[发明专利]切换导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及导通半导体器件的方法，导通串联连接的半导体器件组中的多个半导体器件的方法，以及用于导通半导体器件的电路。本发明还涉及关断多个半导体器件的方法，关断串联连接的半导体器件组中的多个半导体器件的方法，以及用于关断半导体器件的电路。

背景技术

在输电网络中，交流(AC)电力通常被转换成直流(DC)电力用于经由架空线路和/或海底电缆传输。此转换不需要补偿由传输线路或电缆所施加的AC电容性负载的影响，由此减少了线路和/或电缆的每公里成本。从而当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换变得具有成本效益。

从AC到DC的电力转换还用于有必要互连运行于不同频率的AC网络的输电网络中。在任何这样的输电网络中，在AC和DC电力的每个交接处均需要转换器来实现所需的转换。

电压源转换器通常采用开关来执行为将AC电力转换到DC电力所必需的整流和逆变过程，或进行相反过程。这些开关可以包括半导体器件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，以改进电压源转换器的效率和开关能力。然而，相对于在高压直流(HVDC)电力传输中使用的高压，这样的半导体器件的额定低压需要使用成串联堆叠结构的多个半导体器件，使得串联连接的半导体器件的组合额定电压能够支持这样的高压。

当在导通状态和关断状态之间切换时，重要的是每个串联堆叠结构中的半导体器件同时切换，使得在电压源转换器运行期间的任何时候，施加到半导体器件两端的电压不超过其单个额定电压。所以存在切换得太早或太迟的半导体器件将承受超过其单个额定电压的施加电压的风险。

WO97/43832公开了一种控制IGBT的关断的方法，以提供对切换串联堆叠结构中的单个IGBT的时间的控制。该方法包括以下步骤：在接收到关断信号时，施加一电压到所述IGBT的栅极，该电压的水平保持电流流过所述IGBT同时允许所述IGBT两端的电压升高到预定水平，并且在预定时间段以后，施加电压功能(voltagefunction)到所述IGBT的栅极来关断所述IGBT。

WO2008/032113涉及用于例如为IGBT和MOSFET的MOS栅控功率半导体开关设备的控制方法和电路。在该控制方法中，半导体开关器件两端的电压变化大致跟踪所述二极管两端的电压变化，以避免电压过冲。

通过在每个半导体器件的栅极端和集电极端之间连接瞬变电压抑制器(TVS)，可以保护每个半导体器件免受过电压导致的损害。当集电极端和发射极端之间的电压(即集电极-发射极电压)超过TVS开始导通的电压时，电流将从集电极端流到栅极端，从而导致半导体器件导通，因此限制了过电压的程度。

然而，上面并没有关注电压如何在串联连接的半导体器件之间分配，并且因此单个半导体器件仍然可能承受超过其单个额定电压的外加电压。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种半导体器件的导通方法，所述半导体器件包括栅极端、集电极端和发射极端，该方法包括步骤：

(i)在接收到导通信号时，施加电压到所述半导体器件的所述栅极端来将所述半导体器件的集电极-发射极电压降低到第一预定电压平台水平，并且保持该电压至所述半导体器件的所述栅极端以预定时间段；

(ii)在所述预定时间段之后，控制施加到所述半导体器件的所述栅极端的电压来以变化的斜率改变所述集电极-发射极电压，直到所述集电极-发射极电压达到预定电压水平，对施加到所述半导体器件的所述栅极端用以改变所述集电极-发射极电压的电压进行的这种控制包括：

将所述集电极-发射极电压降低到第二预定电压平台水平；

将所述集电极-发射极电压保持在第二预定电压平台水平，以调节所述半导体器件在使用中所位于的电路中的电流的变化速率；以及

将所述集电极-发射极电压降低到所述半导体器件处于其导通状态的电压水平；以及

(iii)控制施加到所述半导体器件的所述栅极端的电压来将所述集电极-发射极电压保持在所述预定电压水平。