[发明专利]开关模组，变换器及电能变换装置

说明书

本发明涉及开关模组、变换器及电能变换装置，该开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路。该至少两个过压保护电路分别与该至少两个串联连接的电子开关电性耦合。每个过压保护电路包括钳位单元及保护单元，钳位单元用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至对应的电子开关，保护单元用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通对应的电子开关。钳位单元和保护单元可以针对对应的电子开关提供双重过压保护，提高了可靠性。本发明还提供了应用上述开关模组的变换器及电能变换装置。

技术领域

本发明公开的实施方式涉及开关模组、变换器及电能变换装置，特别涉及一种具有新的过压保护电路的开关模组、变换器及电能变换装置。

背景技术

变换器(Converter)一般被用作能量变换装置，以将一种形式的能量变换成另一种形式的能量。例如，多电平逆变器作为变换器的一种通常包括若干相电路(对应多相交流电输出)，每一相电路均包括两个开关单元，通过适当的控制系统来控制上述相电路中开关单元导通或者关断，即可实现直流电源转换至交流电源的功能。

对于一些高电压要求的交流电机来说，例如高电压水泵、高电压压缩机等设备，所应用的逆变器上的每一开关单元将流过较高电压水平的电流。典型地，该开关单元为晶体管组成，例如绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。若仅用一个IGBT来作为一个开关单元，该一个IGBT可能不能承受流过其上的电压，为了避免损坏器件，通常使用至少两个串联连接的IGBT来作为一个开关单元，这样可以将电压平均分担至每一个串联的IGBT上，从而不会损坏每一个器件。

上述串联连接IGBT虽然能实现平均分担电压的功能，但必须要满足该至少两个串联的IGBT被同步的控制通断，若出现同步误差的话，则仍会导致其中一个IGBT将承受整个电压负荷，进而损毁该器件。

针对上述问题，业界通常采用有源钳位电路对上述过压的IGBT提供过压保护。图1所示为一种传统的有源钳位电路90的电路图。该有源钳位电路90包括齐纳二极管Z10和普通二极管D10。该有源钳位电路90的工作原理是：当IGBT 92的集电极电位过高时，齐纳二极管Z10被击穿，有电流流入IGBT 92的栅极(驱动端)，使得IGBT 92的栅极电位增大，从而降低IGBT 92的关断电流，进而减小IGBT 92的集电极-发射极尖峰电压Vce。

然而上述有源钳位电路90是有明显缺点的。首先需要明确的是，上述有源钳位电路90工作在IGBT 92关断的瞬间，在这个时刻里，IGBT驱动器94的最后一级推动级的三极管Q15呈导通状态。因而，齐纳二极管Z10的电流Iz中的一部分电流Iz1流入IGBT 92的栅极，另一部分电流Iz2则被上述导通的三极管Q15旁路。

显然，由于导通的三极管Q15的阻抗很低，因此齐纳二极管Z10的电流Iz大部分被三极管Q15旁路，使得流入IGBT 92的栅极的电流Iz1大幅度地减少了；导致钳位效果大大地降低了，或者说降低了有源钳位电路90的有效性。

所以，需要提供一种新的过压保护电路来解决上述问题。

发明内容

有鉴于上文提及之技术问题，本发明的一个方面在于提供一种开关模组，该开关模组包括至少两个串联连接的电子开关及至少两个过压保护电路。该至少两个过压保护电路分别与至少两个过压保护电路电性耦合。每个过压保护电路包括钳位单元及保护单元。该钳位单元用于当对应电子开关的两端电压大于第一预定电压时提供钳位电压至该对应的电子开关，该保护单元用于当对应电子开关的两端电压大于第二预定电压时导通该对应的电子开关。