中一個半導(dǎo)體器件的集電極-發(fā)射極電壓的變化；
[0077]圖5以曲線圖形式示出用于關(guān)斷圖1中示出的多個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件中每個的可替換的電壓請求曲線；
[0078]圖6以曲線圖形式示出用于導(dǎo)通圖1中示出的多個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件中每個的電壓請求曲線；
[0079]圖7以曲線圖形式示出當(dāng)根據(jù)圖5的電壓請求曲線控制半導(dǎo)體器件時，圖1中示出的多個串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件中一個半導(dǎo)體器件的集電極-發(fā)射極電壓的變化；
[0080]圖8以示意圖形式示出包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件組中的多個半導(dǎo)體器件的第二電路，根據(jù)本發(fā)明的方法切換每個半導(dǎo)體器件；以及
[0081]圖9以示意圖形式示出包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件組的多個半導(dǎo)體器件的第三電路，根據(jù)本發(fā)明的方法切換每個半導(dǎo)體器件。
【具體實(shí)施方式】
[0082]用于將AC電網(wǎng)絡(luò)22和DC電網(wǎng)絡(luò)24互連的第一電壓源轉(zhuǎn)換器20在圖1中示出。
[0083]第一電壓源轉(zhuǎn)換器20包括在第一 DC端子26和第二 DC端子28之間延伸的分支，并且該分支具有被AC端子36分開的第一分支部30和第二分支部32。
[0084]使用中，第一 DC端子26被連接到DC電網(wǎng)絡(luò)24的攜帶+VDe/2的電壓的正端子，第二 DC端子28被連接到DC電網(wǎng)絡(luò)24的攜帶_VDe/2的電壓的負(fù)端子，并且AC端子36被連接到AC電網(wǎng)絡(luò)22。
[0085]DC鏈路電容器38與在第一 DC端子26和第二 DC端子28之間的分支并聯(lián)。
[0086]該分支的每個分支部30、32包括串聯(lián)連接的開關(guān)元件。第一分支部30的每個開關(guān)元件構(gòu)成具有柵極端、集電極端和發(fā)射極端的第一 IGBT40的形式的半導(dǎo)體開關(guān)器件，并且每個第一 IGBT40與第一反向并聯(lián)二極管42并聯(lián)連接。第二分支部32的每個開關(guān)元件構(gòu)成具有柵極端、集電極端和發(fā)射極端的第二 IGBT44的形式的半導(dǎo)體開關(guān)器件，并且每個第二 IGBT44與第二反向并聯(lián)二極管46并聯(lián)連接。
[0087]IGBT40、44在施加到其柵極端的窄電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)為線性器件。將該窄電壓范圍內(nèi)的電壓施加到柵極端將產(chǎn)生在集電極端處流動的集電極電流值。如果施加到柵極端的電壓升高到該窄電壓范圍以外，則IGBT40、44將被“導(dǎo)通”，即它將在對應(yīng)的分支部30、32傳導(dǎo)任何電流。如果施加到柵極端的電壓降低到該窄電壓范圍以外，則IGBT40、44將被“關(guān)斷”，即它將阻斷電流在對應(yīng)的分支部30、32中流動。
[0088]設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個IGBT40、44可以被具有柵極端、發(fā)射極端和集電極端的不同半導(dǎo)體器件取代，例如電子注入增強(qiáng)柵型晶體管(IEGT)。
[0089]每個開關(guān)元件進(jìn)一步包括與對應(yīng)的IGBT40、44并聯(lián)連接的緩沖電路。每個緩沖電路包括電阻器48，其與串聯(lián)連接的另一個電阻器50和電容器52并聯(lián)連接。第一電壓源轉(zhuǎn)換器20中緩沖電路的加入通過抑制每個IGBT40、44兩端電壓的任何快速升高，在第一電壓源轉(zhuǎn)換器20的穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行期間提供了對每個分支部30、32的開關(guān)元件之間分配的電壓的控制。
[0090]使用中，第一分支部30的開關(guān)元件被控制為將第一分支部30切換進(jìn)和切換出第一 DC端子26和AC端子36之間的電路，并且第二分支部32的開關(guān)元件被控制為將第二分支部32切換進(jìn)和切換出第二 DC端子28和AC端子36之間的電路。分支部30、32的開關(guān)元件的這種控制可以被用來控制在AC端子36處AC電壓波形的構(gòu)形。
[0091]第一電壓源轉(zhuǎn)換器20進(jìn)一步包括多個控制電路54。多個控制電路54中的每個與多個IGBT40、44中的相應(yīng)一個連接。每個控制電路54的目的是控制對應(yīng)的IGBT40、44。
[0092]圖2以示意圖形式示出在控制電路54和IGBT40、44之間的連接布局。應(yīng)該理解圖2中示出的布局表示多個控制電路54中每個與多個IGBT40、44中相應(yīng)一個的連接。
[0093]參考圖2，控制電路54包括具有輸入端子58和輸出端子60的放大器56，并且進(jìn)一步包括信號發(fā)生電路62。
[0094]放大器56的輸出端子60經(jīng)由電阻器64連接到IGBT40、44的柵極端子66。使用中，放大器56提供輸出電壓用于施加到柵極端子66來控制IGBT40、44。
[0095]放大器56的輸入端子58經(jīng)由電阻器68連接到信號發(fā)生電路62。在使用中，信號發(fā)生器電路62生成以第一電壓信號的形式饋送到放大器56的電壓請求曲線。由信號發(fā)生電路62生成的電壓請求曲線被配置為請求IGBT40、44的集電極端76和發(fā)射極端78之間的一定量的集電極-發(fā)射極電壓，并且因此放大器56被設(shè)計為使得施加到柵極端66的其輸出電壓被相應(yīng)地控制為確保IGBT40、44的集電極-發(fā)射極電壓采取電壓請求曲線。通過這種方式，控制電路54控制IGBT40、44的集電極-發(fā)射極電壓。
[0096]放大器56的輸出端子58被進(jìn)一步經(jīng)由另一個電阻器70連接到形成在第一補(bǔ)償衰減器72的第一端部和第二補(bǔ)償衰減器74的第一端部之間形成的接合點(diǎn)。第一補(bǔ)償衰減器72的第二端部被保持為與IGBT40、44的發(fā)射極端78處的電壓相同的電壓Ve，而第二補(bǔ)償衰減器74的第二端部被連接到IGBT40、44的集電極端76。通過這種方式，放大器56能夠接收對應(yīng)于真實(shí)的集電極-發(fā)射極電壓的第二電壓信號。
[0097]使用中，集電極端76和發(fā)射極端78中每個的真實(shí)電壓被補(bǔ)償衰減器72、74衰減。衰減后的電壓以第二電壓信號的形式被饋送到放大器56，然后第二電壓信號與第一電壓信號比較。如果真實(shí)的集電極-發(fā)射極電壓信號低于電壓請求曲線所請求的，那么放大器56的輸出電壓將降低。這導(dǎo)致施加到柵極端66的電壓的降低，從而導(dǎo)致集電極電流的降低和集電極-發(fā)射極電壓的升高。相反地，如果集電極-發(fā)射極電壓高于電壓請求曲線所請求的，那么放大器56的輸出將增長。這導(dǎo)致施加到柵極端66的電壓升高，從而導(dǎo)致集電極電流的升高和集電極-發(fā)射極電壓的降低。
[0098]所以如圖2所示的控制電路54和IGBT40、44的配置導(dǎo)致閉合反饋環(huán)，其能夠監(jiān)測真實(shí)集電極-發(fā)射極電壓并且做出實(shí)時調(diào)節(jié)來限定施加到IGBT40、44的柵極端66的電壓以確保IGBT40、44的真實(shí)集電極-發(fā)射極電壓準(zhǔn)確地采取由信號發(fā)生電路62生成的電壓請求曲線。
[0099]圖1的第一電壓源轉(zhuǎn)換器20的操作參考圖1到圖6描述如下。
[0100]為了互連AC電網(wǎng)絡(luò)22和DC電網(wǎng)絡(luò)的正端子以允許經(jīng)由第一分支部30傳輸電力，每個第一 IGBT40處于導(dǎo)通狀態(tài)以將第一分支部30切換進(jìn)第一 DC端子26和AC端子36之間的電路，并且每個第二 IGBT44處于關(guān)斷狀態(tài)以將第二分支部32切換出第二 DC端子28和AC端子36之間的電路。所以，第一電壓源轉(zhuǎn)換器20中的電流在第一方向從DC電網(wǎng)絡(luò)24的正端子，經(jīng)過第一 IGBT40并流出AC端子36而流入AC電網(wǎng)絡(luò)22，或者可替換地，在第二方向從AC端子36，經(jīng)過第一反向并聯(lián)二極管42，流出第一 DC端子26并流入DC電網(wǎng)絡(luò)24。
[0101]為了保持每個第一 IGBT40處于導(dǎo)通狀態(tài)，由每個信號發(fā)生器電路62生成的電壓請求曲線被配置為請求如圖3中示出的對應(yīng)的第一 IGBT40的集電極-發(fā)射極電壓的負(fù)值
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[0102]當(dāng)?shù)诙种Р?2被切換出第二 DC端子28和AC端子36之間的電路時，電壓Vdc出現(xiàn)在第二分支部32的開關(guān)元件的兩端。第二分支部32被額定為使得第二分支部32的開關(guān)元件的組合額定電壓能夠支持VDe。第二分支部32的緩沖電路確保第二分支部32兩端的電壓保持在第二分支部32的開關(guān)元件之間均分地分配，同時第二分支部32被切換出第二 DC端子28和AC端子36之間的電路。
[0103]然后第一 IGBT40被關(guān)斷，并且因此第一電壓源轉(zhuǎn)換器20中的電流被換為從第一DC端子26經(jīng)由DC鏈路電容器38到第二 DC端子28，經(jīng)過第二反向并聯(lián)二極管46并流出AC端子36而流入AC電網(wǎng)絡(luò)22。此后，電流換向出正端子和DC鏈路電容器38，并且因此從DC電網(wǎng)絡(luò)24的負(fù)端子，經(jīng)過第二反向并聯(lián)二極管46并流出AC端子36而流入AC電網(wǎng)絡(luò)22。這樣，第二反向并聯(lián)二極管46變?yōu)閷?dǎo)通和正向偏置。
[0104]每個第一 IGBT40的關(guān)斷參考圖3描述如下。
[0105]初始時每個第一 IGBT40處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0106]在接收到將第一 IGBT40切換到關(guān)斷狀態(tài)的關(guān)斷信號時，由信號發(fā)生電路生成的并如圖3所示的電壓請求曲線，請求第一 IGBT40的集電極-發(fā)射極電壓升高到相對較低的正電壓平臺水平81。該請求保持預(yù)定時間段。初始時第一 IGBT40電荷飽和并且因此不會立即退出飽和，而是第一 IGBT40逐漸地退出飽和并且第一 IGBT40的集電極-發(fā)射極電壓快速地上升到所請求的電壓平臺水平81。與此同時電流繼續(xù)流過第一 IGBT40。
[0107]預(yù)定時間段被設(shè)置為足夠地長(例如幾微秒)以確保在請求第一 IGBT40的集電極-射電極電壓的任何進(jìn)一步變化之前，第一 IGBT40退出飽和并且其集電極-射電極電壓達(dá)到請求的電壓平臺水平81。這是因?yàn)榈谝?IGBT40將在它退出飽和之后，快速地響應(yīng)集電極-射電極電壓中任何請求的變化，由于退出飽和的時間可能因?yàn)橹圃旃疃鴮τ诓煌腎GBT40不同，因此重要的是為每個第一 IGBT40提供足夠的時間來退出飽和，使得多個IGBT40的集電極-發(fā)射極電壓可以被控制為同時經(jīng)受相同