一種消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法-有附圖-發(fā)明(修訂)

1、說 明 書 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)。3摘 要 附 圖權(quán) 利 要 求 書1一種消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，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)動方法包括以下步驟：1）檢測

2、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所述的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，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所述的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，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：其中，是IGBT關(guān)斷延時(shí)的最大時(shí)間，是IGBT開通延時(shí)的最小時(shí)間。4根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，其

3、特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動方法由數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。5根據(jù)權(quán)利要求4所述的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，其特征在于，所述數(shù)字集成電路為CPLD。說 明 書一種消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種三電平（中點(diǎn)鉗位式）變流器IGBT驅(qū)動方法，尤其是涉及一種消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法。背景技術(shù)相對于傳統(tǒng)的兩電平全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三電平NPC（中點(diǎn)鉗位式）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)動作時(shí)dv/dt小，引起的電磁干擾（EMI）??；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N

4、PC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ǎ跇虮鄣囊还芘c三管、二管與四管之間加上死區(qū)時(shí)間，這樣就會使輸出的電壓波形有一定的畸變。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)動作以達(dá)到消除死區(qū)對輸出電壓的影響。發(fā)明內(nèi)容本發(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)算資源的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法，三電平開關(guān)的每相橋臂包括四個(gè)開關(guān)管，所述開

5、關(guān)驅(qū)動方法包括以下步驟：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）將對應(yīng)相的第一、第二個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通。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。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：其中，是IGBT關(guān)斷延時(shí)的最大時(shí)間，是IGBT開通延時(shí)的最小時(shí)間。所述開關(guān)驅(qū)動方法由數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。所述數(shù)字集成電路為CPLD。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、 本發(fā)明通過檢測三相電流流向，合理的安排開關(guān)動作，消除了死區(qū)對輸出電壓

6、的影響，無需計(jì)算死區(qū)對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。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)。附圖說明圖1為三電平NPC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2為各橋臂的開關(guān)狀態(tài)示意圖；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；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；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；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；其中，（4a）為

7、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；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中不同情況下理想的驅(qū)動信號和加了死區(qū)的驅(qū)動信號的波形示意圖；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；圖6為采用本發(fā)明方法在不同情況下理想的驅(qū)動信號和加了死區(qū)的驅(qū)動信號的波形示意圖；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)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(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。三電平NPC的

8、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，、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。假設(shè)如圖2所示的電流方向?yàn)檎?，與之相反為負(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)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,都不流過電流，也就是說無論給什么樣的驅(qū)動信號,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0時(shí)令,處于關(guān)斷狀態(tài)，而,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)間對輸出電壓波形引起的影

9、響。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)0時(shí)令,處于關(guān)斷狀態(tài)，而,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)間對輸出電壓波形引起的影響。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)動信號和加了死區(qū)的驅(qū)動信號對死區(qū)的影響，實(shí)際輸出電壓與理想電壓相比有一個(gè)誤差電壓，令這個(gè)電壓為，則可以表示如下： （1）上式中，為死區(qū)時(shí)間，為IGBT的開通延時(shí)，為IGBT的關(guān)斷延時(shí)；載波頻率，為載波周期。通過上述的分析可以知道加入死區(qū)后的實(shí)際輸出電壓可以表示為：由上述分析可得：死區(qū)引起的輸出電壓偏差和流經(jīng)該橋臂的電流方向和死區(qū)時(shí)間

10、有關(guān)系，所以電流方向的精確檢測很關(guān)鍵，如果電流方向檢測是錯(cuò)誤的那么死區(qū)補(bǔ)償會適得其反。根據(jù)上述分析可知在確定電流方向的情況系可以讓沒有電流流過的開關(guān)管一直關(guān)斷，但是這樣就要求必須準(zhǔn)確的檢測每一相電流的方向，在電流過零點(diǎn)由于傳感器的誤差會導(dǎo)致電流方向檢測會在正負(fù)來回跳動影響死區(qū)補(bǔ)償，所以在此我們不是讓沒有電流流過的管子一直關(guān)斷而是提前一個(gè)死區(qū)時(shí)間開通、延遲一個(gè)死區(qū)時(shí)間關(guān)斷，這樣即使在電流方向檢測不準(zhǔn)確的時(shí)候不至于有太大的輸出電壓誤差，具體的波形圖如圖6所示。由于橋臂電路存在對稱性在此就不具體分析N-O-N情況下的波形圖了，下面分析優(yōu)化后的驅(qū)動信號對輸出電壓的影響：由上述的分析我們可以知道，實(shí)際輸

11、出電壓與理想電壓相比有一個(gè)誤差電壓，令這個(gè)電壓為，則在新型死去策略下可以表示如下： （2）上式中；載波頻率。對比式（1）我們可以看出在這種死區(qū)策略下我們使誤差電壓減少了大大減小了死區(qū)時(shí)間對輸出電壓波形的影響。根據(jù)前面的分析，本實(shí)施例的消除三電平開關(guān)死區(qū)影響的開關(guān)驅(qū)動方法可由CPLD等數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)，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）將對應(yīng)相的第一、第二個(gè)開關(guān)管提前關(guān)斷、延時(shí)開通。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)間均為：其中，是IGBT關(guān)斷延時(shí)的最大時(shí)間，是IGBT開通延時(shí)的最