一种三电平逆变器的限流控制方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三电平逆变器的限流控制方法和装置，装置包括限流控制单元、辅助开关管开启单元和主开关管开启单元，方法包括：S1、当桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，先关断两个主开关管，然后关断两个辅助开关管；S2、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，使两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；S3、在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值，且主开关管或辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。减少正负母线能量互灌互相充电的时间，避免单边母线过压，避免主开关管频繁动作，保护开关管，改善输出电压波形。
【专利说明】—种三电平逆变器的限流控制方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子【技术领域】，更具体地说，涉及一种三电平逆变器的限流控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]逆变器是不间断电源(Uninterruptible Power System,UPS)中的重要组成部分，其可靠性直接决定UPS运行的稳定与否。限流技术是逆变器的一种很重要的保护技术，其能够在逆变器突加重载或输出短路的时候，有效地保护功率开关元件，提高逆变器的抗冲击性。现有的限流技术一般是对电感电流(流过功率开关元件的电流)进行检测，将检测到的电感电流与设定的阈值相比较，并在电感电流超过设定的阈值时产生一个限流保护信号，由硬件或软件关闭功率开关元件，达到保护功率开关元件的作用。当电感电流降到设定的阈值以下时，选择合适时机导通功率开关元件，使功率开关元件按照正常的开关逻辑动作，从而使逆变器继续输出电压。
[0003]一般的两电平电路，关闭和导通功率开关元件不需要时序，可以用硬件电路直接实现，而三电平逆变器则一般需要按照一定的时序关闭和导通功率开关元件，因此，通过软件实现关闭和导通三电平逆变器的率开关元件较为灵活和方便。
[0004]如图1所示，在典型的I型三电平拓扑结构中，包括四个开关管(以IGBT为例)，即位于上桥臂的主开关管Ql和辅助开关管Q2，以及位于下桥臂的主开关管Q4和辅助开关管Q3，或称外管Q1、Q4和内管Q2、Q3。限流封锁的时候，应该先关闭主开关管Ql和Q4，待其可靠封锁后，再封锁辅助开关管Q2和Q3。当电感电流I下降到电流保护阈值以下时，限流信号消失，待限流信号消失之后，选择合适的时机开始解封逻辑，即先强制导通两个辅助开关管Q2和Q3 —段时间，等辅助开关管Q2和Q3可靠导通建立起中点电位后，再关闭不必要常通的辅助开关管(如Q3)—段时间后控制Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作，然后再导通主开关管Ql和Q4，控制主开关管Ql和Q4按照正常的开关逻辑动作，从而结束限流过程进入正常发波逻辑。
[0005]这里所说的合适的时机是指，当限流信号消失的时候，是立刻开始解封逻辑，还是等待PWM的有效沿到来时开始解封逻辑。一般来说，逐波限流是指限流信号消失后，等待PWM的有效沿到来时开始解封逻辑。而对于MOSFET或开关速度足够的IGBT，也可不等PWM的有效沿，一旦确认限流信号消失，就进入解封逻辑，将这种限流方式称为非逐波限流方式。
[0006]上述两种限流方式的比较:
[0007](I)逐波限流的方式，在一个开关周期内，只会对主开关管Ql、Q4和辅助开关管Q2、Q3进行一次限流控制，开关管热损小，但在四个开关管都关的时候，电流经正负母线续流，桥臂输出电压为正/负母线电压，电感电流下降斜率大，时间久，输出电压波形差；
[0008](2)非逐波限流的方式，开关管在一个PWM周期内可以开关多次，开关管热损高，但由于不需等待PWM有效沿，只要电感电流I低于阈值就解封开关管，所以电感电流I下降时间短，输出电压波形好；
[0009](3)逐波限流的方式，在输出短路或突加重载等一些工况下，限流控制进入四个开关管都关闭的状态时，以电路带阻性载(即电压电流同相位)工作于输出电压正半周为例，电流从N线依次经过分压电容C2、续流二极管D4、续流二极管D3后输出电感L。也就是说，在之前进行正常发波时正母线给电感充电的能量会向负母线续流给负母线充电(电路工作于输出电压负半周时，情况相反)，这会导致正(负)工频周期内，正母线持续往负母线输出能量(或相反)，从而导致单边母线电压过高，从而增大损坏开关管的风险。而非逐波限流的方式下，一个PWM波内可能在限流点附近出现多次四个开关管全封的状态，更大的电感电流使得正负母线互灌的现象更严重。
[0010]可见，现有的限流技术中，逐波限流的方式具有输出电压波形差以及正负母线能量互灌的缺陷；非逐波限流的方式虽然具有较好的输出电压波形，但是正负母线能量互灌可能更严重，单边母线发生过压的风险大，从而增大了损坏开关管的风险。
【发明内容】
[0011]本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种三电平逆变器的限流控制方法和装置，能够输出具有较好波形的电压，减少正负母线能量互灌的现象，有效地对开关管进行保护。
[0012]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:提供一种三电平逆变器的限流控制方法，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，所述四个开关管包括两个主开关管和两个辅助开关管，限流控制方法包括以下步骤:
[0013]S1、当桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收到的过流信号生效，先关断所述两个主开关管，然后关断所述两个辅助开关管；
[0014]S2、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；
[0015]S3、在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0016]优选地，步骤S2包括以下子步骤:
[0017]S21、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，强制导通所述两个辅助开关管；
[0018]S22、经过第一延时时间之后，关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管；
[0019]S23、经过第二延时时间之后，控制所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0020]优选地，步骤S2还包括以下子步骤:
[0021]S24、判断接收到的过流信号是否生效，若是则关断所述两个辅助开关管。
[0022]优选地，步骤S3包括以下子步骤:
[0023]S31、在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，判断从所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔，若是则执行子步骤S33，若否则执行子步骤S32 ；
[0024]S32、等待所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的下一个有效沿到来后执行子步骤S33 ；
[0025]S33、控制所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0026]优选地，所述第一时间间隔为辅助开关管关断到主开关管开通的死区时间。
[0027]提供一种三电平逆变器的限流控制装置，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，所述四个开关管包括两个主开关管和两个辅助开关管，所述限流控制装置包括:
[0028]限流控制单元，用于在桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收的过流信号生效，先关断所述两个主开关管，然后关断所述两个辅助开关管；
[0029]辅助开关管开启单元，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；
[0030]主开关管开启单元，用于在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0031]优选地，所述辅助开关管开启单元包括:
[0032]强制导通模块，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值，接收到的过流信号失效时，强制导通所述两个辅助开关管；
[0033]关断模块，用于在强制导通所述两个辅助开关管后，经过第一延时时间，关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管；
[0034]逻辑控制模块，用于在关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管后，经过第二延时时间，控制所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0035]优选地，所述辅助开关管开启单元还包括:
[0036]限流控制模块，用于判断接收到的过流信号是否生效，并在过流信号生效时，关断所述两个辅助开关管。
[0037]优选地，所述主开关管开启单元包括:
[0038]判断模块，用于在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，判断从所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔；
[0039]延时模块，用于在所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔小于第一时间间隔时，等待所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的下一个有效沿到来；
[0040]主开关管开启模块，用于在所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔时，控制所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0041]优选地，所述第一时间间隔为辅助开关管关断到主开关管开通的死区时间。
[0042]本发明的三电平逆变器的限流控制方法和装置具有以下有益效果:在进行限流控制关断了四个开关管之后，当流过开关管的电流下降到小于限流电流阈值时，无需等待PWM信号的有效沿到来，使辅助开关管按照正常的开关逻辑动作，在没有退出限流逻辑的情况下，使正母线不再向负母线充电或者负母线不再向正母线充电，从而防止单边母线过压，从而保护开关管，并且具有较好的输出波形；另外，在辅助开关管按照正常的开关逻辑动作之后，等待到主开关管或辅助开关管的PWM信号的有效沿到来，才控制主开关管按照正常的开关逻辑动作，完成解封逻辑，避免主开关管过于频率的动作。此种控制的优势，使得主开关管和辅助开关管可以区别选择器件，主开关管可以有区别的选择比辅助开关管开关频率低的器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为I型三电平逆变器的桥臂输出电路；
[0044]图2为现有的三电平逆变器的限流控制系统的结构示意图；
[0045]图3为本发明的三电平逆变器的限流控制方法第一实施例的流程图；
[0046]图4为图1中的桥臂输出电路带阻性载工作于输出电压正半周时的正常电流通道；
[0047]图5为图1中的桥臂输出电路处于限流控制时的电流通道；
[0048]图6为本发明的限流控制方法第一实施例中的控制逻辑示意图；
[0049]图7为本发明的限流控制方法第二实施例中的控制逻辑示意图；
[0050]图8为本发明的限流控制装置第一实施例的功能框图。
【具体实施方式】
[0051]以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明，以带阻性载为例。
[0052]参见图1，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，四个开关管分别为位于上桥臂的主开关管Ql和辅助开关管Q2，以及位于下桥臂的主开关管Q4和辅助开关管Q3。参见图2，在三电平逆变器的限流控制系统中，发波控制单元用于输出当前电压处于正半周或者负半周的方向信号(Dir)，以及两路互补且带死区的PWM信号到PWM控制单元，即主开关管的PWM信号——PWMl,以及辅助开关管的PWM信号——PWM2。PWM控制单元根据发波控制单元输出的方向信号Dir以及两路互补且带死区的PWM信号生成按照一定逻辑变化的四路PWM信号——PWM_Q1、PWM_Q2、PWM_Q3和PWM_Q4，并将上述四路PWM信号分别输出到三电平逆变器一相中的四个开关管Ql、Q2、Q3和Q4，以驱动四个开关管按照开关逻辑动作。电流检测单元用于检测电感电流I，即桥臂输出的电流，也是流过开关管的电流，并将流过开关管的电流I转换为电压后输出到过流判断单元。过流判断单元将接收到的电压值与限流电压阈值(与限流电流阈值相对应)相比较，若接收到的电压值大于或者等于限流电压阈值，则将输出PWM控制单元的过流信号生效(将输出PWM控制单元的过流信号从低电平变为高电平)，若接收到的电压值小于限流电压阈值时，输出PWM控制单元的过流信号失效(输出低电平)。PWM控制单元根据接收到的过流信号是否生效来判断是否进行限流控制。
[0053]图3为本发明的三电平逆变器的限流控制方法第一实施例的流程图，如图3所示，在本实施例中，限流控制方法包括以下步骤:
[0054]S1、当桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收到的过流信号生效，先关断两个主开关管，然后关断两个辅助开关管；
[0055]S2、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；
[0056]S3、在接收到的过流信号失效，且两个主开关管或者两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0057]若当前电路工作于输出电压正半周，则四个开关管的工作状态为:Q2常通，Q4常闭，Ql与Q3互补导通。再假设电流为由母线往负载流出的方向，并定义该电流流向为正向，即如图1所示，电感电流I的流向为正向。
[0058]当Ql导通，Q3关断的时候，电感电流I上升，电感L储存能量，此时桥臂输出点A的电压为正母线输出电压，此时电流回路为图4中实线所示。当Ql关断，Q3导通的时候，电感电流I经由Q2续流，桥臂输出A点电压为N点电位，即为0，此时的电流回路如图4中的虚线所示。
[0059]在本实施例的步骤SI中，参见图6，在tl时刻，电感电流I超过设定的限流电流阈值，PWM控制单元接收到过流信号OCP生效，进入限流保护逻辑，PWM控制单元关断主开关管Ql和Q4，经过主开关管和辅助开关管的开关死区时间，Ql和Q4已经可靠关断，PWM控制单元在t2时刻关断辅助开关管Q2和Q3。
[0060]当四个开关管均处于关断状态后，电感电流I会经由负母线和续流二极管D4和D3续流，此时的电流回路如图5中的虚线所示，此时桥臂输出点A的电压是负母线的输出电压，且电感续流对负母线充电。
[0061]在一个工频周期的正半周内，持续的重复该过程会导致tl时刻前正母线对电感充的能量在t2时刻后(四个开关管都关断)充到负母线去(即正母线持续往负母线灌能量)，这会导致负母线的电压升高，且工频周期越大，该过程重复的次数越多，正母线向负母线灌的能量就越多。过了正半周进入负半周后，就倒过来变成负母线向正母线灌能量，最严重的情况是等不到进入负半周，负母线就过压，导致开关管因过压而损坏。对于三相输出系统来说，三相不可能同时工作于正半周，所以工作于正半周的输出相为正母线灌负母线，工作于负半周的输出相为负母线灌正母线，此时对于总体来说，母线电压单边过压的危险较低；但是对于单相输出的逆变器来说，一个工频周期内正母线持续向负母线灌能量的现象较为严重，这将可能导致严重的后果，如突加整流载过压等。
[0062]在现有的逐波限流方式中，在电感电流I下降到低于限流电流阈值后，需要等待PWM信号(即可以是P丽1，也可以是PWM2)的有效沿到来时，才开始解封逻辑。以工作于正半周为例，在PWM波有效沿到来前，四个管子都是关闭的，电感续流会一直对负母线充电，若持续时间较长，容易导致负母线过压电压，损坏开关管。
[0063]为了减少正负母线间能量持续相灌，在本实施例的步骤S2中，当四个开关管都关断之后，电感电流I必然下降，在t3时刻，电感电流I下降到低于限流电流阈值，过流信号OCP失效，PWM控制单元无需等待开关管的PWM信号的有效沿到来，直接开启两个辅助开关管Q2和Q3，使得两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作。这样，电流回路从图5中的虚线变为图4中的虚线，虽然没有退出限流逻辑，但是正母线已经不再向负母线灌能量，从而防止负母线过压，保护开关管。
[0064]参见图6，本实施例的步骤S2具体包括以下子步骤:S21、在t3时刻，流过开关管的电流，即电感电流I，下降到低于限流电流阈值，PWM控制单元接收到的过流信号OCP失效，PWM控制单元强制导通两个辅助开关管Q2和Q3直到t4时刻；S22、t4时刻之后，关断两个辅助开关管中的一个不必要常通的辅助开关管直到t5时刻，例如，关断非常开或者常闭的那个辅助开关管Q3 ;S23、t5时刻之后，控制两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0065]另一方面，正常情况下，电感L续流发生在Q3导通期间，电感L的压降为输出滤波电容C3的电压。而在四个开关管全部关断的时候，桥臂电压是负母线的输出电压时，电感L的压降增加了一个负母线的压降，电感电流会快速跌落。当电感电流I低于限流电流阀值后，就会准备进入解封逻辑。对于现有的逐波限流方式来说，需要等待PWM有效沿才开始解封，如果这个有效沿不到，则继续封锁四个开关管。可见，这将会导致电感电流I跌落严重，导致输出电压波形很差。最严重的情况是有效沿来到的时候，电感电流I还未低于限流电流阈值或低于阈值但未完成确认，这会导致下一个PWM周期内，四个管子全关，此种情况下，电感电流I甚至会从峰值跌落到零附近，使得输出电压波形很差。
[0066]与此不同，在本发明的第一实施例的步骤S2中，当电感电流I低于限流电流阀值后，就会立刻进入解封逻辑，无需等待PWM信号(具体是辅助开关管的PWM信号)的有效边到来，立刻导通两个辅助开开关管Q2和Q3，经过第一延时时间后关断其中一个，再经过第二延时时间后，控制两个辅助开开关管Q2和Q3按照正常开关逻辑动作，其中，t3-t4可称为第一延时时间，t4-t5可称为第二延时时间。此时，A点输出的点位为N线O电位，比四个开关管全封的时候输出的负母线的电位要高，电感L压降小，从而使得输出的电压波形也较好。
[0067]可见，本发明的限流控制方法的第一实施例中，与现有的逐波限流的方式相比，其能够减少正母线向负母线灌能量的时间或者负母线向正母线灌能量的时间，大大减小了单边母线过压的风险，从而有效地保护开关管。
[0068]对于现有的非逐波限流方式来说，虽然没有逐波限流的输出波形差的问题，但是由于其无需等待PWM信号有效沿到来，就能够完成解封逻辑，主开关管Ql导通后导致电感电流I很快上升，可能再次超过限流电流阈值，又得进入限流封波逻辑，如此步骤重复，会导致一个PWM周期内封波多次，而开关管的动作过于频繁，将导致开关管的损耗增大，增加开关管过热损坏的风险，另外频繁的动作，电感充的能量一直居高不下，电感电流处在限流点附近，对负母线充的能量也会很多，依然会很快灌高负母线。
[0069]在本发明的限流控制方法第一实施例中，为了减少对开关管的动作，降低开关管因过热而损坏的风险，以及防止电感储存过多不必要的能量，在本实施例的步骤S3中，在接收到的过流信号OCP失效时，需要等待到主开关管或辅开关管的PWM信号的有效沿到来时，才控制两个主开关管按照正常的开关逻辑动作，从而完成解封逻辑。
[0070]在本实施例中，步骤S3包括以下子步骤:S31、在接收到的过流信号OCP失效时，等待到t6时刻，辅助开关管的PWM信号的有效沿到来，判断从两个辅助开关管Q2和Q3在结束第一延时时间之后的时刻t4到当前时刻t6的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔，第一时间间隔为辅助开关管关断到主开关管开通的死区时间，其与第二延时时间可以是同一时间。若是则执行子步骤S33，若否则执行子步骤S32 ;S32、等待主/辅开关管的PWM信号的下一个有效沿到来后执行子步骤S33 ;S33、控制两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。本实施例中，t6时刻到来，正好需要导通的是辅管，所以两个主管按照正常逻辑也不应该开通。
[0071]在本发明的限流控制方法的第一实施例中，对于主开关管Ql和Q4采用了逐波限流的方式，使得在开启辅助开关管Q2和Q3后，电感电流I不会迅速上升，也避免了一个PWM的周期内主开关管Ql和Q4频繁动作，降低其过热损坏的风险。
[0072]考虑到在实际带载的情况下，例如当UPS的旁路短路或逆变器输出有其他有源机器时，电感L输出滤波电容C3的电位低于N点O电位，或者感性载、容性载的II/IV象限下电压电流I具有不同的极性。在这些工况下会，在关断四个开关管后，导通辅助开关管Q2和Q3时，电感电流I有可能会上升，可能会再次超过限流电流阈值。在本发明的限流控制方法的第二实施例中，该实施例与本发明的限流控制方法第一实施例的区域在于，步骤S2包括以下子步骤:
[0073]S21、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，强制导通两个辅助开关管；
[0074]S22、经过第一延时时间之后，关断两个辅助开关管Q2和Q3中的一个不需要常通的辅助开关管；
[0075]S23、经过第二延时时间之后，控制两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作；
[0076]S24、判断接收到的过流信号是否生效，若是则关断两个辅助开关管。
[0077]子步骤S24在子步骤S21后执行，与子步骤S22和子步骤S23的执行顺序则不限定，当子步骤S21中将两个辅助开关管Q2和Q3强制导通后，持续判断接收到过流信号OCP是否生效，若是则立即关断两个辅助开关管，若否则执行后续子步骤。
[0078]例如，如图7所示，逆变器运行到t7时刻时，电感电流I大于或者等于限流电流阈值，此时过流信号OCP生效，PWM控制单元关断主开关管Ql和Q4，经过主开关管和辅助开关管的导通死区时间后达到t8时刻，PWM控制单元关断辅助开关管Q2和Q3。随后，电感电流I下降，直到t9时刻，电感电流I降低到低于限流电流阈值，此时在子步骤S21中，强制导通两个辅助开关管Q2和Q3。在维持强制导通两个辅助开关管Q2和Q3的期间(该段时间可能小于或者等于第一延时时间)，电感电流I上升，到达tlO时刻时，电感电流I再次超过限流电流阈值，OCP生效，此时在子步骤S24中判断出OCP生效，则立即关断两个辅助开关管Q2和Q3。之后，达到til时刻，OCP失效，返回执行子步骤S21，强制导通两个辅助开关管Q2和Q3，若之后OCP不再生效，则执行子步骤S22，从最近一次导通两个辅助开关管Q2和Q3之后，经历第一延时时间，到达tl2时刻时，关断两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管，例如Q3，再经过第二延时时间，控制两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作。再往后到达tl3时刻时，已过了第二延时时间和第一间隔时间，无过流OCP信号，且PWM的有效沿来到(本实施例中为主管的PWM有效沿)，正常开关主管，随后的过程与本发明的限流控制方法第一实施例相同。在执行到子步骤S22或者子步骤S23后，判断出OCP生效的情况以此类推。
[0079]在本实施例中当OCP再次生效时，由于主开关管Ql和Q4还未开通，可以立即关断辅助开关管Q2和Q3，这样节省了一般的非逐波限流方式中等待主管关断时间，可以降低电感电流I的上升峰值。
[0080]图8为本发明的三电平逆变器的限流控制装置800第一实施例的功能框图，如图8所示，在本实施例中，限流控制装置800包括:
[0081]限流控制单元810，用于在桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收的过流信号生效，先关断两个主开关管，然后关断两个辅助开关管；
[0082]辅助开关管开启单元820，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；
[0083]主开关管开启单元830，用于在接收到的过流信号失效，且两个主开关管或者两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0084]在本实施例中，辅助开关管开启单元820包括:
[0085]强制导通模块821，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，强制导通两个辅助开关管；
[0086]关断模块822，用于在强制导通两个辅助开关管后，经过第一延时时间，关断两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管；
[0087]逻辑控制模块823，用于在关断两个辅助开关管中的一个辅助开关管后，经过第二延时时间，控制两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作；以及
[0088]限流控制模块824，用于判断接收到的过流信号是否生效，并在过流信号生效时，关断两个辅助开关管。
[0089]在本实施例中，主开关管开启单元830包括:
[0090]判断模块831，用于在接收到的过流信号失效，且主开关管或者辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，判断从两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔；
[0091]延时模块832，用于在两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作到当前的时间间隔小于第一时间间隔时，等待开关管的PWM信号的下一个有效沿到来；
[0092]主开关管开启模块833，用于在两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔时，控制两个主开关管按照正常的开关逻辑动作，其中，第一时间间隔为主开关管和辅助开关管的导通死区时间，可以与第二延时时间相同。
[0093]在本实施例中，参见图6，在tl时刻，电感电流I超过设定的限流电流阈值，限流控制单元810接收到过流信号OCP生效，进入限流保护逻辑，限流控制单元810关断主开关管Ql和Q4，经过主开关管和辅助开关管的导通死区时间，Ql和Q4已经可靠关断，限流控制单元810在t2时刻关断辅助开关管Q2和Q3。
[0094]在限流控制单元810将四个开关管都关断之后，电感电流I必然下降，在t3时刻，电感电流I下降到低于限流电流阈值，过流信号OCP失效，辅助开关管开启单元820无需等待辅助开关管的PWM信号的有效沿到来，直接开启两个辅助开关管Q2和Q3，使得两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作。这样，电流回路从图5中的虚线变为图4中的虚线，虽然没有退出限流逻辑，但是正母线已经不再向负母线灌能量，从而防止负母线过压，保护开关管，且输出波形好。
[0095]在本实施例中，参见图7，t9时刻，流过开关管的电流下降到低于限流电流阈值，强制导通模块821接收到的过流信号OCP失效，强制导通模块821强制导通两个辅助开关管Q2和Q3。若随后达到tlO时刻时，限流控制模块824判断出过流信号OCP再次生效，则立即关断两个辅助开关管Q2和Q3。直到til时刻，OCP变为无效，强制导通模块821强制导通两个辅助开关管Q2和Q3。若之后，OCP不再生效，从til时刻到达tl2时刻(第一延时时间)时，关断模块822关断两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管，例如Q3。从tl2时刻经过第二延时时间后，逻辑控制模块823控制两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作。
[0096]图6中t4以后的控制逻辑和图7中tl2以后的控制逻辑相同，以下以图6中的控制逻辑进行描述，在t4之后经过第二延时时间到达t5后，两个辅助开关管Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作，直到t6时刻PWMl的有效沿到来，此时，判断模块831判断从两个辅助开关管Q2和Q3在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔，第一时间间隔为主开关管和辅助开关管的导通死区时间，若是则使能主开关管开启模块833控制两个主开关管按照正常的开关逻辑动作，若否则使能延时模块832等待主开关管的PWM信号的下一个有效沿到来后使能主开关管开启模块833控制两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
[0097]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。以上以I型三电平单相输出逆变器为例，本发明的技术方案同样适用于T型电平单相输出和多相输出逆变器。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种三电平逆变器的限流控制方法，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，所述四个开关管包括两个主开关管和两个辅助开关管，其特征在于，包括以下步骤: 51、当桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收到的过流信号生效，先关断所述两个主开关管，然后关断所述两个辅助开关管； 52、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作； 53、在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
2.根据权利要求1所述的三电平逆变器的限流控制方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤: 521、当桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，强制导通所述两个辅助开关管； 522、经过第一延时时间之后，关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管; 523、经过第二延时时间之后，控制所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作。
3.根据权利要求2所述的三电平逆变器的限流控制方法，其特征在于，步骤S2还包括以下子步骤: 524、判断接收到的过流信号是否生效，若是则关断所述两个辅助开关管。
4.根据权利要求1所述的三电平逆变器的限流控制方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤: 531、在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，判断从所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔，若是则执行子步骤S33，若否则执行子步骤S32 ； 532、等待所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的下一个有效沿到来后执行子步骤S33 ； 533、控制所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
5.根据权利要求4所述的三电平逆变器的限流控制方法，其特征在于，所述第一时间间隔为辅助开关管关断到主开关管开通的死区时间。
6.一种三电平逆变器的限流控制装置(800)，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，所述四个开关管包括两个主开关管和两个辅助开关管，其特征在于，所述限流控制装置(800)包括: 限流控制单元(810)，用于在桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收的过流信号生效，先关断所述两个主开关管，然后关断所述两个辅助开关管； 辅助开关管开启单元(820)，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值时，接收到的过流信号失效，使所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作； 主开关管开启单元(830)，用于在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，使所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
7.根据权利要求6所述的三电平逆变器的限流控制装置(800)，其特征在于，所述辅助开关管开启单元(820)包括: 强制导通模块(821)，用于在桥臂输出的电流下降到低于所述限流阈值，接收到的过流信号失效时，强制导通所述两个辅助开关管； 关断模块(822)，用于在强制导通所述两个辅助开关管后，经过第一延时时间，关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管； 逻辑控制模块(823)，用于在关断所述两个辅助开关管中的一个不需要常通的辅助开关管后，经过第二延时时间，控制所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作。
8.根据权利要求7所述的三电平逆变器的限流控制装置(800)，其特征在于，所述辅助开关管开启单元(820)还包括: 限流控制模块(824)，用于判断接收到的过流信号是否生效，并在过流信号生效时，关断所述两个辅助开关管。
9.根据权利要求6所述的三电平逆变器的限流控制装置(800)，其特征在于，所述主开关管开启单元(830)包括: 判断模块(831)，用于在接收到的过流信号失效，且所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的有效沿到来时，判断从所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔； 延时模块(832)，用于在所述两个辅助开关管按照正常的开关逻辑动作到当前的时间间隔小于第一时间间隔时，等待所述两个主开关管或者所述两个辅助开关管的PWM信号的下一个有效沿到来； 主开关管开启模块(833)，用于在所述两个辅助开关管在结束第一延时时间之后到当前的时间间隔是否大于或者等于第一时间间隔时，控制所述两个主开关管按照正常的开关逻辑动作。
10.根据权利要求9所述的三电平逆变器的限流控制装置(800)，其特征在于，所述第一时间间隔为辅助开关管关断到主开关管开通的死区时间。
【文档编号】H02H7/122GK104518697SQ201310464233
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】张龙云, 周原, 陈鹏 申请人:艾默生网络能源有限公司