消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種三電平（中點箝位式）變流器IGBT驅動方法，尤其是涉及一種消 除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法。
【背景技術】
[0002] 相對于傳統的兩電平全橋的拓撲結構，三電平NPC(中點箝位式）的拓撲結構具有 一系列優點：1)開關損耗小，效率高；2)開關動作時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，有利于降低系統成本和功率 損耗。正是由于上述優點三電平NPC的拓撲結構在中壓大功率有了很廣泛的應用，并且取 得了很好的應用效果。在三電平NPC拓撲中為了防止某一橋臂直通，要在橋臂的一管與三 管、二管與四管之間加上死區時間，這樣就會使輸出的電壓波形有一定的畸變。
[0003] 為了消除這種死區時間導致的電壓畸變本發明提出了基于該拓撲的一種死區消 除方法，通過檢測三相電流流向，合理的安排開關動作以達到消除死區對輸出電壓的影響。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種控制精度高、節 省計算資源的消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法。
[0005] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] -種消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法，三電平開關的每 相橋臂包括四個開關管，所述開關驅動方法包括以下步驟：
[0007] 1)檢測每相的當前電流方向；
[0008] 2)分別判斷各相電流方向是否為設定的正向，若是，則執行步驟3)，若否，則執行 步驟4);
[0009] 3)將對應相的第三、第四個開關管提前關斷、延時開通；
[0010] 4)將對應相的第一、第二個開關管提前關斷、延時開通。
[0011] 所述步驟3)和步驟4)中，提前關斷的提前時間與延時開通的延時時間相等。
[0012] 所述提前關斷的提前時間與延時開通的延時時間均為Td:
[0013] Td= 1.2* (Tofffflax-Tonmin)
[0014] 其中，！^^^是IGBT關斷延時的最大時間，T。"^是IGBT開通延時的最小時間。
[0015] 所述開關驅動方法由數字集成電路實現。
[0016] 所述數字集成電路為CPLD。
[0017] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0018] 1、本發明通過檢測三相電流流向，合理的安排開關動作，消除了死區對輸出電壓 的影響，無需計算死區對輸出電壓具體的造成了多大的影響，提高了控制精度，節省了控制 芯片的計算資源。
[0019] 2、本發明死區控制策略完全可以用CPLD來實現，和調制方法沒有關系，通用性比 較高，便于實現。
【附圖說明】
[0020] 圖1為三電平NPC的拓撲結構示意圖；
[0021] 圖2為各橋臂的開關狀態不意圖；
[0022] 其中，（2a)為[1]狀態示意圖，（2b)為[0]狀態示意圖，（2c)為[-1]狀態示意 圖；
[0023] 圖3為各橋臂的三種開關狀態下、電流方向為正時的電流流通回路示意圖；
[0024] 其中，（3a)為[1]狀態下的電流流通回路，（3b)為[0]狀態下的電流流通回路， (3c)為[-1]狀態下的電流流通回路；
[0025] 圖4為各橋臂的三種開關狀態下、電流方向為負時的電流流通回路示意圖；
[0026] 其中，（4a)為[1]狀態下的電流流通回路，（4b)為[0]狀態下的電流流通回路， (4c)為[-1]狀態下的電流流通回路；
[0027] 圖5為現有技術中不同情況下理想的驅動信號和加了死區的驅動信號的波形示 意圖；
[0028] 其中，（5a)為電流方向為正時的波形示意圖，（5b)為電流方向為正時的波形示意 圖；
[0029] 圖6為采用本發明方法在不同情況下理想的驅動信號和加了死區的驅動信號的 波形示意圖；
[0030] 其中，（6a)為電流方向為正時的波形示意圖，（6b)為電流方向為正時的波形示意 圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0032] 三電平NPC的拓撲結構如圖1所示，SpS2、……名2為IGBT開關管。以第一相橋 臂為例，如圖2所示，三電平NPC的每一個橋臂有三種狀態[1，0, -1]，并且在每一個開關周 期只能是相鄰兩個狀態之間切換，即0狀態和1狀態切換或者0狀態和-1狀態之間切換。
[0033] 假設如圖2所示的電流方向為正，與之相反為負。當電流為正的時候三種開關狀 態下電流流通回路如圖3所示。由圖3可知：當ia>0的時候，無論橋臂為[1，0,-1]中的哪 一種狀態，開關管&，S4都不流過電流，也就是說無論給什么樣的驅動信號33,S4都處于關斷 狀態，都不影響輸出電壓，在電流方向能準確測得的情況下我們可以在ia>〇時令S3,S4處于 關斷狀態，而S1,S2按照理想的開關時刻來開通和關斷，這樣就消除死區時間對輸出電壓波 形引起的影響。
[0034] 當電流為負的時候三種開關狀態下電流流通回路如圖4所示，當ia〈0的時候，無 論橋臂為[1，0,-1]中的哪一種狀態，開關管S1,S2都不流過電流，也就是說無論開通關斷都 不影響輸出電壓，在電流方向能準確測得的情況下我們可以在ia>〇時令S1,S2處于關斷狀 態，而S3,S4按照理想的開關時刻來開通和關斷，這樣就消除死區時間對輸出電壓波形引起 的影響。
[0035] 由三電平拓撲的調制方法可知每個開關周期內每個橋臂只能在相鄰的狀態之間 切換，如圖5所示為不同情況下理想的驅動信號和加了死區的驅動信號對死區的影響，實 際輸出電壓Uan與理想電壓Uaito相比有一個誤差電壓，令這個電壓為AUan，則AUan可以表 示如下：
【主權項】
1. 一種消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法，三電平開關的每相 橋臂包括四個開關管，其特征在于，所述開關驅動方法包括以下步驟： 1) 檢測每相的當前電流方向； 2) 分別判斷各相電流方向是否為設定的正向，若是，則執行步驟3)，若否，則執行步驟 4)； 3) 將對應相的第三、第四個開關管提前關斷、延時開通； 4) 將對應相的第一、第二個開關管提前關斷、延時開通。
2. 根據權利要求1所述的消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法， 其特征在于，所述步驟3)和步驟4)中，提前關斷的提前時間與延時開通的延時時間相等。
3. 根據權利要求2所述的消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法， 其特征在于，所述提前關斷的提前時間與延時開通的延時時間均為T d: Td= 1. 2* (T offmax-Tonmin) 其中，Ttjffmaj^ IGBT關斷延時的最大時間，T。_是IGBT開通延時的最小時間。
4. 根據權利要求1所述的消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法， 其特征在于，所述開關驅動方法由數字集成電路實現。
5. 根據權利要求4所述的消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法， 其特征在于，所述數字集成電路為CPLD。
【專利摘要】本發明涉及一種消除中點箝位式三電平拓撲開關死區影響的開關驅動方法，三電平拓撲的每相橋臂包括四個開關管，所述開關驅動方法包括以下步驟：1)檢測每相的當前電流方向；2)分別判斷各相電流方向是否為設定的正向，若是，則執行步驟3)，若否，則執行步驟4)；3)將對應相的第三、第四個開關管提前關斷、延時開通；4)將對應相的第一、第二個開關管提前關斷、延時開通。與現有技術相比，本發明具有控制精度高、有效節省處理器計算資源等優點。
【IPC分類】H02M7-5387
【公開號】CN104852621
【申請號】CN201510144191
【發明人】唐躍中, 劉超, 雷珽, 時珊珊, 柳勁松, 劉舒, 方陳, 張宇
【申請人】國網上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司, 許繼電源有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月30日