電力電子器件的串並聯聯接
正文
電力電子器件串聯和並聯是為了提高器件的電壓和電流容量。單個電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的，能通過的電流大小也是一定的。因此由單個電力電子器件組成的電力電子裝置容量也受到限制。幾個電力電子器件串聯或並聯聯接形成的組件，其耐壓和通流的能力可以成倍地提高，這樣就大大地增大了電力電子裝置的容量。同型號的電力電子器件串聯時，總希望各元件能承受同樣的正、反向電壓；並聯時，則希望各元件能分擔同樣的電流。但由於電力電子器件特性的個異性（即分散性），即使相同型號規格的電力電子器件，其靜態和動態伏安特性亦不相同，所以串、並聯時，各器件並不能完全均勻地分擔電壓和電流。串聯時，承受電壓最高的電力電子器件最易擊穿。一旦擊穿損壞，它原來所承擔的電壓又加到其他器件上，可能造成其他元件的過壓損壞。並聯時，承受電流最大的電力電子器件最易過流，一旦損壞後,它原來所承擔的電流又加到其他元件上,可能造成其他元件的過流損壞。所以，在電力電子器件串並聯時，應著重考慮串聯時器件之間的均壓問題和並聯時器件之間的均流問題。
串聯均壓問題 單個電力電子器件的電壓值小於電路中實際承受的電壓值時，須採用兩隻或多隻器件串聯聯接。串聯使用時，因器件阻斷狀態下漏電阻不同引起電壓分配不均勻，屬穩態均壓問題；由於器件開通時間和關斷時間不一致，引起的電壓分配不均勻屬動態均壓問題。以晶閘管的串聯為例(圖1),通常採用的均壓措施有以下4種。
電力電子器件的串並聯聯接②器件並聯均壓電阻Rj。如果不加Rj,當晶閘管阻斷時，每隻晶閘管所承擔的電壓與該晶閘管阻斷時正向或反向漏電阻的大小成反比,由於晶閘管特性的個異性,不同晶閘管的漏電阻可能有較大的差別，導致各晶閘管承擔的電壓大小也有很大不同。並聯Rj後，因Rj比晶閘管漏電阻小得多，且每隻晶閘管並聯的Rj相等，所以各晶閘管承擔的電壓大小也近似相等。
Rj的阻值一般取晶閘管熱態正、反向的漏電阻的1/3至1/5。取得太大，均壓效果差，取得太小,則電阻Rj上損耗的功率增加。
考慮到晶閘管串聯時，即使加上均壓措施，電壓分配仍不能完全均勻，串聯後所能承受的總電壓應為串聯晶閘管耐壓之和的80～90％。
③電力電子器件的驅動電路應保證所有串聯的器件同時導通和同時關斷，否則將會產生某器件的過壓損壞。如圖1中，如果T1已導通，而T2 尚未導通， 則原來由T1和T2共同承擔的電壓全部加到T2上,導致T2的過壓損壞；在由導通變為關斷時，若T1器件先關斷，而T2尚未關斷，則應由兩個元件承擔的反壓將全部加在T1上，導致T1的過壓損壞。這就要求驅動電路除了保證各串聯器件的驅動信號在時間上完全同步外，信號的前沿應陡，幅度應足夠大，促使器件儘量同時開通和關斷。
④採用動態均壓電路。由於電力電子器件的動態參數不可能完全一致，即使同樣的控制信號加在兩個串聯的器件上，這兩個器件也不可能同時開通和關斷，從而造成器件過壓，必須採取一定的措施。採用與器件並聯的阻容元件R、C（圖1）能有效地減少這些過壓。其工作原理是利用電容器電壓不能突變的性質來減緩電力電子器件上的電壓變化速度，實現動態均壓。電阻R 用於抑制電路的振盪並限制電容通過器件放電時的電流。器件並聯的阻容元件R、C除了有動態均壓作用外，在某些情況下還具有過壓保護等功能，在電路設計中需統一考慮。
並聯均流問題 單個電力電子器件的電流容量不足以承受電路中實際電流時，須並聯兩隻或多隻器件。以晶閘管為例，並聯方式有多種（圖2）。
電力電子器件並聯時，由於器件導通狀態下各器件的正向壓降的差異而引起的電流分配不均勻屬於穩態均流問題；由於器件開通時間和關斷時間的差異引起的電流分配不均勻屬於動態均流問題。功率場效應電晶體由於具有負的電阻溫度係數，因而具有自動均流作用，可直接並聯使用。功率電晶體以及晶閘管並聯使用時，必須採取適當的均流措施。考慮到即使加上均流措施，各器件承擔的電流仍有一定的差異，並聯後所能承受的總電流應為並聯器件額定電流總和的85～90％。通常採用的均流措施有以下5種。 ①儘量採用特性一致的元器件進行並聯。可按照器件製造廠提供的器件參數進行選配，有條件可用儀器測試多個器件的靜態特性和動態特性，然後選取特性差異較小的器件並聯。這種均流方法電路簡單，但選配過程較費時，元器件更換不方便。
②安裝時儘量使各並聯器件具有對稱的位置。因電力電子器件一般導通時通態電阻較小，各支路位置不對稱引起的各支路阻抗的差異會引起電流分配的不均勻。
③器件串聯均流電阻（圖2a）。利用電阻R上的電流壓降達到各支路之間的均流。 這種方法結構簡單，穩態均流效果較好,但動態均流效果差,且電阻上功率損耗大，一般只用於小容量電力電子裝置。
④器件串聯電抗器均流(圖2b)。用電抗器電壓降達到動態均流目的並抑制穩態不均流現象，均流效果較好。
⑤採用均流互感器均流。圖2c、d所示分別為2隻並聯晶閘管和3隻並聯晶閘管採用均流互感器均流的聯接方式。通過電流互感器的作用，使得器件T1增加的電流在互感器中感應出的電壓迫使T2、T3的電流也增加，達到均流的目的。這種方式均流效果好，但結構較複雜，多隻器件並聯時尤其如此。
