开关模组、变换器及电能变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]变换器(Converter) —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。
[0003]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 gatebipolar 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。
[0004]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。
[0005]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ZlO和普通二极管D10。该有源钳位电路90的工作原理是:当IGBT92的集电极电位过高时，齐纳二极管ZlO被击穿，有电流流入IGBT92的栅极(驱动端)，使得IGBT92的栅极电位增大，从而降低IGBT92的关断电流，进而减小IGBT92的集电极-发射极尖峰电压Vce。
[0006]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IGBT92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ZlO的电流Iz中的一部分电流Izl流入IGBT92的栅极，另一部分电流Iz2则被上述导通的三极管Q15旁路。
[0007]显然，由于导通的三极管Q15的阻抗很低，因此齐纳二极管ZlO的电流Iz大部分被三极管Q15旁路，使得流入IGBT92的栅极的电流Izl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。
[0008]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】
[0009]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。
[0010]其中，在上述开关模组中，该保护单元包括侦测器、可控电源及二极管。该侦测器用于当该对应电子开关的两端电压大于该第二预定电压时产生过压故障信号。该二极管的阴极与该对应电子开关的控制端电性耦合，该二极管的阳极与该可控电源电性耦合。该可控电源用于响应所述过压故障信号输出直流电压，该直流电压通过二极管施加到该对应电子开关的控制端以导通该对应的电子开关。
[0011]本发明的另一个方面，在于提供一种变换器。该变换器用于将直流电压转换成交流电压，该变换器包括多个开关模组；每个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:
[0012]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；
[0013]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。
[0014]本发明的另一个方面，在于提供一种电能变换装置。该电能变换装置包括:
[0015]第一变换器，用于将第一交流电能转换成直流电能；
[0016]能量存储装置，用于存储所述第一变换器提供的直流电能；
[0017]第二变换器，用于将所述能量存储装置提供的直流电能或者所述第一变换器提供的直流电能转换成第二交流电能；其中，该第一变换器和该第二变换器每一者包括多个开关模组，每个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:
[0018]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；
[0019]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。
[0020]本发明的另一个方面，在于提供一种直流-交流变换器。该直流-交流变换器包括:第一直流线路、第二直流线路、第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组；该第一直流线路和该第二直流线路用于输入直流电压；该第一开关模组与第二开关模组、该第三开关模组与第四开关模组以及第五开关模组与第六开关模组分别串联连接于该第一直流线路与第二直流线路之间；该第一开关模组和第二开关模组之间形成的连接点定义第一输出点，该第三开关模组和第四开关模组之间形成的连接点定义第二输出点，该第五开关模组和第六开关模组之间形成的连接点定义第三输出点；该第一输出点、第二输出点及第三输出点用于输出三相交流电压；该第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组每一者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:
[0021]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；
[0022]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。
[0023]本发明的另一个方面，在于提供一种交流-直流变换器。该交流-直流变换器包括:第一直流线路、第二直流线路、第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组；该第一直流线路和该第二直流线路用于输出直流电压；该第一开关模组与第二开关模组、该第三开关模组与第四开关模组以及第五开关模组与第六开关模组分别串联连接于该第一直流线路与第二直流线路之间；该第一开关模组和第二开关模组之间形成的连接点定义第一输出点，该第三开关模组和第四开关模组之间形成的连接点定义第二输出点，该第五开关模组和第六开关模组之间形成的连接点定义第三输出点；该第一输出点、第二输出点及第三输出点用于输入三相交流电压；该第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组及第六开关模组每一者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:
[0024]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；
[0025]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。
[0026]本发明的另一个方面，在于提供一种过压保护电路。该过压保护电路包括:
[0027]钳位单元，用于当电子开关的两端电压大于预定电压时提供钳位电压至该电子开关;
[0028]保护单元，用于当电子开关的两端电压大于该预定电压时导通该对应的电子开关一预定时间。
[0029]本发明提供的开关模组、变换器、电能变换装置、直流-交流变换器及交流-直流变换器，一方面，通过将至少两个串联连接的电子开关分别与至少两个过压保护电路电性耦合，从而实现了对每一个电子开关的过压保护。另一方面，过压保护电路包括钳位单元及保护单元。该钳位单元用于提供钳位电压至对应过压的电子开关，该保护单元用于导通对应过压的电子开关。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。
【附图说明】
[0030]通过结合附图对本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0031]图1为现有技术中的有源钳位电路的电路图。
[0032]图2为本发明提出的系统的一种实施方式的模块示意图。
[0033]图3为图2所示系统中电能变换装置的一种实施方式的部分电路图。
[0034]图4为具有本发明过压保护电路及开关模组的电路的一种实施方式的功能模块图。
[0035]图5为图4所示过压保护电路的第一种实施方式的电路图。
[0036]图6为图4所示过压保护电路的第二种实施方式的电路图。
[0037]图7为图4所示过压保护电路的第三种实施方式的电路图。
[0038]图8为图4所示过压保护电路的第四种实施方式的电路图。
[0039]图9为图4所示过压保护电路的第五种实施方式的电路图。
[0040]图10为图4所示过压保护电路的第六种实施方式的电路图。
[0041]图11为图10所示过压保护电路的波形图。
[0042]图12为图4所示过压保护电路的第七种实施方式的电路图。
【具体实施方式】
[0043]以下将描述本发明的一个或者多个【具体实施方式】。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手