消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三電平（中點(diǎn)箝位式）變流器IGBT驅(qū)動(dòng)方法，尤其是涉及一種消 除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相對(duì)于傳統(tǒng)的兩電平全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三電平NPC(中點(diǎn)箝位式）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有 一系列優(yōu)點(diǎn)：1)開關(guān)損耗小，效率高；2)開關(guān)動(dòng)作時(shí)dv/dt小，引起的電磁干擾（EMI)小； 3)輸出電壓波形為三電平，諧波含量少，所需的濾波電感量小，有利于降低系統(tǒng)成本和功率 損耗。正是由于上述優(yōu)點(diǎn)三電平NPC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在中壓大功率有了很廣泛的應(yīng)用，并且取 得了很好的應(yīng)用效果。在三電平NPC拓?fù)渲袨榱朔乐鼓骋粯虮壑蓖?，要在橋臂的一管與三 管、二管與四管之間加上死區(qū)時(shí)間，這樣就會(huì)使輸出的電壓波形有一定的畸變。
[0003] 為了消除這種死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的電壓畸變本發(fā)明提出了基于該拓?fù)涞囊环N死區(qū)消 除方法，通過檢測三相電流流向，合理的安排開關(guān)動(dòng)作以達(dá)到消除死區(qū)對(duì)輸出電壓的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種控制精度高、節(jié) 省計(jì)算資源的消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法，三電平開關(guān)的每 相橋臂包括四個(gè)開關(guān)管，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟：
[0007] 1)檢測每相的當(dāng)前電流方向；
[0008] 2)分別判斷各相電流方向是否為設(shè)定的正向，若是，則執(zhí)行步驟3)，若否，則執(zhí)行 步驟4);
[0009] 3)將對(duì)應(yīng)相的第三、第四個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通；
[0010] 4)將對(duì)應(yīng)相的第一、第二個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通。
[0011] 所述步驟3)和步驟4)中，提前關(guān)斷的提前時(shí)間與延時(shí)開通的延時(shí)時(shí)間相等。
[0012] 所述提前關(guān)斷的提前時(shí)間與延時(shí)開通的延時(shí)時(shí)間均為Td:
[0013] Td= 1.2* (Tofffflax-Tonmin)
[0014] 其中，！^^^是IGBT關(guān)斷延時(shí)的最大時(shí)間，T。"^是IGBT開通延時(shí)的最小時(shí)間。
[0015] 所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法由數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。
[0016] 所述數(shù)字集成電路為CPLD。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、本發(fā)明通過檢測三相電流流向，合理的安排開關(guān)動(dòng)作，消除了死區(qū)對(duì)輸出電壓 的影響，無需計(jì)算死區(qū)對(duì)輸出電壓具體的造成了多大的影響，提高了控制精度，節(jié)省了控制 芯片的計(jì)算資源。
[0019] 2、本發(fā)明死區(qū)控制策略完全可以用CPLD來實(shí)現(xiàn)，和調(diào)制方法沒有關(guān)系，通用性比 較高，便于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為三電平NPC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為各橋臂的開關(guān)狀態(tài)不意圖；
[0022] 其中，（2a)為[1]狀態(tài)示意圖，（2b)為[0]狀態(tài)示意圖，（2c)為[-1]狀態(tài)示意 圖；
[0023] 圖3為各橋臂的三種開關(guān)狀態(tài)下、電流方向?yàn)檎龝r(shí)的電流流通回路示意圖；
[0024] 其中，（3a)為[1]狀態(tài)下的電流流通回路，（3b)為[0]狀態(tài)下的電流流通回路， (3c)為[-1]狀態(tài)下的電流流通回路；
[0025] 圖4為各橋臂的三種開關(guān)狀態(tài)下、電流方向?yàn)樨?fù)時(shí)的電流流通回路示意圖；
[0026] 其中，（4a)為[1]狀態(tài)下的電流流通回路，（4b)為[0]狀態(tài)下的電流流通回路， (4c)為[-1]狀態(tài)下的電流流通回路；
[0027] 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中不同情況下理想的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和加了死區(qū)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形示 意圖；
[0028] 其中，（5a)為電流方向?yàn)檎龝r(shí)的波形示意圖，（5b)為電流方向?yàn)檎龝r(shí)的波形示意 圖；
[0029] 圖6為采用本發(fā)明方法在不同情況下理想的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和加了死區(qū)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 波形示意圖；
[0030] 其中，（6a)為電流方向?yàn)檎龝r(shí)的波形示意圖，（6b)為電流方向?yàn)檎龝r(shí)的波形示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0032] 三電平NPC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，SpS2、……名2為IGBT開關(guān)管。以第一相橋 臂為例，如圖2所示，三電平NPC的每一個(gè)橋臂有三種狀態(tài)[1，0, -1]，并且在每一個(gè)開關(guān)周 期只能是相鄰兩個(gè)狀態(tài)之間切換，即0狀態(tài)和1狀態(tài)切換或者0狀態(tài)和-1狀態(tài)之間切換。
[0033] 假設(shè)如圖2所示的電流方向?yàn)檎c之相反為負(fù)。當(dāng)電流為正的時(shí)候三種開關(guān)狀 態(tài)下電流流通回路如圖3所示。由圖3可知：當(dāng)ia>0的時(shí)候，無論橋臂為[1，0,-1]中的哪 一種狀態(tài)，開關(guān)管&，S4都不流過電流，也就是說無論給什么樣的驅(qū)動(dòng)信號(hào)33,S4都處于關(guān)斷 狀態(tài)，都不影響輸出電壓，在電流方向能準(zhǔn)確測得的情況下我們可以在ia>〇時(shí)令S3,S4處于 關(guān)斷狀態(tài)，而S1,S2按照理想的開關(guān)時(shí)刻來開通和關(guān)斷，這樣就消除死區(qū)時(shí)間對(duì)輸出電壓波 形引起的影響。
[0034] 當(dāng)電流為負(fù)的時(shí)候三種開關(guān)狀態(tài)下電流流通回路如圖4所示，當(dāng)ia〈0的時(shí)候，無 論橋臂為[1，0,-1]中的哪一種狀態(tài)，開關(guān)管S1,S2都不流過電流，也就是說無論開通關(guān)斷都 不影響輸出電壓，在電流方向能準(zhǔn)確測得的情況下我們可以在ia>〇時(shí)令S1,S2處于關(guān)斷狀 態(tài)，而S3,S4按照理想的開關(guān)時(shí)刻來開通和關(guān)斷，這樣就消除死區(qū)時(shí)間對(duì)輸出電壓波形引起 的影響。
[0035] 由三電平拓?fù)涞恼{(diào)制方法可知每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)每個(gè)橋臂只能在相鄰的狀態(tài)之間 切換，如圖5所示為不同情況下理想的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和加了死區(qū)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)死區(qū)的影響，實(shí) 際輸出電壓Uan與理想電壓Uaito相比有一個(gè)誤差電壓，令這個(gè)電壓為AUan，則AUan可以表 示如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法，三電平開關(guān)的每相 橋臂包括四個(gè)開關(guān)管，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟： 1) 檢測每相的當(dāng)前電流方向； 2) 分別判斷各相電流方向是否為設(shè)定的正向，若是，則執(zhí)行步驟3)，若否，則執(zhí)行步驟 4)； 3) 將對(duì)應(yīng)相的第三、第四個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通； 4) 將對(duì)應(yīng)相的第一、第二個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法， 其特征在于，所述步驟3)和步驟4)中，提前關(guān)斷的提前時(shí)間與延時(shí)開通的延時(shí)時(shí)間相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法， 其特征在于，所述提前關(guān)斷的提前時(shí)間與延時(shí)開通的延時(shí)時(shí)間均為T d: Td= 1. 2* (T offmax-Tonmin) 其中，Ttjffmaj^ IGBT關(guān)斷延時(shí)的最大時(shí)間，T。_是IGBT開通延時(shí)的最小時(shí)間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法， 其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法由數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法， 其特征在于，所述數(shù)字集成電路為CPLD。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種消除中點(diǎn)箝位式三電平拓?fù)溟_關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法，三電平拓?fù)涞拿肯鄻虮郯ㄋ膫€(gè)開關(guān)管，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟：1)檢測每相的當(dāng)前電流方向；2)分別判斷各相電流方向是否為設(shè)定的正向，若是，則執(zhí)行步驟3)，若否，則執(zhí)行步驟4)；3)將對(duì)應(yīng)相的第三、第四個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通；4)將對(duì)應(yīng)相的第一、第二個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有控制精度高、有效節(jié)省處理器計(jì)算資源等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02M7-5387
【公開號(hào)】CN104852621
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510144191
【發(fā)明人】唐躍中, 劉超, 雷珽, 時(shí)珊珊, 柳勁松, 劉舒, 方陳, 張宇
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司, 許繼電源有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日