[发明专利]一种功率器件高位取能模块及方法

说明书

本发明提供了一种功率器件高位取能模块及方法，所述模块包括：缓冲电路，用于限制功率器件向低位输出电流的大小；储能电路，用于储存经缓冲电路输出的电能；整流电路，用于控制输入到储能电路的电流方向；稳压电路，用于限制经储能电路输出电压的最大值。本发明电路简单，取能功率大，在实现高位取能的同时实现功率器件的关断缓冲吸收及动态均压。

技术领域

本发明属于高压电力电子器件技术领域，特别涉及一种功率器件高位取能模块及方法。

背景技术

功率器件是一种用于大容量电力电子装置的新型功率器件，例如功率器件可以是集成门极换流晶闸管（Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT），其主要由封装在管壳内部的GCT芯片和集成在管壳外部的驱动构成。IGCT驱动主要承担的功能为接受上层控制系统的通信信号，并将其转换为用于开通和关断GCT芯片的电压电流信号。在实际应用中，功率器件的驱动需要外部电路向其提供5-200W的功率，才能保证功率器件的正常工作。现有的功率器件驱动供能方式主要包含高位取能和低位供能，低位供能在高压场合下需要很高的绝缘强度，甚至需要多级隔离，结构复杂成本高；高位取能需要的绝缘能力不随应用场合变化，因此更加适合电压等级很高的应用。

现有的成熟的功率器件高位取能方式为在功率器件两端的支撑电容上使用DC/DC变换器或自激式变压器得到40V左右的直流电压，输入到功率器件驱动。例如公开号为CN105553284A的专利公开了一种宽输入电压范围的直流高位取能电源，包括：输入滤波均压模块、高频变压器模块、电压采样反馈驱动控制模块、输出整流滤波稳压模块。本发明所述的输入滤波均压模块在输入正负极串入了电阻，能够减小浪涌电流和多个电源同时使用时对前级的冲击；高频变压器选用双管正激变换器，能应用于高输入电压的场合；电压采样反馈电路简单，响应速度快；控制模块采用电流型控制芯片，具有过压保护和欠压锁定的功能。公开号为CN111969858A的专利公开了一种高位取能电源电路及其控制方法，电路包括反激变压器T1，n+1个二极管，n个全控型半导体器件，n个电容器；其中反激变压器T1包括原边n个绕组及副边绕组Ns1，反激变压器T1的所有原边绕组的线圈匝数相等，n为不小于2的自然数。

上述两个公开的专利中，取能方式只能用于MMC变换器等器件两端拥有很大容量的母线支撑电容的场合，不具有普适性。对于CSC变换器、直流断路器等场合，功率器件两端没有很大容量的支撑电容，只有用于动态均压或吸收关断过电压能量的缓冲电容，无法使用上述方式进行取能。

而在LCC应用中，常用晶闸管作为主开关器件，其驱动电路中包含部分高位取能的功能模块，例如公开号为CN211481247U的专利公开了基于星型电容隔离的晶闸管级取能电路和晶闸管过压保护电路，属于电工技术领域。该电路由两部分组成：一部分是高压自取能电路，另一部分是过压保护电路。高压自取能电路与主电路通过星型电容隔离，从主电路晶闸管两端取电给TCU(晶闸管控制单元)内各电路供电，从而避免TCU流过大电流。当主电路上晶闸管两端过电压时，过压保护电路开始动作，以保护主电路中晶闸管器件。

但是由于晶闸管驱动内部包含的储能电容容量小，整体功耗小，且不进行关断动作，取能电路设计及参数配置时较为简单随意。若将晶闸管的取能电路移植至功率器件，由于功率器件驱动内部储能电容容量大，整体功耗大，且存在大电流关断的特殊工况，对外部缓冲电路会造成较大影响。

因此，需要设计一种功率器件高位取能模块及方法，以解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种功率器件高位取能模块，所述模块包括：

缓冲电路，用于限制功率器件向低位输出电流的大小；

储能电路，用于储存经缓冲电路输出的电能；

整流电路，用于控制输入到储能电路的电流方向；

稳压电路，用于限制经储能电路输出电压的最大值。