[發明專利]一種三電平逆變器的限流控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201310464233.2
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN104518697B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 張龍云;周原;陳鵬
• 申請（專利權）人: 艾默生網絡能源有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02H7/122
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司44217
• 代理人: 高占元

技術領域

本發明涉及電子技術領域，更具體地說，涉及一種三電平逆變器的限流控制方法和裝置。

背景技術

逆變器是不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）中的重要組成部分，其可靠性直接決定UPS運行的穩定與否。限流技術是逆變器的一種很重要的保護技術，其能夠在逆變器突加重載或輸出短路的時候，有效地保護功率開關元件，提高逆變器的抗沖擊性?，F有的限流技術一般是對電感電流（流過功率開關元件的電流）進行檢測，將檢測到的電感電流與設定的閾值相比較，并在電感電流超過設定的閾值時產生一個限流保護信號，由硬件或軟件關閉功率開關元件，達到保護功率開關元件的作用。當電感電流降到設定的閾值以下時，選擇合適時機導通功率開關元件，使功率開關元件按照正常的開關邏輯動作，從而使逆變器繼續輸出電壓。

一般的兩電平電路，關閉和導通功率開關元件不需要時序，可以用硬件電路直接實現，而三電平逆變器則一般需要按照一定的時序關閉和導通功率開關元件，因此，通過軟件實現關閉和導通三電平逆變器的率開關元件較為靈活和方便。

如圖1所示，在典型的I型三電平拓撲結構中，包括四個開關管（以IGBT為例），即位于上橋臂的主開關管Q1和輔助開關管Q2，以及位于下橋臂的主開關管Q4和輔助開關管Q3，或稱外管Q1、Q4和內管Q2、Q3。限流封鎖的時候，應該先關閉主開關管Q1和Q4，待其可靠封鎖后，再封鎖輔助開關管Q2和Q3。當電感電流I下降到電流保護閾值以下時，限流信號消失，待限流信號消失之后，選擇合適的時機開始解封邏輯，即先強制導通兩個輔助開關管Q2和Q3一段時間，等輔助開關管Q2和Q3可靠導通建立起中點電位后，再關閉不必要常通的輔助開關管（如Q3）一段時間后控制Q2和Q3按照正常的開關邏輯動作，然后再導通主開關管Q1和Q4，控制主開關管Q1和Q4按照正常的開關邏輯動作，從而結束限流過程進入正常發波邏輯。

這里所說的合適的時機是指，當限流信號消失的時候，是立刻開始解封邏輯，還是等待PWM的有效沿到來時開始解封邏輯。一般來說，逐波限流是指限流信號消失后，等待PWM的有效沿到來時開始解封邏輯。而對于MOSFET或開關速度足夠的IGBT，也可不等PWM的有效沿，一旦確認限流信號消失，就進入解封邏輯，將這種限流方式稱為非逐波限流方式。

上述兩種限流方式的比較：

（1）逐波限流的方式，在一個開關周期內，只會對主開關管Q1、Q4和輔助開關管Q2、Q3進行一次限流控制，開關管熱損小，但在四個開關管都關的時候，電流經正負母線續流，橋臂輸出電壓為正/負母線電壓，電感電流下降斜率大，時間久，輸出電壓波形差；

（2）非逐波限流的方式，開關管在一個PWM周期內可以開關多次，開關管熱損高，但由于不需等待PWM有效沿，只要電感電流I低于閾值就解封開關管，所以電感電流I下降時間短，輸出電壓波形好；

（3）逐波限流的方式，在輸出短路或突加重載等一些工況下，限流控制進入四個開關管都關閉的狀態時，以電路帶阻性載（即電壓電流同相位）工作于輸出電壓正半周為例，電流從N線依次經過分壓電容C2、續流二極管D4、續流二極管D3后輸出電感L。也就是說，在之前進行正常發波時正母線給電感充電的能量會向負母線續流給負母線充電（電路工作于輸出電壓負半周時，情況相反），這會導致正（負）工頻周期內，正母線持續往負母線輸出能量（或相反），從而導致單邊母線電壓過高，從而增大損壞開關管的風險。而非逐波限流的方式下，一個PWM波內可能在限流點附近出現多次四個開關管全封的狀態，更大的電感電流使得正負母線互灌的現象更嚴重。

可見，現有的限流技術中，逐波限流的方式具有輸出電壓波形差以及正負母線能量互灌的缺陷；非逐波限流的方式雖然具有較好的輸出電壓波形，但是正負母線能量互灌可能更嚴重，單邊母線發生過壓的風險大，從而增大了損壞開關管的風險。

發明內容

本發明針對現有技術的上述缺陷，提供一種三電平逆變器的限流控制方法和裝置，能夠輸出具有較好波形的電壓，減少正負母線能量互灌的現象，有效地對開關管進行保護。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：提供一種三電平逆變器的限流控制方法，三電平逆變器至少包括依次串聯的四個開關管構成的橋臂，所述四個開關管包括兩個主開關管和兩個輔助開關管，限流控制方法包括以下步驟：

S1、當橋臂輸出的電流大于或者等于限流閾值時，接收到的過流信號生效，先關斷所述兩個主開關管，然后關斷所述兩個輔助開關管；