三電平單元逆變器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三電平單元逆變器系統(tǒng)。本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于，在應(yīng)用了使用雙向開(kāi)關(guān)的三電平逆變器電路的單元型逆變器中，確保并聯(lián)操作的逆變器單元之間的輸出電流的平衡。具體地，該問(wèn)題包括為PWM脈沖圖案建立電流平衡的方法，該P(yáng)WM脈沖圖案包括連接到DC電源的中性端子M的雙向開(kāi)關(guān)。該問(wèn)題還包括電流調(diào)整電路的簡(jiǎn)化。每一個(gè)三電平逆變器單元具有輸出電流檢測(cè)器；來(lái)自該檢測(cè)器的輸出經(jīng)由電阻器給予連接線，該連接線使逆變器單元相連；檢測(cè)電阻器兩端的電壓并確定所求出的該單元的電流值與平均值的偏差或增量；并且與偏差的幅值相對(duì)應(yīng)地延遲要控制的IGBT的導(dǎo)通脈沖的上升沿。由此，輸出電流在逆變器單元之間達(dá)到平衡。
【專利說(shuō)明】三電平單元逆變器系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于2012年5月17日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-113512并要求其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及使用雙向開(kāi)關(guān)的三電平單元逆變器系統(tǒng)，具體地涉及使來(lái)自采用三電平逆變器電路的多個(gè)并聯(lián)連接的逆變器單元中的每一逆變器單元的輸出電流平衡的控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]圖9是根據(jù)在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的常規(guī)技術(shù)的并聯(lián)連接的逆變器單元的電路圖。該電路由并聯(lián)連接的三個(gè)逆變器單元UNl、UN2和UN3構(gòu)成，每一逆變器單元采用二電平逆變器電路。單相逆變器的主電路包括四個(gè)IGBT，并且三相逆變器的主電路包括六個(gè)IGBT。然而，只針對(duì)一相進(jìn)行如下描述。由于每一單元的內(nèi)部構(gòu)造是類似的，因此對(duì)單元I (UNl)進(jìn)行描述。在每一逆變器單元中，本地控制電路LCO接收來(lái)自主控制器MCO的公共導(dǎo)通/截止(0N/0FF)信號(hào)，并且通過(guò)電流平衡控制電路和柵極驅(qū)動(dòng)電路將導(dǎo)通/截止信號(hào)給予主電路的IGBT Ql和Q2。主電路包括:用作直流(DC)電源的電容器CO ;與電容器CO并聯(lián)連接的IGBT Ql和Q2的串聯(lián)電路；由電抗器LI和電容器C3組成的交流(AC)濾波器；用于單元并聯(lián)連接的電抗器L2 ；以及電流檢測(cè)器CT，交流濾波器、電抗器L2和電流檢測(cè)器CT連接在負(fù)載LD與IGBT Ql和Q2的串聯(lián)連接點(diǎn)之間。
[0005]以下描述了具有該構(gòu)造的電路的電流平衡控制。用于逆變器輸出電流檢測(cè)的電流檢測(cè)器CT的輸出電壓被電流放大器Gl放大，并且電流放大器Gl的輸出電壓通過(guò)電流檢測(cè)電阻器RI經(jīng)由連接線A連接在逆變器單元之間。連接線B進(jìn)行在這些單元的本地控制電路的地電位GND之間的連接。在該構(gòu)造中，對(duì)于這些單元的電流檢測(cè)電阻器RI的相等電阻，連接線A的電位是電流檢測(cè)器的輸出電壓的平均值。該平均輸出電壓與所有單元的輸出電流的平均值成比例。一個(gè)單元中的電阻器RI兩端的電壓是與所求出的該單元的電流值與所有單元的平均電流值的偏差成比例的電壓。該電壓由作為差分放大器的輸出電流偏差檢測(cè)放大器G2檢測(cè)。差分放大器G2的輸出被直接給予導(dǎo)通延遲電路DLl以調(diào)整IGBT Ql的導(dǎo)通脈沖寬度，并通過(guò)逆變器INl給予導(dǎo)通延遲電路DL2以調(diào)整IGBT Q2的導(dǎo)通脈沖寬度。
[0006]在該構(gòu)造中，在正電流偏差或者輸出電流值大于平均電流值的情況下，進(jìn)行調(diào)整以縮短上臂IGBT Ql的導(dǎo)通脈沖寬度；在負(fù)電流偏差或者輸出電流值小于平均電流值的情況下，進(jìn)行調(diào)整以縮短下臂IGBT Q2的導(dǎo)通脈沖寬度。該調(diào)整使得所求出的該單元的輸出電流更接近于所有單元的平均電流值。對(duì)每一單元單獨(dú)地進(jìn)行以上所述的操作，以使這些單元之間的輸出電流平衡。
[0007]圖10示出使用在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的雙向開(kāi)關(guān)的三相三電平逆變器的電路構(gòu)造的示例，并且圖11示出該逆變器的操作的示例。參考圖10，電容器Cl和C2的串聯(lián)電路用作具有正端子P、負(fù)端子N和中性端子M的直流電源。該電路的一相包括上臂IGBT和下臂IGBT的串聯(lián)電路、以及連接在上臂和下臂IGBT的串聯(lián)連接點(diǎn)與直流電源的中性端子M之間的雙向開(kāi)關(guān)。U相電路包括IGBT Qul至Qu4以及二極管Dul和Du2 ；V相電路包括IGBTQvl至Qv4以及二極管Dvl和Dv2 ;并且W相電路包括IGBT Qwl至Qw4以及二極管Dwl和Dw2。雙向開(kāi)關(guān)由IGBT Qu3和Qu4的反并聯(lián)連接構(gòu)成，由IGBT Qv3和Qv4的反并聯(lián)連接構(gòu)成，并且由IGBT Qw3和Qw4的反并聯(lián)連接構(gòu)成。在每一相電路中的IGBT的串聯(lián)連接點(diǎn)和交流輸出端子之間，連接有交流濾波器和用于并聯(lián)連接的電抗器。交流濾波器由U相的Lul和Cu、V相的Lvl和Cv、以及W相的Lwl和Cw構(gòu)成。電容器在星形連接的配置中相連。用于并聯(lián)連接的電抗器是U相的Lu2、V相的Lv2、以及W相的Lw2。
[0008]以下參考圖11描述了具有以上所述構(gòu)造的三電平逆變器的一相的脈沖圖案。在以下描述中的一相電路中，Ql和Q2分別指示連接在直流電源的正端子P和負(fù)端子N之間的IGBT串聯(lián)電路的正端子P側(cè)的IGBT和負(fù)端子N側(cè)的IGBT ;并且Q3和Q4分別指示連接在直流電源的中性端子和IGBT串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的雙向開(kāi)關(guān)中的用于將電流攜載到直流電源的中性端子的IGBT以及用于將電流攜載到IGBT串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)的IGBT。
[0009]在該逆變器中，如圖11所示，在使IGBT Q4保持在導(dǎo)通狀態(tài)中時(shí)，通過(guò)交替地使IGBT Ql和IGBT Q3導(dǎo)通/截止來(lái)傳送正電壓。在使IGBT Q3保持在導(dǎo)通狀態(tài)中時(shí)，通過(guò)交替地使IGBT Q2和IGBT Q4導(dǎo)通/截止來(lái)傳送負(fù)電壓。
[0010]如從該操作原理可見(jiàn)，IGBT Ql和Q3作為半橋逆變器操作以傳送該三電平逆變器中的正電壓，并且IGBT Q2和Q4作為半橋逆變器操作以傳送負(fù)電壓。
[0011]構(gòu)成該電路中的雙向開(kāi)關(guān)的IGBT Q3和Q4在其發(fā)射極和集電極之間承受高電壓，該高電壓是正端子P與中性端子M之間或者中性端子M與負(fù)端子N之間的電壓。因此，IGBT必需是特殊類型的IGBT (反向阻斷IGBT)，從而在發(fā)射極和集電極之間呈現(xiàn)高耐壓。這是為什么僅在近年來(lái)才在實(shí)踐中應(yīng)用該電路的原因。
[0012]輸出端子傳送三個(gè)電壓電平:與使IGBT Ql導(dǎo)通相對(duì)應(yīng)的直流電源的正端子P處的電位；與使雙向開(kāi)關(guān)導(dǎo)通相對(duì)應(yīng)的中性端子處的電位；以及與使IGBTQ2導(dǎo)通相對(duì)應(yīng)的負(fù)端子N處的電位。
[0013][專利文獻(xiàn)I]
[0014]日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2006-296110
[0015][專利文獻(xiàn)2]
[0016]日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2008-193779
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明要解決的第一個(gè)問(wèn)題是，在并聯(lián)操作的采用三電平逆變器電路的單元型逆變器中，確保逆變器單元之間的輸出電流的平衡。具體而言，三電平逆變器附加地包括在常規(guī)逆變器中沒(méi)有的雙向開(kāi)關(guān)，該雙向開(kāi)關(guān)由連接到直流電源的中性端子M的IGBT Q3和Q4構(gòu)成。由此，該問(wèn)題包括建立用于使電流與簡(jiǎn)化的電流調(diào)整電路中的IGBT的PWM脈沖圖案平衡的調(diào)整方法。
[0018]為了解決以上問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的從直流電源生成交流電壓的三電平單元逆變器系統(tǒng)包括采用三電平轉(zhuǎn)換電路的多個(gè)逆變器單元，該直流電源具有正端子、負(fù)端子和中性端子，每一逆變器單元包括:作為各自具有反并聯(lián)連接的二極管且連接在直流電源的正端子和負(fù)端子之間的串聯(lián)連接的IGBT的上臂和下臂；由連接在直流電源的中性端子與上臂和下臂的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的反并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)；這些逆變器單元的交流輸出端子彼此并聯(lián)連接；以及這些逆變器單元將來(lái)自公共主控制器的脈沖信號(hào)接收到這些逆變器單元中的IGBT ;每一逆變器單元還包括:用于檢測(cè)來(lái)自該逆變器單元的交流輸出電流的電流檢測(cè)器；用于檢測(cè)該逆變器單元的輸出電流與所有逆變器單元的輸出電流的平均值的偏差的輸出電流偏差檢測(cè)電路；用于獲取與輸出電流的極性相對(duì)應(yīng)的輸出電流偏差的絕對(duì)值的電流偏差絕對(duì)值電路；以及用于延遲脈沖信號(hào)的上升沿的導(dǎo)通信號(hào)延遲電路；其中當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值的平均值、并且該輸出電流的極性為正時(shí)，延遲上臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的一個(gè)IGBT且與下臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行；以及當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值的平均值、并且該輸出電流的極性為負(fù)時(shí)，延遲下臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的另一 IGBT且與上臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的三電平單元逆變器系統(tǒng)包括采用三電平轉(zhuǎn)換電路的多個(gè)逆變器單元，每一逆變器單元包括:作為各自具有反并聯(lián)連接的二極管且連接在直流電源的正端子和負(fù)端子之間的串聯(lián)連接的IGBT的上臂和下臂；由連接在直流電源的中性端子與上臂和下臂的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的反并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)；逆變器單元的交流輸出端子彼此并聯(lián)連接；以及逆變器單元將來(lái)自公共主控制器的脈沖信號(hào)接收到逆變器單元中的IGBT ;每一逆變器單元還包括:用于檢測(cè)來(lái)自逆變器單元的交流輸出電流的電流檢測(cè)器；用于檢測(cè)逆變器單元的輸出電流與所有逆變器單元的輸出電流的平均值的偏差的輸出電流偏差檢測(cè)電路；以及用于延遲脈沖信號(hào)的上升沿的導(dǎo)通信號(hào)延遲電路；其中當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流大于所有逆變器單元的輸出電流的平均值時(shí)，延遲上臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的一個(gè)IGBT且與下臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行；以及當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流小于所有逆變器單元的輸出電流的平均值時(shí)，延遲下臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的另一 IGBT且與上臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行。
[0020]在本發(fā)明的三電平單元逆變器系統(tǒng)中，每一逆變器單元包括:電流檢測(cè)器；輸出電流偏差檢測(cè)電路；電流偏差絕對(duì)值電路；以及導(dǎo)通信號(hào)延遲電路。當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值的平均值、并且該輸出電流的極性為正時(shí)，延遲上臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的一個(gè)IGBT且與下臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行；以及當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的平均值、并且該輸出電流的極性為負(fù)時(shí)，延遲下臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的另一 IGBT且與上臂的IGBT排他地操作的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，該延遲與輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行。
[0021]由于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的構(gòu)造，通過(guò)簡(jiǎn)單的控制電路來(lái)確保各單元之間的輸出電流的平衡。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的三電平單元逆變器系統(tǒng)的電路圖；
[0023]圖2示出圖示第一實(shí)施例的電路的操作的操作波形；
[0024]圖3示出導(dǎo)通延遲電路的構(gòu)造的示例；
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的三電平單元逆變器系統(tǒng)的電路圖；
[0026]圖5示出圖示第二實(shí)施例的電路的操作的操作波形；
[0027]圖6A、6B和6C是用于示出本發(fā)明的效果的電路圖；
[0028]圖7是示出本發(fā)明的效果的操作圖A ;
[0029]圖8是示出本發(fā)明的效果的操作圖B ;
[0030]圖9是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的三電平單元逆變器系統(tǒng)的電路圖；
[0031]圖10是作為本發(fā)明的目的的三電平逆變器的電路圖；以及
[0032]圖11示出三電平逆變器的操作。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明的要點(diǎn)如下。
[0034]構(gòu)成三電平單元逆變器系統(tǒng)的每一逆變器單元包括輸出電流檢測(cè)器。電流檢測(cè)器的輸出端子通過(guò)電阻器與各逆變器單元之間的連接線相連。檢測(cè)電阻器兩端的電壓，并且求出該單元中的電流與所有單元的平均輸出電流的偏差。與偏差量相對(duì)應(yīng)地延遲要控制的IGBT的導(dǎo)通脈沖的上升沿。由此，逆變器單元的輸出電流值達(dá)到平衡。
[0035][實(shí)施例1]
[0036]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的三電平單元逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由并聯(lián)連接的三個(gè)逆變器單元UNl、UN2和UN3構(gòu)成，每一逆變器單元采用具有雙向開(kāi)關(guān)的三電平逆變器電路。逆變器單元的主電路構(gòu)造示出單元逆變器系統(tǒng)的一相電路。單相逆變器由具有一相電路的兩個(gè)電路構(gòu)成，并且三相逆變器由具有一相電路的三個(gè)電路構(gòu)成。由于每一逆變器單元具有相同的構(gòu)造，因此只對(duì)單元I (UNl)進(jìn)行描述。每一逆變器單元在本地控制電路處接收來(lái)自主控制器MC的公共導(dǎo)通/截止信號(hào)，并且經(jīng)由電流平衡控制電路和柵極驅(qū)動(dòng)電路將導(dǎo)通/截止信號(hào)傳送到主電路IGBT Ql至Q4。逆變器單元的主電路包括:用作直流電源的電容器Cl和C2的串聯(lián)電路；與直流電源并聯(lián)連接的IGBT Ql和Q2的串聯(lián)電路；由反并聯(lián)連接的IGBT Q3和Q4構(gòu)成且連接在IGBT Ql和Q2的串聯(lián)連接點(diǎn)與電容器Cl和C2的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的雙向開(kāi)關(guān)；由電抗器LI和電容器C3構(gòu)成的交流濾波器；用于單元并聯(lián)連接的電抗器L2 ;以及用于檢測(cè)逆變器輸出電流的電流檢測(cè)器CT，交流濾波器、電抗器L2和電流檢測(cè)器CT連接在負(fù)載LD與IGBT Ql和Q2的串聯(lián)連接點(diǎn)之間。
[0037]以下描述了該構(gòu)造中的電流平衡控制。從用于檢測(cè)逆變器輸出電流的電流檢測(cè)器CT檢測(cè)到的電壓被電流放大器Gl放大。通過(guò)電流檢測(cè)電阻器RI將電流放大器Gl的輸出電壓傳送到連接線A。連接線A使來(lái)自逆變器單元的輸出電壓相連。連接線B使逆變器單元的本地控制電路的地電位GND相連。在此構(gòu)造中，在所有單元的電流檢測(cè)電阻器RI具有相等電阻值的情形下，連接線A處的電位是逆變器單元的電流檢測(cè)器的輸出電壓的平均值。該電壓與所有逆變器單元的輸出電流值的平均值成比例。
[0038]圖2示出電流平衡控制時(shí)的操作波形。一個(gè)單元中的電阻器RI兩端的電壓與所求出的單元中的電流與所有單元的平均電流的偏差成比例。該電壓由作為差分放大器的輸出電流偏差檢測(cè)放大器G2檢測(cè)。使用極性確定比較器CPl和CP2、乘法器MLl和ML2、以及限幅器LMl和LM2來(lái)獲取所求出的該單元中的電流自所有單元的電流1的平均值A(chǔ)VE的增量，這些限幅器LMl和LM2的下限為零。電流的增量被給予導(dǎo)通延遲電路DLl至DL4。當(dāng)在正輸出電流的時(shí)間段中求出的單元中的電流的絕對(duì)值大于平均電流的絕對(duì)值時(shí)，比較器CPl的輸出處于高(H)電平。乘法器MLl將該增量傳送到下限為零的限幅器電路LM1，該限幅器電路LMl進(jìn)而將該信號(hào)傳輸?shù)絀GBT Ql的導(dǎo)通延遲電路DLl以及IGBT Q4的導(dǎo)通延遲電路DL4。
[0039]當(dāng)在負(fù)輸出電流的時(shí)間段中求出的該單元中的電流的絕對(duì)值大于平均電流的絕對(duì)值時(shí)，比較器CP2的輸出處于高(H)電平。乘法器ML2將該增量傳送到下限為零的限幅器電路LM2，該限幅器電路LM2進(jìn)而將該信號(hào)傳輸?shù)絀GBT Q2的導(dǎo)通延遲電路DL2以及IGBTQ3的導(dǎo)通延遲電路DL3。在此，該增量在負(fù)輸出電流的時(shí)間段中作為正值進(jìn)行傳送，因?yàn)椴罘址糯笃鱃2的輸出被逆變器INl反轉(zhuǎn)。
[0040]在所求出的該單元中的電流的絕對(duì)值小于平均電流的絕對(duì)值的情況下，傳送下限值O。由于該控制操作，導(dǎo)通延遲電路DLl至DL4使導(dǎo)通脈沖的上升沿延遲與電流增量成比例的時(shí)間段。在正電流的時(shí)間段中，使IGBT Ql和Q4的導(dǎo)通脈沖的上升沿延遲與電流增量成比例的時(shí)間段；并且在負(fù)電流的時(shí)間段中，使IGBT Q2和Q3的導(dǎo)通脈沖的上升沿延遲與電流增量成比例的時(shí)間段。
[0041]圖3示出導(dǎo)通延遲電路的構(gòu)造的示例。由電阻器Rx、電容器Cx和二極管Dx構(gòu)成的延遲電路使來(lái)自主控制器的導(dǎo)通信號(hào)的上升沿延遲。比較器CP3將電容器Cx兩端的電壓和與電流增量相對(duì)應(yīng)的電壓進(jìn)行比較。與(AND)門(mén)獲取比較器CP3的輸出與導(dǎo)通/截止信號(hào)的邏輯積。與門(mén)的輸出被傳送到柵極驅(qū)動(dòng)電路GDU之一。由此，使導(dǎo)通/截止信號(hào)的上升沿延遲與電流增量相對(duì)應(yīng)的時(shí)間段。
[0042]在如上所述的控制模式中，當(dāng)所求出的該單元的輸出電流的絕對(duì)值大于平均電流的絕對(duì)值時(shí)，縮短導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通時(shí)間以降低所求出的該單元的輸出電流。當(dāng)所求出的該單元的輸出電流的絕對(duì)值小于平均電流的絕對(duì)值時(shí)，對(duì)導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通時(shí)間不進(jìn)行調(diào)整，以使所求出的單元的輸出電流保持在該值。
[0043]由此，通過(guò)將這些單元的輸出電流的值調(diào)整到最小輸出電流值來(lái)校正輸出電流的不平衡。
[0044][實(shí)施例2]
[0045]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的三電平單元逆變器系統(tǒng)的電路圖。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造和主電路構(gòu)造類似于實(shí)施例1中的構(gòu)造。實(shí)施例2是其中簡(jiǎn)化了實(shí)施例1中的本地控制電路的經(jīng)改進(jìn)版本的系統(tǒng)。從實(shí)施例1的電流平衡控制電路去除比較器CPl和CP2、乘法器MLl和ML2、以及下限為零的限幅器LMl和LM2。[0046]以下描述了該構(gòu)造中的電流平衡控制。從用于檢測(cè)逆變器輸出電流的電流檢測(cè)器CT檢測(cè)到的電壓被電流放大器Gl放大。電流放大器Gl的輸出電壓通過(guò)電流檢測(cè)電阻器RI傳送到連接線A。連接線A使來(lái)自逆變器單元的輸出電壓相連。連接線B使逆變器單元的本地控制電路的地電位GND相連。在該構(gòu)造中，在所有單元的電流檢測(cè)電阻器RI具有相等電阻值的情形下，連接線A處的電位是逆變器單元的電流檢測(cè)器的輸出電壓的平均值。該電壓與所有逆變器單元的輸出電流值的平均值成比例。
[0047]圖5示出電流平衡控制時(shí)的操作波形。一個(gè)單元中的電阻器RI兩端的電壓與所求出的該單元中的電流與所有單元的平均電流的偏差成比例。該電壓由作為差分放大器的輸出電流偏差檢測(cè)放大器G2檢測(cè)。與實(shí)施例1不同，實(shí)施例2中的本地控制電路的電流偏差檢測(cè)電路不包括用于獲取絕對(duì)值的機(jī)構(gòu)，并且檢測(cè)與極性無(wú)關(guān)的電流的差值?；谟捎糜跈z測(cè)電流偏差的差分放大器G2檢測(cè)到的輸出電流的偏差，在實(shí)施例2中通過(guò)延遲來(lái)自主控制器MC的導(dǎo)通信號(hào)的上升沿來(lái)校正電流的不平衡。
[0048]電流平衡控制的操作如下地執(zhí)行。輸出電流的偏差被給予用于延遲IGBT Ql和IGBT Q4的導(dǎo)通脈沖的上升沿的導(dǎo)通延遲電路DLl和DL4，從而與輸出電流的偏差的幅值成比例地延遲IGBT Ql和Q4的導(dǎo)通脈沖的上升沿。差分放大器G2的輸出(即輸出電流偏差)的極性被逆變器INl反轉(zhuǎn)，并且隨后被反轉(zhuǎn)的值被給予用于延遲IGBT Q2和Q3的導(dǎo)通脈沖的上升沿的導(dǎo)通延遲電路DL2和DL3。由此，IGBT Q2和Q3的導(dǎo)通脈沖的上升沿與輸出電流偏差成比例地延遲。
[0049]以下描述了以上所述的控制模式的效果。在與實(shí)施例1類似的實(shí)施例2中，當(dāng)所求出的輸出電流的絕對(duì)值大于所有單元的平均值的絕對(duì)值時(shí)，通過(guò)延遲導(dǎo)通脈沖的上升沿來(lái)縮短所述導(dǎo)通脈沖寬度，從而降低電流。在實(shí)施例2的操作中，當(dāng)所求出的輸出電流的絕對(duì)值小于所有單元的輸出電流的平均值時(shí)，也調(diào)整PWM脈沖寬度。然而，該調(diào)整不影響輸出電流的變化。因此，實(shí)施例2中的操作對(duì)輸出電流產(chǎn)生與實(shí)施例1中相同的校正效果；只在一個(gè)單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有單元的輸出電流的平均值的情況下獲取降低輸出電流的調(diào)整的校正效果。
[0050]其原因在下文中參考圖6至8進(jìn)行描述。圖6A、6B和6C示出IGBT Ql至Q4的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)、以及在正輸出電壓的情況下和在正輸出電流的時(shí)間段中的電流路徑。圖6A示出IGBT Ql導(dǎo)通期間的電流路徑，其中電流從直流電源的正端子P流向輸出電抗器Lo。圖6B示出IGBT Ql截止且IGBT Q4導(dǎo)通期間的電流路徑，其中電流從直流電源的中性端子M流向輸出電抗器Lo。圖6C示出IGBT Q3和Q4導(dǎo)通期間的電流路徑，其中不管IGBT Q3的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)如何電流都流過(guò)IGBT Q4。
[0051]圖7和8示出在正輸出電壓(VoX))和正輸出電流(1X))的情況下的操作波形。圖7示出在所求出的該單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有單元的平均電流的絕對(duì)值的情況下的操作波形。當(dāng)所求出的該單元的輸出電流大于平均電流時(shí)，延遲IGBT Ql和Q4的導(dǎo)通脈沖的上升沿。然而，在Vo>0的情況下，使IGBT Q4保持在導(dǎo)通狀態(tài)中且不存在上升沿；由此，只延遲IGBT Ql的導(dǎo)通脈沖的上升沿。由于通過(guò)延遲導(dǎo)通脈沖的上升沿而縮短了 IGBTQl的導(dǎo)通時(shí)間，因此該單元的輸出電流降低。
[0052]圖8示出在所求出的該單元的輸出電流的絕對(duì)值小于所有單元的平均電流的絕對(duì)值的情況下的操作波形。當(dāng)所求出的該單元的輸出電流小于平均電流時(shí)，延遲IGBT Q2和Q3的導(dǎo)通脈沖的上升沿。然而，在Vo>0的情況下，使IGBT Q2保持在截止?fàn)顟B(tài)中且不存在上升沿；由此，實(shí)際上只延遲IGBT Q3的導(dǎo)通脈沖的上升沿。在1>0的情況下，IGBT Q3不攜載電流，但是反并聯(lián)連接到IGBT Q3的IGBT Q4攜載電流。由此，縮短IGBT Q3的導(dǎo)通時(shí)間不影響輸出電流。
[0053]如上所述，沒(méi)有檢測(cè)電流的絕對(duì)值的電路的實(shí)施例2用于與實(shí)施例1 一樣使單元中的電流隨輸出電流的大絕對(duì)值而降低，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元之間的輸出電流不平衡的校正。因此，實(shí)施例2具有通過(guò)比實(shí)施例1簡(jiǎn)單的電路而獲取相同效果的優(yōu)點(diǎn)。
[0054]雖然所述實(shí)施例中的雙向開(kāi)關(guān)目前由反并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成，但是本發(fā)明中的雙向開(kāi)關(guān)可由IGBT和二極管的組合構(gòu)成。雖然在以上所述的實(shí)施例中通過(guò)縮短導(dǎo)通脈沖寬度來(lái)降低電流的增量，但是可通過(guò)延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間或增加截止脈沖的速率、或者通過(guò)增加攜載較小電流的單元中的電流來(lái)降低電流的增量。
[0055]本發(fā)明是用于構(gòu)造包括并聯(lián)連接單元的大容量轉(zhuǎn)換器的技術(shù)，并且可適用于不間斷電源、瞬時(shí)電壓降補(bǔ)償器、以及類似的系統(tǒng)。
[0056][附圖標(biāo)記說(shuō)明]
[0057]Ql> Q2> Qul> Qu2> Qvl> Qv2> Qwl> Qw2:IGBT
[0058]Q3、Q4、Qu3、Qu4、Qv3、Qv4、Qw3、Qw4:IGBT
[0059]Dul、Du2、Dvl、Dv2、Dwl、Dw2、Dx:二極管
[0060]L1、L2、Lul、Lu2、Lvl、Lv2、Lwl、Lw2:電抗器
[0061]Cl、C2、C3、Cu、Cv、Cw、Cx:電容器
[0062]LD:負(fù)載
[0063]UN1、UN2、UN3:單元
[0064]LC, LCO:本地控制電路
[0065]MC, MCO:主控制器
[0066]DLl至DL4:導(dǎo)通延遲電路
[0067]⑶Ul至⑶U4:柵極驅(qū)動(dòng)電路
[0068]RI, Rx:電阻器
[0069]CP1、CP2、CP3: 比較器
[0070]GU G2:放大器
[0071]MLUML2:乘法器
[0072]LMU LM2:限幅器
[0073]AND:邏輯積門(mén)或與門(mén)
[0074]INl:逆變器
【權(quán)利要求】
1.一種用于從直流電源生成交流電壓的三電平單元逆變器系統(tǒng)，所述直流電源具有正端子、負(fù)端子和中性端子，所述單元逆變器系統(tǒng)包括采用三電平轉(zhuǎn)換電路的多個(gè)逆變器單元， 每一逆變器單元包括: 上臂和下臂，所述上臂和下臂是各自具有反并聯(lián)連接的二極管且連接在所述直流電源的正端子和負(fù)端子之間的串聯(lián)連接的IGBT ； 雙向開(kāi)關(guān)，所述雙向開(kāi)關(guān)由連接在所述直流電源的中性端子與所述上臂和下臂的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的反并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成； 所述逆變器單元的交流輸出端子彼此并聯(lián)連接；以及 所述逆變器單元接收從公共主控制器到所述逆變器單元中的所述IGBT的脈沖信號(hào)； 每一逆變器單元還包括: 用于檢測(cè)來(lái)自所述逆變器單元的交流輸出電流的電流檢測(cè)器； 用于檢測(cè)所述逆變器單元的輸出電流與所有逆變器單元的輸出電流的平均值的偏差的輸出電流偏差檢測(cè)電路； 用于獲取與所述輸出電流的極性相對(duì)應(yīng)的所述輸出電流的偏差的絕對(duì)值的電流偏差絕對(duì)值電路；以及 用于延遲所述脈沖信號(hào)的上升沿的導(dǎo)通信號(hào)延遲電路； 其中當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值的平均值、并且所述輸出電`流的極性為正時(shí)，延遲所述上臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成所述雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的一個(gè)IGBT且與所述下臂的IGBT排他地操作的所述IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，所述延遲與所述輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行；以及 當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流的絕對(duì)值大于所有逆變器單元的輸出電流的平均值的絕對(duì)值、并且所述輸出電流的極性為負(fù)時(shí)，延遲所述下臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成所述雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的另一 IGBT且與所述上臂的IGBT排他地操作的所述IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，所述延遲與所述輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行。
2.—種用于從直流電源生成交流電壓的三電平單元逆變器系統(tǒng)，所述直流電源具有正端子、負(fù)端子和中性端子，所述單元逆變器系統(tǒng)包括采用三電平轉(zhuǎn)換電路的多個(gè)逆變器單元， 每一逆變器單元包括: 上臂和下臂，所述上臂和下臂是各自具有反并聯(lián)連接的二極管且連接在所述直流電源的正端子和負(fù)端子之間的串聯(lián)連接的IGBT ； 雙向開(kāi)關(guān)，所述雙向開(kāi)關(guān)由連接在所述直流電源的中性端子與所述上臂和下臂的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的反并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成； 所述逆變器單元的交流輸出端子彼此并聯(lián)連接；以及 所述逆變器單元接收從公共主控制器到所述逆變器單元中的所述IGBT的脈沖信號(hào)； 每一逆變器單元還包括: 用于檢測(cè)來(lái)自所述逆變器單元的交流輸出電流的電流檢測(cè)器； 用于檢測(cè)所述逆變器單元的輸出電流與所有逆變器單元的輸出電流的平均值的偏差的輸出電流偏差檢測(cè)電路；以及 用于延遲所述脈沖信號(hào)的上升沿的導(dǎo)通信號(hào)延遲電路； 其中當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流大于所有逆變器單元的輸出電流的平均值時(shí)，延遲所述上臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成所述雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的一個(gè)IGBT且與所述下臂的IGBT排他地操作的所述IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，所述延遲與所述輸出電流的偏差的絕對(duì)值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行；以及 當(dāng)所求出的逆變器單元的輸出電流小于所有逆變器單元的輸出電流的平均值時(shí)，延遲所述下臂的IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿、以及作為構(gòu)成所述雙向開(kāi)關(guān)的IGBT中的另一 IGBT且與所述上臂的IGBT排他地操作的所述IGBT的脈沖信號(hào)的上升沿，所述延遲與所述輸出電流的偏差的絕對(duì) 值相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK103427691SQ201310122128
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月17日
【發(fā)明者】天野功 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社