用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法及橋臂邏輯單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風電技術領域，尤其涉及一種用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法及橋臂邏輯單元。
【背景技術】
[0002]近年來，多電平已成為風電變流器的主流發展方向。與傳統的兩電平拓撲相比，多電平拓撲具有輸出電壓波形質量高、結構簡單穩定、能減小開關器件的電壓應力、改善電磁兼容性等優點，在無功補償、高壓直流輸電、交流驅動、有源濾波和電能調節儲能系統等中高壓系統中具有廣泛的應用前景。
[0003]但是，由于多電平拓撲在單橋臂上有多個獨立的功率器件(如IGBT)，這種多自由度的系統容易因為干擾或邏輯錯誤導致系統不能正常工作，出現故障甚至造成損毀功率器件的后果。所以，多電平橋臂對其接收到的驅動信號有嚴格要求。
【發明內容】
[0004]本發明實施例的目的在于，提供一種用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法及橋臂邏輯單元，能夠使得輸出驅動信號符合多電平橋臂的開關規則要求，從而有效地消除干擾及器件差異對輸出驅動信號的影響，保證多電平橋臂正常工作。
[0005]為實現上述發明目的，本發明的實施例提供了一種用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法，所述二極管鉗位型多電平橋臂的一個橋臂包括2 (N-1)個IGBT和與其--對應的2(N-1)個底層驅動器，其中，N為正整數，并且在系統控制器與底層驅動器之間設置有橋臂邏輯單元，所述橋臂邏輯單元具有用于接收來自所述系統控制器的輸入驅動信號的信號輸入端和向所述2 (N-1)個底層驅動器發出輸出驅動信號的驅動信號輸出端，所述驅動信號輸出端均具有對上一周期的輸出驅動信號鎖存功能，
[0006]所述輸入驅動信號和所述輸出驅動信號均為2 (N-1)位并行電平信號，所述電平信號至少包括用于驅動IGBT開通的開通電平信號和用于驅動IGBT關斷的關斷電平信號，
[0007]所述橋臂邏輯單元至少具有穩定處理狀態、死區處理狀態和開通處理狀態，所述方法包括:
[0008]在所述穩定處理狀態下，進行如下處理:
[0009]獲取當前輸入驅動信號；
[0010]將所述當前輸入驅動信號與所述上一周期的輸出驅動信號進行比較，如果所述當前輸入驅動信號與所述上一周期的輸出驅動信號不同，則判斷當前輸入驅動信號中的開通電平信號的數量是否多于所述上一周期的輸出驅動信號中的開通電平信號的數量，
[0011]如果所述當前輸入驅動信號中的開通電平信號的數量多于所述上一周期的輸出驅動信號中的開通電平信號的數量，則進入所述死區處理狀態，
[0012]在所述死區處理狀態中，進行如下處理:
[0013]等待預設的死區時間，進入開通處理狀態，
[0014]在所述開通處理狀態中，進行如下處理:
[0015]根據所述當前輸入驅動信號，選擇需要開通的IGBT，將所述上一周期的輸出驅動信號中相應的位變更為開通電平信號，等待預設的第一窄帶脈沖抑制時間，然后進入所述穩定處理狀態。
[0016]本發明的實施例還提供了一種用于二極管鉗位型多電平橋臂的橋臂邏輯單元，所述二極管鉗位型多電平橋臂的一個橋臂包括2 (N-1)個IGBT和與其——對應的2 (N-1)個底層驅動器，其中，N為正整數，并且在系統控制器與底層驅動器之間設置有橋臂邏輯單元，所述橋臂邏輯單元具有用于接收來自所述系統控制器的輸入驅動信號的信號輸入端和向所述2 (N-1)個底層驅動器發出輸出驅動信號的驅動信號輸出端，所述驅動信號輸出端具有對上一周期的輸出驅動信號鎖存功能，
[0017]所述輸入驅動信號和所述輸出驅動信號均為2 (N-1)位并行電平信號，所述電平信號至少包括用于驅動IGBT開通的開通電平信號和用于驅動IGBT關斷的關斷電平信號，
[0018]所述橋臂邏輯單元至少具有穩定處理狀態、死區處理狀態和開通處理狀態，所述橋臂邏輯單元包括:
[0019]穩定狀態處理模塊，用于在所述穩定處理狀態下，進行如下處理:
[0020]獲取當前輸入驅動信號；
[0021]將所述當前輸入驅動信號與所述上一周期的輸出驅動信號進行比較，如果所述當前輸入驅動信號與所述上一周期的輸出驅動信號不同，則判斷當前輸入驅動信號中的開通電平信號的數量是否多于所述上一周期的輸出驅動信號中的開通電平信號的數量，
[0022]如果所述當前輸入驅動信號中的開通電平信號的數量多于所述上一周期的輸出驅動信號中的開通電平信號的數量，則進入所述死區處理狀態，
[0023]死區狀態處理模塊，用于在所述死區處理狀態中，進行如下處理:
[0024]等待預設的死區時間，進行開通處理狀態，
[0025]開通狀態處理模塊，用于在所述開通處理狀態中，進行如下處理:
[0026]根據所述當前輸入驅動信號，選擇需要開通的IGBT，將上一周期的輸出驅動信號中相應的位變更為開通電平信號，等待預設的第一窄帶脈沖抑制時間，然后進入所述穩定處理狀態。
[0027]本發明實施例提供的用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法及橋臂邏輯單元，通過分別在橋臂邏輯單元的穩定處理狀態、死區處理狀態或開通處理狀態下，進行與所處的處理狀態相對應的處理，能夠在上述多種處理狀態之間切換，輸入端和輸出端均兼容了死區處理狀態的驅動信號，并且在輸出端實現了窄脈沖抑制，從而能夠使得輸出驅動信號符合多電平橋臂的開關規則要求，并有效地消除了干擾及器件差異對輸出驅動信號的影響，保證多電平橋臂正常工作。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例的二極管鉗位型多電平單橋臂的驅動電路的結構示意圖；
[0029]圖2為本發明實施例一的用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法的流程示意圖；
[0030]圖3為本發明實施例二的用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法的流程示意圖；
[0031]圖4為本發明實施例三的用于二極管鉗位型多電平橋臂的橋臂邏輯單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明實施例用于二極管鉗位型多電平橋臂的驅動方法及橋臂邏輯單元進行詳細描述。
[0033]圖1為本發明實施例的二極管鉗位型多電平橋臂的驅動電路的結構示意圖，參照圖1，例如電平數為N，則二極管鉗位型N電平單橋臂包括:2(N-1)個底層驅動器(zl、z2…z(2n-2))、2(N-l)flGBT(Ql、Q2...Q(2n-2))，#&2(N-2)個二極管單元(D1、D2...D2 (n_2))和N-1個電容單元((:1、02吣(:(11-1))。兩直流母線間串聯(n-Ι)個電容單元，每兩個IGBT之間都與相鄰兩電容單元中點連接鉗位二極管，同一橋臂的所有IGBT上下對稱，連接取中點為交流輸出點，通過控制IGBT的導通與關斷使交流輸出點輸出N電平。
[0034]N電平橋臂的驅動信號由系統控制器根據系統電壓電流產生，通過橋臂邏輯單元處理后向2(N-1)個底層驅動器發出輸出驅動信號，再由底層驅動器向與其一一對應的IGBT輸出驅動信號，使橋臂交流輸出點電位分別等于多電平拓撲中的各個電位。輸出驅動信號按第一個IGBT，第二個IGBT，第三個IGBT，一直到第2(N-1)個IGBT的順序描述，用I表示輸出驅動信號為高電平，用O表示輸出驅動信號為低電平(一般而言，高電平作為開通電平信號，低電平作為關斷電平信號)。由于IGBT在接收到關斷驅動信號到實際關斷過程中會有一定時間的延遲，所以在各種輸出驅動信號之間相互切換時，需要中間狀態的輸出驅動信號，該中間狀態一般被稱為死區狀態。根據電平數量的不同，中間狀態的輸出驅動信號就不同。實際應用中，有些系統控制器不發出進入死區狀態的輸出驅動信號。此外，起始工作狀態或終止工作狀態，其對應的輸出驅動信號各個位均為O。橋臂邏輯單元還會從底層驅動器接收故障信號，或是從系統控制器接收停止信號，此時需進入停止過程，其對應的輸出驅動信號各個位均為O。
[0035]除以上工作狀況外，其它的驅動信號形式均為錯誤信號，若底層驅動器按錯誤信號執行，將會導致IGBT過壓擊穿。例如，輸出驅動信號的各個位均為1，將導致某只IGBT過流燒毀等。這也要求在故障保護時需按照正確順序關斷IGBT。IGBT在開通時，有些起始狀況會伴隨著鄰近二極管的反向恢復過程，如果IGBT開通的時間很短，將導致IGBT需要關斷反向恢復電流和交流輸出電流的和，此時將出現關斷過電壓損壞此IGBT，反向恢復電流消失的時間取決于IGBT反并二極管的特性。一般把驅動信號至少要維持一定時間稱為窄脈沖抑制。在二極管鉗位型多電平變流器中，特別是功率大于10kW的變流器，在系統控制器和功率器件之間一般都有很長的信號電纜，由于器件的一致性和器件間線路長度不同，將導致接收到的信號可能為錯誤信號；由于長信號電纜一般呈現為容性，導致信號邊沿的斜率變低，接收到的信號也可能為錯誤信號；由于功率器件很高能量的開關動作，干擾容易耦合到驅動信號中，將導致接收到錯誤信號。
[0036]基于上述分析，橋臂邏輯單元需具有以下功能:能夠在輸