專利名稱：一種高壓變頻器的單極性載波注入控制電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器的單極性載波注入控制電路及方法。
背景技術：
目前如何能更好的節(jié)約能源、提高能源的利用率已經成為了全社會共同關注的問 題。高壓變頻器做為一種有效的節(jié)能設備已經被越來越廣泛的應用到各行各業(yè)中。如圖1所示，在高壓變頻器的各個功率單元中一般都有整流、儲能、逆變三部分， 逆變電路是由四個開關器件構成，在由其構成的H橋可以輸出正、負、零三種電平，對于采 用單極性載波技術(一個橋臂工作在低頻，一個橋臂工作在高頻)來控制四個開關管通斷 的過程中，左橋臂(Gl和G3)是由驅動信號1控制，且Gl導通時，G3關斷；Gl關斷時，G3導 通。右橋臂(G2和G4)是由驅動信號2控制，且G2導通時，G4關斷；G2關斷時，G4導通。 在現(xiàn)有技術中，控制信號1是采用方波來實現(xiàn)的，控制信號2是采用SPWM波來實現(xiàn)的。在 波形發(fā)生模塊里，由正弦波發(fā)生器產生方波，三角波發(fā)生器產生三角波，然后方波發(fā)生器根 據(jù)正弦波調制出所需方波，SPWM波發(fā)生器根據(jù)正弦波和三角波調制出所需的SPWM波。如 圖2所示Ur是正弦波，Uc是三角波，方波就是控制信號1，方波是在Ur的正半周輸出正電 平，在正弦波的負半周輸出負電平。SPWM波就是控制信號2，從圖中可看出，to·在正半周時， Ur > Uc時，SPWM波輸出為正電平，Ur < Uc時，SPWM波輸出為零電平；to在負半周時，Ur < Uc時，SP麗波輸出為負電平，Ur > Uc時，SPWM波輸出為零電平。也就是說，在Gl導通， G3關斷時，G2和G4輪流導通與關斷；在Gl關斷，G3導通時，G2和G4輪流導通與關斷。我 們可以發(fā)現(xiàn)，Gl導通、G3關斷這段時間內，輸出零電平時總是G1、G2導通完成，G1、G2工作 時間大于G3、G4工作時間，H橋上端發(fā)熱較集中；當G3導通、Gl關斷這段時間內，換成下橋 臂G3、G4工作時間相對較長，H橋下端發(fā)熱較嚴重。由于在高壓變頻器功率單元中IGBT的 工作電流較大，發(fā)熱問題就突顯出來，所以如何有效解決功率單元中開關器件單邊發(fā)熱的 問題就成為影響產品穩(wěn)定性和壽命的重要因素。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種解決功率單元中開關器件單邊發(fā)熱的控制電路和方法，具體內 容如下一種高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，用于對功率單元中四個開關器件進 行控制，其包括四個開關器件(G1、G2、G3、G4)；波形發(fā)生模塊，產生方波和SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)波；驅動信號處理模塊，對方波和SPWM波進行處理，生產控制信號1和控制信號2，使 在方波的每半個周期中功率單元的零電平輸出內由狀態(tài)一和狀態(tài)二交替實現(xiàn)。狀態(tài)一是指第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時導通，第三開關器件 (G3)和第四開關器件(G4)同時截止；狀態(tài)二是指第三開關器件(G3)和第四開關器件(G4)同時導通，第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時截止?？刂菩盘?驅動第一開關器件(Gl)，且將控制信號1取反得到第三開關器件(G3) 的驅動控制信號；控制信號2驅動第二開關器件(G2)，且將控制信號2取反得到第四開關 器件(G4)的驅動控制信號。波形發(fā)生模塊包括正弦波發(fā)生器、方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和SPWM波發(fā)生器； 正弦波發(fā)生器產生正弦波；三角波發(fā)生器產生三角波；方波發(fā)生器根據(jù)正弦波調制出方 波；SPWM波發(fā)生器根據(jù)正弦波和三角波調制出SPWM波。驅動信號處理模塊對零電平輸出的驅動狀態(tài)進行記錄，且與上一次記錄的驅動狀 態(tài)信息相比較，若相同則改變驅動信號；其它情況則不改變驅動信號。驅動信號處理模塊也可以是通過邏輯模塊來實現(xiàn)對方波和SPWM波的調制產生控 制信號1和控制信號2。一種高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，用于對功率單元中四個開關器件進 行控制，其包括以下步驟A、生成方波和SPWM波；B、對方波和SPWM波進行調制，生成控制信號1和控制信號2 ；C、控制波1和控制波2做為四個開關器件(G1、G2、G3、G4)的驅動信號，使在方波 的每半個周期中功率單元的零電平輸出內由狀態(tài)一和狀態(tài)二交替實現(xiàn)。狀態(tài)一是指第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時導通，第三開關器件 (G3)和第四開關器件(G4)同時截止；狀態(tài)二是指第三開關器件(G3)和第四開關器件(G4) 同時導通，第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時截止。控制信號1驅動第一開關器件(Gl)，且將控制信號1取反得到第三開關器件(G3) 的驅動控制信號；控制信號2驅動第二開關器件(G2)，且將控制信號2取反得到第四開關 器件(G4)的驅動控制信號。方波是對正弦波進行調制得到的；SPWM波是對三角波和正弦波進行調制得到的。該高壓變頻器的單極性載波注入控制方法中步驟C包括D、判斷是否是零電平輸出，若為非零電平輸出則不改變控制信號；E、若為零電平輸出則記錄驅動狀態(tài)信息，并和上一次記錄的驅動狀態(tài)信息相比 較，若不相同，則不改變控制信號；F、若和上一次記錄的驅動狀態(tài)信息相同，則改變控制信號。步驟C也可以是通過邏輯模塊來實現(xiàn)對方波和SPWM波的調制產生控制信號1和 控制信號2。從上可看出，本發(fā)明能夠解決功率單元中開關器件單邊發(fā)熱的問題，提高了單元 功率器件的穩(wěn)定性和使用壽命，具有很強的實用性。
圖1是現(xiàn)有技術中高壓變頻器單個功率單元的控制結構示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中控制信號的輸出波形示意圖；圖3是開關管通斷的驅動狀態(tài)表；圖4是本發(fā)明的電路示意圖5是實施例1中驅動信號處理模塊的處理流程圖；圖6是實施例2中驅動信號處理模塊中的邏輯模塊示意圖；圖7是本發(fā)明中控制信號輸出波形示意圖。
具體實施例我們知道，G3的控制信號就是對Gl的控制信號求反得到的，G4的控制信號就是 對G2的控制信號求反得到的，所以四個開關管的通斷組合一共有四種情況，我們定義Gl或 G2導通，連接到電源正極為1，G2或G4導通，連接到電源負極為0，則四個開關管的通斷邏 輯表如圖3所示，從圖中可以看出當有零電平輸出時除了有11信號外，還有00信號。本發(fā) 明就是在一定的時間段內，將零電平輸出輪流由11信號和00信號驅動，這樣就平均了四個 開關管在這個時間段內的工作時間，使得發(fā)熱更加均衡，解決單邊發(fā)熱的問題。圖4是本發(fā) 明的電路示意圖，從圖中可看出，現(xiàn)有技術中做為控制信號1的方波和控制信號2的SPWM 波在經過了驅動信號處理模塊的處理后，再對四個開關管進行控制。圖5是本發(fā)明實施例 1中驅動信號處理模塊的處理流程圖，從圖中可看出，方波和SPWM波輸入后，驅動信號處理 模塊判斷此時是否是零電平輸出，若輸出不是零電平，則控制信號1為方波輸出，控制信號 2為SPWM波輸出；若輸出為零電平，則在驅動信號處理模塊中記錄此次零電平輸出的驅動 狀態(tài)信息，并將此次驅動狀態(tài)信息和上次存儲的驅動狀態(tài)信息相比較，若不同，則控制信號 1為方波輸出，控制信號2為SPWM輸出；若相同，則改變控制信號1和控制信號2，使得00 和11的驅動狀態(tài)互換，實現(xiàn)零電平的輸出。圖6是實施例2中驅動信號處理模塊中的邏輯 模塊示意圖，可看出本發(fā)明也可以通過加入邏輯模塊的方式使得在方波的每半個周期里， 由00和11兩個狀態(tài)交替輸出零電平。圖7是本發(fā)明中控制信號的輸出波形示意圖，圖中 1為控制信號1，2為控制信號2，從圖中可看出，在方波的半個周期里，實現(xiàn)了狀態(tài)一和狀態(tài) 二輪流導通輸出零電平，很好的解決了功率單元中H橋單邊發(fā)熱的現(xiàn)象，具有很強的實用 性。以上對本發(fā)明的原理及實施方式進行了詳細的闡述，本實施例只是用于幫助理解 本發(fā)明的方法及核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體 實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書的內容不應理解為對本發(fā)明 的限制。
權利要求
1.一種高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，用于對功率單元中四個開關器件進行 控制，其特征在于包括四個開關器件(G1、G2、G3、G4)；波形發(fā)生模塊，產生方波和 SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)波； 驅動信號處理模塊，對方波和SPWM波進行處理，生產控制信號1和控制信號2，使在方 波的每半個周期中功率單元的零電平輸出內由狀態(tài)一和狀態(tài)二交替實現(xiàn)。
2.如權利要求1所述高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，其特征在于狀態(tài)一是指第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時導通，第三開關器件(G3)和 第四開關器件(G4)同時截止；狀態(tài)二是指第三開關器件(G3)和第四開關器件(G4)同時導通，第一開關器件(Gl)和 第二開關器件(G2)同時截止。
3.如權利要求1所述高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，其特征在于控制信號1驅動第一開關器件(Gl)，且將控制信號1取反得到第三開關器件(G3)的驅 動控制信號；控制信號2驅動第二開關器件(G2)，且將控制信號2取反得到第四開關器件(G4)的驅 動控制信號。
4.如權利要求1所述高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，其特征在于 波形發(fā)生模塊包括正弦波發(fā)生器、方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和SPWM波發(fā)生器； 正弦波發(fā)生器產生正弦波；三角波發(fā)生器產生三角波；方波發(fā)生器根據(jù)正弦波調制出方波；SPWM波發(fā)生器根據(jù)正弦波和三角波調制出SPWM波。
5.如權利要求1所述高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，其特征在于驅動信號處理模塊對零電平輸出的驅動狀態(tài)進行記錄，且與上一次記錄的驅動狀態(tài)信 息相比較，若相同則改變驅動信號；其它情況則不改變驅動信號。
6.如權利要求1所述高壓變頻器的單極性載波注入控制電路，其特征在于驅動信號處理模塊是通過邏輯模塊來實現(xiàn)對方波和SPWM波的調制產生控制信號1和 控制信號2。
7.一種高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，用于對功率單元中四個開關器件進行 控制，其特征在于包括以下步驟A、生成方波和SPWM波；B、對方波和SPWM波進行調制，生成控制信號1和控制信號2；C、控制波1和控制波2做為四個開關器件(G1、G2、G3、G4)的驅動信號，使在方波的每 半個周期中功率單元的零電平輸出內由狀態(tài)一和狀態(tài)二交替實現(xiàn)。
8.如權利要求7所述一種高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，其特征在于 狀態(tài)一是指第一開關器件(Gl)和第二開關器件(G2)同時導通，第三開關器件(G3)和第四開關器件(G4)同時截止；狀態(tài)二是指第三開關器件(G3)和第四開關器件(G4)同時導通，第一開關器件(Gl)和 第二開關器件(G2)同時截止。
9.如權利要求7所述高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，其特征在于控制信號1驅動第一開關器件(Gl)，且將控制信號1取反得到第三開關器件(G3)的驅 動控制信號；控制信號2驅動第二開關器件(G2)，且將控制信號2取反得到第四開關器件(G4)的驅 動控制信號。
10.如權利要求7所述高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，其特征在于 方波是對正弦波進行調制得到的；SPWM波是對三角波和正弦波進行調制得到的。
11.如權利要求7所述高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，其特征在于所述步驟C 包括D、判斷是否是零電平輸出，若為非零電平輸出則不改變控制信號；E、若為零電平輸出則記錄驅動狀態(tài)信息，并和上一次記錄的驅動狀態(tài)信息相比較，若 不相同，則不改變控制信號；F、若和上一次記錄的驅動狀態(tài)信息相同，則改變控制信號。
12.如權利要求7所述高壓變頻器的單極性載波注入控制方法，其特征在于所述步驟C是通過邏輯模塊來實現(xiàn)對方波和SPWM波的調制產生控制信號1和控制信 號2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器的單極性載波注入控制技術，能夠有效解決功率單元中開關器件單邊發(fā)熱的問題，本控制技術包括四個開關器件；波形發(fā)生模塊，用于產生方波和SPWM波；還有驅動信號處理模塊，對方波和SPWM波進行處理，生產控制信號1和控制信號2，使在方波的每半個周期中功率單元的零電平輸出內由狀態(tài)一和狀態(tài)二交替實現(xiàn)。采用本發(fā)明能夠提高產品的穩(wěn)定性，具有較強的實用價值。
文檔編號H02M7/537GK102122898SQ20101000043
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權日2010年1月8日
發(fā)明者張春雨, 李鑫, 褚立峰 申請人:北京動力源科技股份有限公司