电压发生并且在电力电子 开关导通时能够控制di/dt，而没有过长开关延迟的方法和电路。
【发明内容】
[0026] 根据本公开，提供了一种整流单元，配置该整流单元以限制开关过电压并且限制 恢复电流。该整流单兀包括电力电子开关，该电力电子开关具有发射极寄生电感，在使电力 电子开关导通和断开时，通过该发射极寄生电感产生电压。该整流单元还包括补偿电路，该 补偿电路连接到发射极寄生电感。该补偿电路应用在使电力电子开关导通和断开时通过发 射极寄生电感产生的电压的抽样，以控制通过发射极寄生电感产生的电压。
[0027] 根据本公开，还提供了一种功率变换器，该功率变换器包括两个整流单元，配置所 述整流单元以限制开关过电压并且限制恢复电流。两个整流单元形成回路，并且连接于第 一整流单元的第一电力电子开关的集电极的结处和第二整流单元的第二电力电子开关的 发射极的结处。
[0028] 本公开还涉及一种用于限制整流单元的电力电子开关上的开关过电压的补偿电 路，该整流单元包含具有寄生电感的高频回路，在使电力电子开关断开时，通过寄生电感产 生电压，该高频回路寄生电感包含电力电子开关的发射极寄生电感。该补偿电路包括分压 器，配置该分压器，以在使电力电子开关导通和断开时，提供在发射极寄生电感上产生的电 压增益。该补偿电路还包括来自分压器的连接，以根据该增益，对电力电子开关栅极驱动器 提供反馈电压，从而降低在高频回路的寄生电感上产生的电压。
[0029] 在参考附图阅读了下面仅作为例子给出的其说明性实施例的非限制性描述后，上 述以及其他特征更加显而易见。
【附图说明】
[0030] 参考附图仅作为例子描述本公开的实施例，其中：
[0031] 图1是诸如传统功率变换电路中使用的整流单元的传统整流单元的理想化电路 图；
[0032] 图2是示出寄生电感的图1所示传统整流单元的另一个电路图；
[0033] 图3是还示出栅极驱动器的传统整流单元的电路图；
[0034] 图4是两个传统整流单元形成的传统IGBT分支的电路图；
[0035] 图5是示出图4的IGBT断开时的电流和电压波形的示意图；
[0036] 图6是根据实施例具有连接在发射极杂散电感两端的电阻分压器的IGBT分支的 电路图；
[0037] 图7是示出对于500伏的总线电压图6所示IGBT断开时的电流和电压波形的示 意图；
[0038] 图8是示出图6所示IGBT断开时的电流和电压波形的示意图，在短路条件下，对 300伏的最高总线电压调节电阻分压器；
[0039] 图9是根据另一个实施例，利用变压器提高发射极视在电感（apparent inductance)的IGBT支路的电路图；
[0040] 图10是根据又一个实施例，采用变压器和电阻性器件的图9所示电路图的变型；
[0041] 图11是根据第一变型，具有用于调节顶部发射极电感的连接器的IGBT支路的示 意布局；
[0042] 图12是根据第二变型，具有用于调节顶部发射极电感的连接器的IGBT支路的示 意布局；
[0043] 图13是包含密勒电容的IGBT电容的示意图；
[0044] 图14是典型IGBT的等效电路图；
[0045] 图15是示出流过IGBT的电流和IGBT的集电极-发射极电压的波形图；
[0046] 图16是根据说明性实施例，具有当续流二极管断开时，用于限制电力电子开关断 开时的过电压和电力电子开关导通时的恢复电流的电路的整流单元的示意图；
[0047] 图17是在电力电子开关断开时图16所示整流单元的小信号控制回路模型；
[0048] 图18是在电力电子开关导通时图16所示整流单元的小信号控制回路模型；
[0049] 图19是并入了用于限制图16所示断开过电压和导通恢复电流的电路的IGBT支 路的部分电路图；
[0050] 图20是示出对于非常高的di/dt，在没有用于限制断开过电压和导通恢复电流的 电路的情况下，续流二极管的恢复电流的曲线图；
[0051] 图21是示出图19所示续流二极管的恢复电流的曲线图；
[0052] 图22是示出在具有和不具有用于限制断开过电压和导通恢复电流的电路的情况 下随着能够提供的总线电压变化的输出电流的比较曲线图；以及
[0053] 图23是示出采用用于限制断开过电压和导通恢复电流的电路，随着开关频率变 化的输出电流的曲线图。
【具体实施方式】
[0054] 相同的参考编号代表各图上相同的特征。
[0055] 本公开的各种方案通常解决在开关时当前在整流单元内存在的过电压和恢复电 流的一个或者多个问题。
[0056] 在作者均为Jean-MarcCyr等人的国际专利公布No.WO2013/082705A1、国际专 利申请No.PCT/CA2013/000805、美国临时申请No. 61/808, 254 和No. 61/904, 038 以及在 http://www.advbe.com/docs/DeciElec2013_.TeanMarcCyr_TM4.pdf可获得的"Reducing switchinglossesandincreasingIGBTdriveefficiencywithReflex?gatedriver technology"中都描述了特别是在IGBT断开时可用于限制整流单元中的过电压的电路，在 此通过引用合并这些公开内容。
[0057] 本技术对导通和导通时的过电压和开关损耗以及整流单元的电力电子开关的导 通时恢复电流的减小进行控制。在此提供的电路和方法通常与用于限制电力电子开关断开 时的过电压的解决方案兼容。
[0058] 在整流单元中，电力电子开关断开时的di/dt在整流单元的高频回路的杂散电感 的两端产生电压。除了对整流单元提供功率的总线电压，该电压也施加在电力电子开关的 两端。本公开引入了基于将电力电子开关两端存在的过电压的抽样注入电力电子开关的栅 极驱动器的解决方案。该注入降低栅极电压的变化速度。这样继而减少电力电子开关上的 过电压的数量。能够将该效果限制于仅在过电压高于预定值时的时段内发生。在与电力电 子开关串联工作的反向续流二极管断开时，通过精确控制di/dt，能够控制电力电子开关的 过电压。本技术使电力电子开关迅速导通，同时防止因为过电压而破坏。
[0059] 将主要结合隔离栅双极晶体管（IGBT)的使用描述在此公开的技术。下面的描述 中提到IGBT仅用于说明的目的，并且无意限制本公开。相同的技术同样可以适用于利用 金属氧化物半导体场效应晶体管（M0SFET)、双极晶体管和类似电力电子开关构造的整流单 JL·〇
[0060] -般地说，通过将栅极驱动器的基准电压从图4所示的发射极（逻辑管脚）变更 到地线总线（对于底部IGBTQD和底部IGBT(对于顶部IGBTQ2)的集电极，能在断开时 降低过电压
[0061] 换句话说，已经开发了将栅极驱动器的基准电压连接到IGBT的电源接头的技术， 该电源接头本身连接到电源，而不是连接到逻辑管脚。发射极电感两端的电压注入栅极驱 动器，以在IGBT的发射极产生负压，从而降低V#的负斜率，正如下面所做的讨论。结果是 直接作用于栅极电压上，而不存在任何延迟和di/dt限制。
[0062] 因为在商用IGBT模块中的发射极的逻辑连接与电源连接之间不存在最佳发射极 电感，所以本公开引入了所开发的技术，即，利用电阻分压器优化注入栅极驱动电路的过电 压的抽样。图6是根据实施例具有连接在发射极杂散电感两端的电阻分压器的IGBT分支 的电路图。通常，图6示出在减小IGBT上的过电压的配置中包括连接到栅极驱动器40的 补偿电路的IGBT支路90。图6引入了利用电阻分压器优化IGBT上的过电压的补偿电路。
[0063] 对图6所示IGBT支路90的底部进行讨论，底部IGBTQi包含集电极寄生电感 L。lciw、发射极寄生电感UlOT。底部IGBTQi的栅极通过电阻器Ri连接到其栅极驱动器40。 栅极驱动器40的基准电压52连接到补偿电路，该补偿电路具有包含两个电阻器私和R3的 电阻分压电路和二极管D3，该二极管D3使得当底部IGBTQ 发射极的电压高于基准电压 52时，导通不受电阻器R2短路的影响。
[0064] 在图6所示的电路中，根据底部IGBT(^两端允许的可接受过电压电平，选择电阻 器私和R3的值。图7是示出对于500伏的总线电压、图6所示IGBT断开时的电流和电压 波形的示意图。图8是示出图6所示IGBT断开时的电流和电压波形的示意图，在短路条件 下，对300伏的最高总线电压调节电阻分压器。私对1? 3的比例升高，从而降低过电压。设 定与栅极驱动电阻器&串联的两个并联电阻器RjPR3的值。根据正确整流特性，以传统 方式调节栅极驱动电阻器&的值。
[0065] 通过正确设定补偿电路的电阻的值，能够减小发射极电感的影响，以获得允许的 最大过电压，从而改善效率。
[0066] 换句话说，通过将该电阻器分裂为包括与并联的电阻器私和R3串联的L，并且通 过利用其比例限制发射极电感对di/dt的影响，已经修改了常规做法，该常规做法包括：当 上面的IGBT断开时，利用栅极驱动器的地线连接中的电阻器&限制二极管中的电流，该二 极管防止下面的IGBT的栅极驱动器出现负电压。等同电阻器值可以保持不变，但是分压器 对发射极电感给予要求的权重，以将过电压限制在要求的电平。
[0067] 能够尽可能优化过电压，以达到最高IGBT定额。这是通过与连接到电源接头的电 阻器私相比减小连接到IGBT发射极的电阻器1?2的值实现的。将发射极电感两端的电源分 裂为2,并且仅逻辑电阻器两端的电压施加于栅极驱动电路，以限制栅极电压降。
[0068] 图7和图8二者示出对于不同总线电压，在图6所示电路断开时，电流I和电压V# 和可以看出，断开时的过电压\^显著降低（请参见平台（plateau)24)。通过插入寄 生电感UlOT两端的电压的抽样，在电压V#降低速率减小时，出现平台24。
[0069] 平台92的时长影响IGBT断开时整流单元的损耗。平台92越长，则损耗越高。因 为要求同时限制过电压及其长度，所以过电压平台92的矩形波形是适当的。过电压的固有 特性（自然反馈）给出该波形。
[0070] 对于底部IGBTQi，本技术表现良好，因为发射极电感UlOT足够大，能够提供良好 过电压抽样