电力电子器件串、并联技术

在高电压、大电流的应用场合，需要电力电子器件串联提高耐压能力和并联提高通流能力，由于器件自身参数差异和外围电路影响导致的动、静态均压、均流问题尤为突出。当电力电子器件作为直流断路器断流主支路时，一般不需要并联即可满足关断电流要求，而为了承受较高的开断过电压，往往需要大量器件串联使用，本节将重点分析串联均压问题。

电力电子器件串联电压不均一般分为两种情况：静态电压不均和动态电压不均。器件运行过程中会经历开通瞬态、开通稳态、关断瞬态和关断稳态四个工作状态。在开通稳态和关断稳态下，串联各器件电压基本保持稳定，属静态均压问题;在开通瞬态和关断瞬态下，串联各器件电压动态变化，属动态均压问题。由于影响串联均压的因素较为复杂，不同工作状态下应采用不同的均压策略 。

(1)静态电压不均原因分析与均压措施

当串联各器件处于开通稳态时，只承受很低的通态压降，由器件参数差异引起的电压不均对其安全运行影响较小，一般可以忽略不计；当串联器件处于关断稳态时，各器件可等效为一个阻值较大的电阻，其上只有很小的漏电流通过，此时器件两端电压一般较高，必须采取措施解决电压不均问题。

为实现静态均压，首先应尽量选用参数和特性均一致的器件，此外还可以在串联各器件集射极之间并联均压电阻，当该电阻远小于器件漏电阻时，电压分配主要取决于均压电阻值，该阻值通常应远低于器件断态等效电阻，并尽可能的大，

(2)动态电压不均原因分析与均压措施

影响串联器件动态电压不均的因素主要分为两类：器件自身参数和外围电路参数。其中器件自身参数主要包括极间寄生电容、拖尾电流、栅极内阻和杂散电感等，外围电路主要包括栅极驱动电阻、驱动回路寄生电感、驱动信号延迟和吸收电路等。

直流灭弧技术

与交流电流相比，直流电流没有自然过零点，在高电压等级和高故障电流等级下，如果用机械开关强制断开直流电流，一方面将产生巨大能量的电弧，对设备安全造成严重威胁，另一方面从机械开关动作到其恢复可靠的耐压能力往往需要数十毫秒，难以满足速动性的要求。目前为应对灭弧问题多采用以下几种策略：

(1)研究直流电弧特性并建立准确的电弧模型，研制灭弧能力更强、速度更快的机械开关。

(2)借鉴交流断路器工作原理，采用振荡电路等方式人为制造电流过零点。

(3)采用包含机械开关和电力电子器件的混合型拓扑，通过合理的开断时序控制策略，使机械开关实现在极小的电流甚至零电流下开断。

(4)采用只包含电力电子器件的全固态拓扑，避免电弧。

以上策略各有利弊，如何选择合理的灭弧方法是直流断路器面临的重要问题。