控制方法、控制系统及开关功率变换器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种控制方法、控制系统及开关功率变换器，该方法根据调制方案控制功率变换器的开关装置。该开关装置耦合直流电源以在特定的开关频率提供交流输出。该方法包括以下步骤：在每个开关周期，将该开关装置在提供有限电压输出的有效配置和提供零电压输出的无效配置之间进行切换。该开关装置处于有效配置的总时间和处于无效配置的总时间之间的比例对于每个开关周期是相同的，并由期望的交流输出电压确定。然而，在每个开关周期，至少有两个时间段中该开关装置处于无效配置，且这两个时间段之间的比例取决于与该开关装置相关的温度。
【专利说明】控制方法、控制系统及开关功率变换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过功率变换器的开关装置中的调制开关信号来控制功率变换 器的一种控制方法、控制系统及开关功率变换器。
【背景技术】
[0002] 图1示出了众所周知的三相功率变换器100,用于把直流电源101变换为可连接到负 载（未示出）的交流输出103。该逆变器包括三个单独的相200、300和400 (也被分别称为U、 V和W相）。每相包含两个串联开关：200a和200b位于相200/U;300a和300b位于相300/V;且 400a和400b位于相400/W。开关200a、300a和400a连接到正极端105 (也被称为"上游"开关） 而开关200b、300b和400b连接到负极端107(也被称为"下游"开关）。在图1中，每个开关均 是IGBT(绝缘栅双极晶体管），并且，对于每一个IGBT，还示出一个相关的反并联二极管。然而， 可以使用任何具有快速开关性能的开关。控制系统（比如处理器）（未示出）控制开关200a、 200b、300a、300b、400a和400b的开关动作以控制逆变器100的交流输出。
[0003] 通过六个开关的开关状态的组合，可在交流输出103产生正弦的输出电流。然而， 必须控制逆变器100以便同一相的两个开关永远不会同时接通，这样直流电源101不会被 短路。因此，若200a接通，200b必须关断，反之亦然；若300a接通，300b必须关断，反之亦 然；若400a接通，400b必须关断，反之亦然。这样该逆变器会产生八个可能的开关矢量，如 表1所示。在表1中，矢量值是三个上游开关200a、300a和400a的状态，且三个下游开关 200b、300b和400b为正好相反的状态以避免短路该直流电源。
[0004]表1
【权利要求】
1. 一种控制方法，用于根据调制方案控制功率变换器的开关装置，所述开关装置用于 禪合直流电源W在特定的开关频率提供交流输出，其特征在于，该方法包括W下操作： 在每个开关周期，将所述开关装置在有效配置和无效配置之间进行切换，其中有效配 置提供有限电压输出，无效配置提供零电压输出； 其中所述开关装置处于有效配置的总时间和处于无效配置的总时间之间的比例对于 每个开关周期都是相同的，且所述比例由期望的交流输出电压确定；及 在每个开关周期，至少有两个时间段所述开关装置处于无效配置，且该两个时间段之 间的比例根据与所述开关装置相关的温度进行变化。
2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述开关装置包含多个单个的开关， 其中在一个开关周期中，所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段之间的比例随着与 所述开关装置中的单个开关相关的温度读数的变化而变化。
3. 根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：当至少一 个温度读数高于阔值时，调节所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段W减少其中一 个无效时间段并增加另一个无效时间段，使得改变所述开关周期内有效时间段的产生时间 点。
4. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述开关装置是多相装置，所述开关 装置的每一相具有两个开关，其中所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段之间的比 例随着与所述开关装置中的单个开关相关的温度读数的变化而变化。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的控制方法，其特征在于，该方法进一步包括： 接收来自与所述开关装置中的开关相关的温度传感器的温度读数； 确定是否有任何一个温度读数超出阔值； 当确定至少一个温度读数超出阔值时，调节所述开关装置处于无效配置的第一时间 段，W减少该第一时间段，并调节所述开关处于无效配置的第二时间段，W增加该第二时间 段。
6. 根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述开关装置包括多相装置，所述开 关装置的每一相具有两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接到低电 压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对该第一时间段进行的调 节使得连接到高电压端的开关的导通时间少于连接到低电压端的开关的导通时间。
7. 根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述开关装置包括多相装置，所述开 关装置的每一相具有两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接到低电 压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对该第一时间段进行的调 节使得连接到低电压端的开关的导通时间少于连接到高电压端的开关的导通时间。
8. 根据权利要求1至4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述至少两个时间段之间 的比例按照递增的方式变化。
9. 根据权利要求1至4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述至少两个时间段之间 的比例按照递增的方式变化，且增量取决于温度幅值。
10. 根据权利要求1至4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述至少两个时间段之 间的比例按照比例和积分控制技术的方式变化。
11. 根据权利要求1至4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述功率变换器包含H 相功率逆变器。
12. 根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述H相逆变器中的至少一个开 关是绝缘栅双极晶体管IGBT。
13. -种控制系统，用于控制功率变换器的开关装置，其特征在于，所述开关装置用于 禪合直流电源W在特定的开关频率提供交流输出，所述控制系统包括： 控制器，根据调制方案对功率变换器中的开关装置进行切换，该控制器用于在每个开 关周期中将所述开关装置在提供有限电压输出的有效配置和提供零电压输出的无效配置 之间进行切换； 其中所述开关装置处于有效配置的总时间和所述开关装置处于无效配置的总时间之 间的比例对于每个开关周期是相同的，并由期望的交流输出电压确定；并且 其中，在每个开关周期中，至少有两个时间段所述开关装置处于无效配置，且该两个时 间段之间的比例根据与所述开关装置相关的温度进行变化。
14. 根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述开关装置包含多个单个的开 关，其中所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段之间的比例随着与所述开关装置中 的单个开关相关的温度读数的变化而变化。
15. 根据权利要求14所述的控制系统，其特征在于，当至少一个所述温度读数高于阔 值时，所述控制器调节所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段W减少其中一个无效 时间段并增加另一个无效时间段，使得改变所述开关周期内有效时间段的产生时间点。
16. 根据权利要求13至15任一项所述的控制系统，其特征在于，该控制系统进一步用 于： 接收来自与所述开关装置中的开关相关的温度传感器的温度读数； 确定是否有任何一个温度读数超出阔值； 当确定至少一个温度读数超出阔值时，调节所述开关装置处于无效配置的第一时间 段，W减少所述第一时间段，并调节所述开关装置处于无效配置的第二时间段，W增加所述 第二时间段。
17. 根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，该开关装置包括多相装置，所述开 关装置的每一相包括两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接到低电 压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对该第一时间段进行的调 节使得连接到高电压端的开关的导通时间少于连接到低电压端的开关的导通时间。
18. 根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，该开关装置包括多相装置，所述开 关装置的每一相包括两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接到低电 压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对该第一时间段进行的调 节使得连接到低电压端的开关的导通时间少于连接到高电压端的开关的导通时间。
19. 根据权利要求13至15任一项所述的控制系统，其特征在于，该功率变换器包含H 相功率逆变器。
20. 根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述H相逆变器中的至少一个开 关是绝缘栅双极晶体管IGBT。
21. -种开关功率变换器，其特征在于，包括： 开关装置，用于与直流电源禪合W在特定的开关频率提供交流输出；W及 控制器，用于通过根据调制方案对所述开关装置进行切换而控制所述功率变换器，该 控制器用于在每个开关周期中将所述开关装置在提供有限电压输出的有效配置和提供零 电压输出的无效配置之间进行切换； 其中所述开关装置处于有效配置的总时间和所述开关装置处于无效配置的总时间之 间的比例对于每个开关周期是相同的，并由期望的交流输出电压确定；并且 其中，在每个开关周期中，至少有两个时间段所述开关装置处于无效配置，且该两个时 间段之间的比例根据与所述开关装置相关的温度进行变化。
22. 根据权利要求21所述的开关功率变换器，其特征在于，所述开关装置包含多个单 个的开关，其中所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段之间的比例随着与所述开关 装置中的单个开关相关的温度读数的变化而变化。
23. 根据权利要求21所述的开关功率变换器，其特征在于，当至少一个所述温度读数 高于阔值时，所述控制器调节所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段，W减少其中 一个无效时间段并增加另一个无效时间段，使得改变所述开关周期内有效时间段的产生时 间点。
24. 根据权利要求21至23任一项所述的开关功率变换器，其特征在于，所述开关功率 变换器进一步用于： 接收来自与所述开关装置中的开关相关的温度传感器的温度读数； 确定是否有任何一个温度读数超出阔值； 当确定至少一个温度读数超出阔值时，调节所述开关装置处于无效配置的第一时间 段，W减少该第一时间段，调节所述开关装置处于无效配置的第二时间段，W增加该第二时 间段。
25. 根据权利要求24所述的开关功率变换器，其特征在于，该开关装置包括多相装置， 所述开关装置的每一相包括两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接 到低电压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对所述第一时间段 进行的调节使得连接到高电压端的开关的导通时间少于连接到低电压端的开关的导通时 间。
26. 根据权利要求24所述的开关功率变换器，其特征在于，该开关装置包括多相装置， 所述开关装置的每一相包括两个开关，该两个开关中的一个连接到高电压端，另一个连接 到低电压端，其中，为减少所述开关装置处于无效配置的第一时间段而对所述第一时间段 进行的调节使得连接到低电压端的开关的导通时间少于连接到高电压端的开关的导通时 间。
27. 根据权利要求21至23任一项所述的开关功率变换器，其特征在于，该功率变换器 包含H相功率逆变器。
28. 根据权利要求27所述的开关功率变换器，其特征在于，所述H相逆变器中的至少 一个开关是绝缘栅双极晶体管IGBT。
29. 根据权利要求28所述的开关功率变换器，其特征在于，根据所述H相逆变器的每 相中所选择的开关处于接通的配置而设置所述开关装置处于无效配置的至少两个时间段 的比例。
【文档编号】H02M7/537GK104348340SQ201410371225
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】安东尼·约翰·韦伯斯特, 西蒙·大卫·哈特 申请人:控制技术有限公司