT92的集電極-發(fā)射極尖峰電壓Vce。
[0006]然而上述有源鉗位電路90是有明顯缺點的。首先需要明確的是，上述有源鉗位電路90工作在IGBT92關(guān)斷的瞬間，在這個時刻里，IGBT驅(qū)動器94的最后一級推動級的三極管Q15呈導(dǎo)通狀態(tài)。因而，齊納二極管ZlO的電流Iz中的一部分電流Izl流入IGBT92的柵極，另一部分電流Iz2則被上述導(dǎo)通的三極管Q15旁路。
[0007]顯然，由于導(dǎo)通的三極管Q15的阻抗很低，因此齊納二極管ZlO的電流Iz大部分被三極管Q15旁路，使得流入IGBT92的柵極的電流Izl大幅度地減少了 ；導(dǎo)致鉗位效果大大地降低了，或者說降低了有源鉗位電路90的有效性。
[0008]所以，需要提供一種新的過壓保護電路來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于上文提及之技術(shù)問題，本發(fā)明的一個方面在于提供一種開關(guān)模組，該開關(guān)模組包括至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)及至少兩個過壓保護電路。該至少兩個過壓保護電路分別與至少兩個過壓保護電路電性耦合。每個過壓保護電路包括鉗位單元及保護單元。該鉗位單元用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第一預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該對應(yīng)的電子開關(guān)，該保護單元用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第二預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0010]其中，在上述開關(guān)模組中，該保護單元包括偵測器、可控電源及二極管。該偵測器用于當該對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于該第二預(yù)定電壓時產(chǎn)生過壓故障信號。該二極管的陰極與該對應(yīng)電子開關(guān)的控制端電性耦合，該二極管的陽極與該可控電源電性耦合。該可控電源用于響應(yīng)所述過壓故障信號輸出直流電壓，該直流電壓通過二極管施加到該對應(yīng)電子開關(guān)的控制端以導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0011]本發(fā)明的另一個方面，在于提供一種變換器。該變換器用于將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，該變換器包括多個開關(guān)模組；每個開關(guān)模組包括至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)及至少兩個過壓保護電路，該至少兩個過壓保護電路分別與該至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)電性耦合，每個過壓保護電路包括:
[0012]鉗位單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第一預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該對應(yīng)的電子開關(guān)；
[0013]保護單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第二預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0014]本發(fā)明的另一個方面，在于提供一種電能變換裝置。該電能變換裝置包括:
[0015]第一變換器，用于將第一交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能；
[0016]能量存儲裝置，用于存儲所述第一變換器提供的直流電能；
[0017]第二變換器，用于將所述能量存儲裝置提供的直流電能或者所述第一變換器提供的直流電能轉(zhuǎn)換成第二交流電能；其中，該第一變換器和該第二變換器每一者包括多個開關(guān)模組，每個開關(guān)模組包括至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)及至少兩個過壓保護電路，該至少兩個過壓保護電路分別與該至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)電性耦合，每個過壓保護電路包括:
[0018]鉗位單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第一預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該對應(yīng)的電子開關(guān)；
[0019]保護單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第二預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0020]本發(fā)明的另一個方面，在于提供一種直流-交流變換器。該直流-交流變換器包括:第一直流線路、第二直流線路、第一開關(guān)模組、第二開關(guān)模組、第三開關(guān)模組、第四開關(guān)模組、第五開關(guān)模組及第六開關(guān)模組；該第一直流線路和該第二直流線路用于輸入直流電壓；該第一開關(guān)模組與第二開關(guān)模組、該第三開關(guān)模組與第四開關(guān)模組以及第五開關(guān)模組與第六開關(guān)模組分別串聯(lián)連接于該第一直流線路與第二直流線路之間；該第一開關(guān)模組和第二開關(guān)模組之間形成的連接點定義第一輸出點，該第三開關(guān)模組和第四開關(guān)模組之間形成的連接點定義第二輸出點，該第五開關(guān)模組和第六開關(guān)模組之間形成的連接點定義第三輸出點；該第一輸出點、第二輸出點及第三輸出點用于輸出三相交流電壓；該第一開關(guān)模組、第二開關(guān)模組、第三開關(guān)模組、第四開關(guān)模組、第五開關(guān)模組及第六開關(guān)模組每一者包括至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)及至少兩個過壓保護電路，該至少兩個過壓保護電路分別與該至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)電性耦合，每個過壓保護電路包括:
[0021]鉗位單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第一預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該對應(yīng)的電子開關(guān)；
[0022]保護單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第二預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0023]本發(fā)明的另一個方面，在于提供一種交流-直流變換器。該交流-直流變換器包括:第一直流線路、第二直流線路、第一開關(guān)模組、第二開關(guān)模組、第三開關(guān)模組、第四開關(guān)模組、第五開關(guān)模組及第六開關(guān)模組；該第一直流線路和該第二直流線路用于輸出直流電壓；該第一開關(guān)模組與第二開關(guān)模組、該第三開關(guān)模組與第四開關(guān)模組以及第五開關(guān)模組與第六開關(guān)模組分別串聯(lián)連接于該第一直流線路與第二直流線路之間；該第一開關(guān)模組和第二開關(guān)模組之間形成的連接點定義第一輸出點，該第三開關(guān)模組和第四開關(guān)模組之間形成的連接點定義第二輸出點，該第五開關(guān)模組和第六開關(guān)模組之間形成的連接點定義第三輸出點；該第一輸出點、第二輸出點及第三輸出點用于輸入三相交流電壓；該第一開關(guān)模組、第二開關(guān)模組、第三開關(guān)模組、第四開關(guān)模組、第五開關(guān)模組及第六開關(guān)模組每一者包括至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)及至少兩個過壓保護電路，該至少兩個過壓保護電路分別與該至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)電性耦合，每個過壓保護電路包括:
[0024]鉗位單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第一預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該對應(yīng)的電子開關(guān)；
[0025]保護單元，用于當對應(yīng)電子開關(guān)的兩端電壓大于第二預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)。
[0026]本發(fā)明的另一個方面，在于提供一種過壓保護電路。該過壓保護電路包括:
[0027]鉗位單元，用于當電子開關(guān)的兩端電壓大于預(yù)定電壓時提供鉗位電壓至該電子開關(guān);
[0028]保護單元，用于當電子開關(guān)的兩端電壓大于該預(yù)定電壓時導(dǎo)通該對應(yīng)的電子開關(guān)一預(yù)定時間。
[0029]本發(fā)明提供的開關(guān)模組、變換器、電能變換裝置、直流-交流變換器及交流-直流變換器，一方面，通過將至少兩個串聯(lián)連接的電子開關(guān)分別與至少兩個過壓保護電路電性耦合，從而實現(xiàn)了對每一個電子開關(guān)的過壓保護。另一方面，過壓保護電路包括鉗位單元及保護單元。該鉗位單元用于提供鉗位電壓至對應(yīng)過壓的電子開關(guān)，該保護單元用于導(dǎo)通對應(yīng)過壓的電子開關(guān)。鉗位單元和保護單元可以針對對應(yīng)的電子開關(guān)提供雙重過壓保護，提高了可靠性。
【附圖說明】
[0030]通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0031]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的有源鉗位電路的電路圖。
[0032]圖2為本發(fā)明提出的系統(tǒng)的一種實施方式的模塊示意圖。
[0033]圖3為圖2所示系統(tǒng)中電能變換裝置的一種實施方式的部分電路圖。
[0034]圖4為具有本發(fā)明過壓保護電路及開關(guān)模組的電路的一種實施方式的功能模塊圖。
[0035]圖5為圖4所示過壓保護電路的第一種實施方式的電路圖。
[0036]圖6為圖4所示過壓保護電路的第二種實施方式的電路圖。
[0037]圖7為圖4所示過壓保護電路的第三種實施方式的電路圖。
[0038]圖8為圖4所示過壓保護電路的第四種實施方式的電路圖。
[0039]圖9為圖4所示過壓保護電路的第五種實施方式的電路圖。
[0040]圖10為圖4所示過壓保護電路的第六種實施方式的電路圖。
[0041]圖11為圖10所示過壓保護電路的波形圖。
[0042]圖12為圖4所示過壓保護電路的第七種實施方式的電路圖。
【具體實施方式】
[0043]以下將描述本發(fā)明的一個或者多個【具體實施方式】。首先要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，或者為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手