一种三电平变流器igbt窄脉冲抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方 法。
【背景技术】
[0002]相对于传统的两电平全桥的拓扑结构，三电平NPC(中点钳位式）的拓扑结构具有 一系列优点：1)开关损耗小，效率高;2)开关动作时dv/dt小，引起的电磁干扰(EMI)小;3)输 出电压波形为三电平，谐波含量少，所需的滤波电感量小，有利于降低系统成本和功率损 耗。正是由于上述优点三电平NPC的拓扑结构在中压大功率有了很广泛的应用，并且取得了 很好的应用效果。由于随着技术发展，数字芯片和电力电子器件性能的提升，开关频率越来 越高，这样就不得不考虑窄脉冲问题，窄脉冲会导致管子工作放大区而不是饱和区，从而是 管子的开关损耗增大甚至导致管子损坏发生安全事故。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，以解决三电平变流器中的 窄脉冲现象导致开关管损耗增大，甚至损坏的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法包括如下步 骤：
[0005] 1.-种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，该方法包括：
[0006] 1)实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态；
[0007] 2)当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管 S3-直关断，消除了开关管si的窄脉冲;若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算 相应开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc^Td，经过死区逻辑后，消除了 窄脉冲，其中，TD为开关管IGBT的死区时间；
[0008] 3)当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管 si-直关断，消除了开关管si的窄脉冲;若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算 相应开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc^Td，经过死区逻辑后，消除了 窄脉冲。
[0009]当输出电压过零点时，将三电平调制切换为两电平调制，以抑制窄脉冲。
[0010]所述三电平变流器为中点箝位式三电平变流器。
[0011] 本发明的有益效果是:本发明的方法在输出电压峰值点根据电流方向和电压输出 状态选择相应的策略对窄脉冲进行抑制，消除了窄脉冲又不影响输出电压;在输出电压峰 值点，通过计算相应开关开通时间，与死区时间比较后，进行死区补偿，进一步减少了开关 管窄脉冲。本发明具有实现简单、对窄脉冲抑制能力强等优点。
[0012] 本发明在电压过零点时，选择相应的策略对窄脉冲进行抑制，进一步消除了窄脉 冲。
[0013]本发明的方法不同于目前一些根据矢量调制来消除窄脉冲，该方法适用于单相调 制，应用范围更大。
[0014]本发明是基于数字方法实现，在不更改硬件电路的基础上便于实现和应用。
【附图说明】
[0015]图1为三电平NPC的拓扑结构示意图；
[0016] 图2(a)理想的SP丽驱动生成示意图；
[0017] 图2(b)电流方向为正时SP丽驱动生成示意图；
[0018]图2(c)电流方向为负时SPWM驱动生成示意图；
[0019]图3 (a)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[1 ]状态下的电流流通回 路不意图；
[0020] 图3(b)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[0]状态下的电流流通回 路不意图；
[0021] 图3(c)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的[-1]状态下的电流流通回 路不意图；
[0022]图4 (a)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[1 ]状态下的电流流通回 路不意图；
[0023]图4(b)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[0]状态下的电流流通回 路不意图；
[0024]图4(c)为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的[-1]状态下的电流流通回 路不意图；
[0025]图5为根据伏秒平衡原理生成驱动脉冲的原理图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0027]本实施例中三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法包括如下步骤：
[0028] 1)实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态；
[0029] 2)当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管 s3-直关断，消除了开关管si的窄脉冲;若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算 相应开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc>n =TD，经过死区逻辑后，消除了 窄脉冲，其中，TD为开关管IGBT的死区时间；
[0030] 3)当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管 Sl-直关断，消除了开关管Sl的窄脉冲;若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算 相应开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc>n =TD，经过死区逻辑后，消除了 窄脉冲。
[0031] 下面以三电平NPC为例来详细阐述上述步骤：
[0032]三电平NPC的拓扑结构如图1所示，规定电流流出桥臂为正，流入桥臂为负。在三电 平逆变电路中，每相的开关状态有三种-1，〇，1，对应的交流侧输出电压为-Udc/2，0，Udc/2。
[0033]根据图2可以看出当输出电压接近满调制的时候，在电压峰值点桥臂开关管s2、s3 存在窄脉冲，在电压过零点桥臂的开关管sl、s4存在窄脉冲。
[0034] 1)假设如图2所示当输出电压接近满调制(可以根据目标电压来判断)在输出电压 正的峰值点，开关管1的开通时间很长，由于开关管si和开关管S3是反向开通，所以开关管S3就存在窄脉冲的情况，当电流为正如图3所示电流不会流经桥臂的开关管s3、s4,开关管 s3、s4处于冗余状态，那么在此就令开关管s3-直关断，消除开关管3存在的在脉冲问题；当 电流为负如图4所示，电流不会流经开关管sl、s2,开关管sl、s2处于冗余状态，那么在此就 可令开关管si-直关断，然后进一步采用如下方法来消除开通的开关管存在的窄脉冲： [0035]由伏秒平衡可知：Τ〇η*0·5υ<^+Τ〇??*0 =υ〇Μ(1)
[0036]T〇n+T〇ff=T (2)
[0037] 如图5所示是驱动生成的方法，通过式子（1)、（2)可以计算出Τ〇η，当开通时间1^或 Τ-Τ〇η小于IGBT的死区时间TD都视为窄脉冲，需要加以抑制，令Τ〇η = 0和Τ-Τ〇η为零，并在此基 础上加上死区时间TD，得到TQn+TD作为脉冲作用时间，对死区进行补偿，消除加上死区后依 然有窄脉冲的问题。
[0038] 也就是说，判断计算出的开通时间1^是否小于设定值，当小于设定值后，令开通时 间Τ〇η等于IGBT的死区时间TD，然后经过死区逻辑，即减去死区开通时间TD，得到实际的开通 时间Τ〇η = 0，从而消除了窄脉冲。
[0039]同理，在输出电压负的峰值点，若电流为负，令开关管si-直关断，若电流为正，可 令开关管S3-直关断，然后进一步采用上述计算开通时间的方法来消除开通的开关管存在 的窄脉冲：
[0040] 2)在输出电压过零点时，如果按照三电平进行调制，由式子（1)、（2)可知，在输出 电压过零点时必然会有窄脉冲存在，如果在过零点把调制方式改为两电平，根据伏秒平衡 可知：
[0041]T〇n*0.5Udc-T〇ff*Udc=U〇ut (3)
[0042]T〇n+T〇ff=T (4)
[0044]上述实施例以图1中A相为例，具体阐述了消除该相开关管窄脉冲的方法，当然作 为其他实施方式，上述方法还可以用于B、C两相，此时，将上述方法中的开关管si、s2、s3、s4 分别对应替换为85、36、87、 38即可实现8相开关管窄脉冲抑制，同理，将上述方法中的开关 管81、82、 83、84分别对应替换为89、810、811、 812即可实现(：相开关管窄脉冲抑制。
【主权项】
1. 一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，该方法包括： 1) 实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态； 2) 当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管s3- 直关断，消除了开关管si的窄脉冲;若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算相应 开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc^Td，经过死区逻辑后，消除了窄脉 冲，其中，TD为开关管IGBT的死区时间； 3) 当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管si- 直关断，消除了开关管si的窄脉冲;若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算相应 开关管的开通时间Τ〇η，若开通时间Τ〇η小于设定值，令Tc^Td，经过死区逻辑后，消除了窄脉 冲。2. 根据权利要求1所述三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，当输出电压过 零点时，将三电平调制切换为两电平调制，以抑制窄脉冲。3. 根据权利要求1-2任一所述三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，其特征在于，所述三 电平变流器为中点箝位式三电平变流器。
【专利摘要】本发明涉及一种三电平变流器IGBT窄脉冲抑制方法，该方法包括1)实时检测三电平变流器每相的当前电流方向及输出电压状态；2)当输出电压处于正的峰值点时，若该相电流为设定正向，令该相桥臂的开关管s3一直关断；若该相电流为设定负向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间Ton，若Ton小于设定值，令Ton＝TD，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲，其中，TD为IGBT的死区时间；3)当输出电压处于负的峰值点时，若该相电流为设定负向，令该相桥臂的开关管s1一直关断；若该相电流为设定正向，根据伏秒平衡原理，计算相应开关管的开通时间Ton，若Ton小于设定值，令Ton＝TD，经过死区逻辑后，消除了窄脉冲。本发明具有实现简单、对窄脉冲抑制能力强的优点。
【IPC分类】H02M7/487
【公开号】CN105450068
【申请号】CN201510848298
【发明人】刘超, 李新元, 马骏, 于浩然, 陈天锦, 曹智慧
【申请人】许继电源有限公司, 许继电气股份有限公司, 许继集团有限公司, 国家电网公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月26日