專利名稱：用于保護(hù)高壓逆變器的過(guò)電壓的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓逆變器的過(guò)電壓保護(hù)裝置和方法。更特別地，本發(fā)明涉及一 種適合于無(wú)任何不利影響地保護(hù)負(fù)載免于由電壓波動(dòng)所引起的過(guò)電壓的高壓逆變器的過(guò) 電壓保護(hù)裝置和方法，所述電壓波動(dòng)因逆變器、負(fù)載以及連接在逆變器和負(fù)載之間的電纜 之間的阻抗差而產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
通常，逆變器廣泛應(yīng)用于精確驅(qū)動(dòng)諸如三相電動(dòng)機(jī)的負(fù)載的情況。為了使用逆變 器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，在逆變器和負(fù)載之間連接電纜以提供從逆變器輸出的電壓。逆變器、負(fù)載和電纜的阻抗彼此不同。因此，在由逆變器產(chǎn)生且通過(guò)電纜提供給電 動(dòng)機(jī)的電壓在阻抗的不連續(xù)點(diǎn)處反射的地方發(fā)生電壓反射現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電壓波動(dòng)。產(chǎn)生的電壓波動(dòng)的抵消不會(huì)對(duì)正常驅(qū)動(dòng)負(fù)載的逆變器產(chǎn)生影響。然而，產(chǎn)生的電 壓波動(dòng)的疊加引起超過(guò)負(fù)載的絕緣內(nèi)壓的過(guò)電壓施加于負(fù)載上，從而由于負(fù)載中的壓力積 累而發(fā)生絕緣擊穿和支撐(bearing)損壞等。級(jí)聯(lián)H橋式的高壓逆變器與通常的逆變器相比，每單位時(shí)間的電壓變換值低。因 此，在級(jí)聯(lián)H橋式的高壓逆變器中，由于與通常的逆變器相比的過(guò)電壓，即使將高壓逆變器 連接到負(fù)載上的電纜長(zhǎng)度更長(zhǎng)，也會(huì)更少發(fā)生負(fù)載的絕緣擊穿和支撐損害，而且更少發(fā)生 外圍設(shè)備故障等。但是，級(jí)聯(lián)H橋式的高壓逆變器的使用不能完全消除電壓波動(dòng)，并且仍會(huì)發(fā)生損 壞負(fù)載的電壓波動(dòng)。在快速切換配置級(jí)聯(lián)H橋式的高壓逆變器的一些開關(guān)器件或使用PWM(脈沖寬度 調(diào)制)信號(hào)的窄寬度來(lái)切換開關(guān)器件的情況下，由于電壓波動(dòng)，會(huì)發(fā)生更大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的用于保護(hù)高壓逆變器的過(guò)電壓的裝置和方法通過(guò)主控制單元將特定的 作為數(shù)字信號(hào)的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓。并且，被提出的本公開通過(guò)將具有預(yù)定的電壓電平和頻率的鋸齒波與被轉(zhuǎn)換的模 擬參考電壓進(jìn)行比較以產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，并且判定所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度。在PWM信號(hào)的脈沖寬度大于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，被提出的本公開照原樣輸 出PWM信號(hào)而不調(diào)整PWM信號(hào)的脈沖寬度，從而切換開關(guān)器件。并且，在PWM信號(hào)的脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，被提出的本公開調(diào) 整PWM信號(hào)的脈沖寬度以具有預(yù)定的時(shí)間間隔，據(jù)此輸出PWM信號(hào)并切換開關(guān)器件。因此，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的高壓逆變器的過(guò)電壓保護(hù)裝置包括鋸齒波產(chǎn)生 單元，其產(chǎn)生具有預(yù)定頻率和電壓電平的鋸齒波；模擬參考電壓產(chǎn)生單元，其將從主控制單 元輸入的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓；比較單元，其將鋸齒波的電壓電平與模擬參考電壓進(jìn)行比較以產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)；脈沖寬度判定單元，其判定PWM信號(hào)的 脈沖寬度；以及PWM信號(hào)輸出單元，其根據(jù)脈沖寬度判定單元的判定結(jié)果調(diào)整PWM信號(hào)的脈 沖寬度。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一個(gè)方案，在PWM信號(hào)的脈沖寬度大于預(yù)定的時(shí)間間隔 的情況下，PWM信號(hào)輸出單元照原樣輸出PWM信號(hào)；在PWM信號(hào)的脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間 間隔的情況下，PWM信號(hào)輸出單元調(diào)整PWM信號(hào)的脈沖寬度以具有預(yù)定的時(shí)間間隔，并且輸 出被調(diào)整的PWM信號(hào)。而且，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的高壓逆變器的過(guò)壓保護(hù)方法包括將由主控制單 元提供的作為數(shù)字信號(hào)的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考信號(hào)；通過(guò)將模擬參考電壓與具有 預(yù)定電壓電平和頻率的鋸齒波進(jìn)行比較以產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)；判定PWM信號(hào)的 脈沖寬度，并且在PWM信號(hào)的脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，將PWM信號(hào)的脈沖寬 度轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定的時(shí)間間隔。


圖1為示出高壓逆變器的結(jié)構(gòu)的圖；圖2為示出高壓逆變器中的多個(gè)電壓產(chǎn)生器的每個(gè)的結(jié)構(gòu)的圖；圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電壓保護(hù)裝置的單一式控制單元的一優(yōu)選實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)的圖；以及圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電壓保護(hù)方法的單一式控制單元的一優(yōu)選實(shí)施例的 操作過(guò)程的信號(hào)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)的描述是通過(guò)示例的方法，并且其僅僅示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。另 外，為最實(shí)用和簡(jiǎn)單的描述將提供本發(fā)明的原理和構(gòu)想。因此，沒(méi)有提供在本發(fā)明的基本理解中不是必需的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，并且將通過(guò)附圖示 例出由本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容中可能實(shí)施的幾種形式。圖1為示出高壓逆變器的結(jié)構(gòu)的圖。其中，標(biāo)記100表示負(fù)載。例如，所述負(fù)載為 由三相交流電壓驅(qū)動(dòng)的三相交流電動(dòng)機(jī)。標(biāo)記110表示主控制單元。主控制單元110判定負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，并且根據(jù) 判定出的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生包括參考電壓的用于產(chǎn)生PWM信號(hào)的電壓命令信號(hào)。標(biāo)記120、122和124表示多個(gè)電壓產(chǎn)生單元。多個(gè)電壓產(chǎn)生單元120、122和IM 例如為配置成分別產(chǎn)生R相電壓、S相電壓和T相電壓的電壓產(chǎn)生單元，根據(jù)由主控制單元 110產(chǎn)生的電壓命令信號(hào)產(chǎn)生R相電壓、S相電壓和T相電壓并將它們輸出到負(fù)載100。在以這種構(gòu)造為特征的高壓逆變器中，主控制單元110判定電動(dòng)機(jī)也就是負(fù)載 100的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，并且根據(jù)判定出的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和由使用者指示的驅(qū)動(dòng)指示(圖中未示出)產(chǎn) 生包括參考電壓的電壓命令信號(hào)。由主控制單元110產(chǎn)生的電壓命令信號(hào)被輸入到多個(gè)電壓產(chǎn)生單元120、122和 124，并且多個(gè)電壓產(chǎn)生單元120、122和IM根據(jù)電壓命令信號(hào)產(chǎn)生R相、S相和T相中的 各個(gè)三相電壓。
產(chǎn)生的三相電壓的R相、S相和T相被應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)，也就是負(fù)載100上以驅(qū)動(dòng)負(fù) 載 100。圖2為示出多個(gè)電壓產(chǎn)生單元120、122和124中的每個(gè)的結(jié)構(gòu)的圖。在此，標(biāo)記 200-1、200-2、…、200-N表示多個(gè)單一式控制單元。多個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、 200-N中的每個(gè)根據(jù)由主控制單元100輸出的電壓命令信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)開關(guān)信號(hào)。標(biāo)記210-1、210-2、···、210_Ν表示多個(gè)開關(guān)單元。多個(gè)開關(guān)單元210-1、210_2、···、 210-Ν在負(fù)載和地面之間串聯(lián)，并且根據(jù)多個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、200-Ν各自 的開關(guān)信號(hào)來(lái)切換功率終端(power terminal)電壓vDD以輸出三相電壓至負(fù)載100。位于多個(gè)開關(guān)單元210-1、210_2、…、210-N的每個(gè)中的開關(guān)器件(SW210-11， SW210-12)(SW210-13, SW210—14)、 (SW210-21, SW210-22)(SW210-23, SW210—24)、 …、 (SW210-N1, SW210-N2) (SW210-N3, SW210-N4)分別串聯(lián)連接在功率終端vDD和地面之間。開關(guān)器件SW210-11 SW210-14、SW210-21 SW210-24、...、SW210_N1 SW210-N4 的各個(gè)基極被配置成接收由多個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、200-N中的每個(gè)輸出的 多個(gè)開關(guān)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)。開關(guān)器件SW210-13的發(fā)射極和開關(guān)器件SW210-14的集電極的連接點(diǎn)被連接到 負(fù)載100上。開關(guān)器件SW210-11、SW210-21…的發(fā)射極和開關(guān)器件SW210-12、SW210-22… 的集電極的連接點(diǎn)分別被連接到開關(guān)器件SW210-23、SW210-33…的發(fā)射極和開關(guān)器件 SW210-24、SW210-;34…的集電極的連接點(diǎn)上。而且，開關(guān)器件SW210-N2的發(fā)射極和開關(guān)器 件SW210-N4的集電極的連接點(diǎn)接地。在施加工作電壓vDD到以這種構(gòu)造為特征的多個(gè)電壓產(chǎn)生單元120、122和124中 的每個(gè)上的狀態(tài)下，多個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、200-N中的每個(gè)根據(jù)由主控制 單元110輸出的電壓命令信號(hào)產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)作為特定的開關(guān)信號(hào)。由多個(gè)單一式控制單元200-1、200_2、…、200-N中的每個(gè)產(chǎn)生的作為開關(guān)信號(hào) 的PWM信號(hào)被施加到多個(gè)開關(guān)單元210-1、210-2、…、210-N的每個(gè)開關(guān)器件SW210-11 SW210-14、SW210-21 SW210-24、…、SW210-N1 SW210-N4 的基極。然后，位于多個(gè)開關(guān)單元210-1、210_2、…、210-N的每個(gè)中的多個(gè)開關(guān)器件 SW210-11 SW210-14、SW210-21 SW210-24、—,SW210-N1 SW210-N4 根據(jù) PWM 信號(hào)有 選擇性地接通和切斷，并且開關(guān)功率終端的工作電壓vDD。并且，由多個(gè)開關(guān)單元(210-1) (210-2)··· (210-N)中的每個(gè)輸出的電壓彼此疊加，輸出至負(fù)載100。圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電壓保護(hù)裝置的單一式控制單元的一優(yōu)選實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)的圖。在此，標(biāo)記300為鋸齒波產(chǎn)生單元。鋸齒波產(chǎn)生單元300產(chǎn)生具有特定頻率的 鋸齒波。標(biāo)記310為模擬參考電壓產(chǎn)生單元。模擬參考電壓產(chǎn)生單元310將從主控制單元 110輸入的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓。標(biāo)記320為比較單元。為了產(chǎn)生PWM信號(hào)，比較單元320將由鋸齒波產(chǎn)生單元300 產(chǎn)生的鋸齒波的電壓電平與從模擬參考電壓產(chǎn)生單元310轉(zhuǎn)換的模擬參考電壓進(jìn)行比較。標(biāo)記330為脈沖寬度判定單元。脈沖寬度判定單元330判定從比較單元320輸出 的PWM信號(hào)的脈沖寬度是否小于預(yù)定的時(shí)間間隔，從而產(chǎn)生判定信號(hào)。標(biāo)記340為PWM信號(hào)輸出單元。在由脈沖寬度判定單元330判定的脈沖寬度大于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，PWM信號(hào)輸出單元340輸出從比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)作 為開關(guān)信號(hào)。然而，在由脈沖寬度判定單元330判定的脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間間隔的情 況下，PWM信號(hào)輸出單元340將從比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)的寬度調(diào)整為預(yù)定的時(shí)間 間隔，并輸出調(diào)整后的PWM信號(hào)。根據(jù)以這種結(jié)構(gòu)為特征的本發(fā)明，鋸齒波產(chǎn)生單元300產(chǎn)生具有預(yù)定的特定頻率 的鋸齒波，并且所產(chǎn)生的鋸齒波被輸入至比較單元320。而且由主控制單元110輸出的電壓命令信號(hào)被輸入至模擬參考電壓產(chǎn)生單元 310。然后，模擬參考電壓產(chǎn)生單元310將電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓。也就是說(shuō)，主控制單元110以有變化的電壓電平的形式提供電壓命令信號(hào)來(lái)為負(fù) 載100供給三相電壓，并且以數(shù)字信號(hào)的形式提供電壓命令信號(hào)至多個(gè)單一式控制單元 200-1,200-2,…、200-N。并且位于多個(gè)單一式控制單元200_1、200_2、…、200-N的每個(gè) 中的模擬參考電壓產(chǎn)生單元310將由主控制單元110輸入的數(shù)字信號(hào)形式的特定的電壓命 令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓。由模擬參考電壓產(chǎn)生單元310轉(zhuǎn)換過(guò)的模擬參考電壓被輸入至比較單元320。然后，比較單元320將由鋸齒波產(chǎn)生單元300產(chǎn)生的鋸齒波的電壓電平與由模擬 參考電壓產(chǎn)生單元310轉(zhuǎn)換過(guò)的模擬參考電壓進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生具有特定 脈沖寬度的PWM信號(hào)。例如，比較單元320將鋸齒波和模擬參考電壓之間的電壓電平進(jìn)行比較，從而產(chǎn) 生具有對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔的脈沖寬度的PWM信號(hào)，其中在所述時(shí)間間隔中鋸齒波的電壓電平 高于模擬參考電壓的電壓電平。由比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)分別被輸入到脈沖寬度判定單元330和PWM信號(hào) 輸出單元;340。脈沖寬度判定單元330判定由比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度是大于預(yù) 定的時(shí)間間隔還是小于預(yù)定的時(shí)間間隔，并且輸出判定信號(hào)至PWM信號(hào)輸出單元340。然后，根據(jù)脈沖寬度判定單元330的判定信號(hào)，PWM信號(hào)輸出單元340照原樣輸出 由比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)而不改變其脈沖寬度，或者調(diào)整并輸出由比較單元320產(chǎn) 生的PWM信號(hào)的脈沖寬度作為預(yù)定的時(shí)間間隔。例如，假定預(yù)定的時(shí)間間隔為1ms，脈沖寬度判定單元330判定由比較單元320產(chǎn) 生的PWM信號(hào)的脈沖寬度是大于Ims還是小于1ms，并且產(chǎn)生判定信號(hào)。并且，在脈沖寬度判定單元330判定PWM信號(hào)的脈沖寬度為大于Ims的情況下， PWM信號(hào)輸出單元340照原樣輸出由比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)，不改變脈沖寬度。在脈沖寬度判定單元330判定PWM信號(hào)脈沖寬度為小于Ims的情況下，PWM信號(hào) 輸出單元340將由比較單元320產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度改變成Ims以輸出。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，從P麗信號(hào)輸出單元340輸出的具有最小級(jí)寬度的PWM 信號(hào)，被施加到多個(gè)開關(guān)單元210-1、210-2、…、210-N中的每個(gè)的開關(guān)器件SW210-11 SW210-14、SW210-21 SW210-24、…、SW210-N1 SW210-N4的各個(gè)基極上來(lái)進(jìn)行開關(guān)操 作。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電壓保護(hù)方法的單一式控制單元的優(yōu)選實(shí)施例的操 作過(guò)程的信號(hào)流程圖。
參考圖4，主控制單元110將電壓命令信號(hào)輸入到多個(gè)單一式控制單元200-1、 200-2、…、200-N中的每個(gè)(S400)，并且模擬參考電壓產(chǎn)生部310將電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成 模擬參考電壓(S402)。而且，多個(gè)單一式控制單元200-1、200_2、…、200-N中的每個(gè)將被轉(zhuǎn)換的模擬參 考電壓的電壓電平和由鋸齒波產(chǎn)生單元300產(chǎn)生的鋸齒波的電壓電平進(jìn)行比較，以產(chǎn)生 PWM信號(hào)(S404)，并且判定產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度是否大于預(yù)定的時(shí)間間隔(S406)。作為判定結(jié)果，在產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度大于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，多 個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、200-N中的每個(gè)照原樣輸出產(chǎn)生的PWM信號(hào)(S410)。而且作為判定結(jié)果，在產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度不大于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況 下，多個(gè)單一式控制單元200-1、200-2、…、200-N中的每個(gè)將產(chǎn)生的PWM信號(hào)的脈沖寬度 調(diào)整為預(yù)定的時(shí)間間隔(S408)，并且輸出脈沖寬度調(diào)整后的PWM信號(hào)(S410)。盡管在上面的部分中通過(guò)有代表性的實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的條件下能夠?qū)λ枋龅膶?shí)施例作出各種 改進(jìn)。因此，本發(fā)明的權(quán)利范圍不應(yīng)局限于所描述的實(shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)由附加的權(quán)利要 求及其等同來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種高壓裝置的過(guò)電壓保護(hù)裝置，包括鋸齒波產(chǎn)生單元，其產(chǎn)生具有預(yù)定頻率和電壓電平的鋸齒波；模擬參考電壓產(chǎn)生單元，其將從主控制單元輸入的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考電壓；比較單元，其將所述鋸齒波的電壓電平與所述模擬參考電壓進(jìn)行比較以產(chǎn)生脈沖寬度 調(diào)制信號(hào)；脈沖寬度判定單元，其判定所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度；以及 脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元，其根據(jù)所述脈沖寬度判定單元的判定結(jié)果調(diào)整所述脈沖 寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈沖寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)電壓保護(hù)裝置，其中在所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈 沖寬度大于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元照原樣輸出所述脈 沖寬度調(diào)制信號(hào)；并且在所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈沖寬度小于所述預(yù)定的時(shí)間間隔 的情況下，所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)輸出單元調(diào)整所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈沖寬度以 具有預(yù)定的時(shí)間間隔并且輸出調(diào)整后的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
3.一種高壓逆變器的過(guò)電壓保護(hù)方法，包括將由主控制單元提供的作為數(shù)字信號(hào)的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考信號(hào)； 通過(guò)將模擬參考電壓與具有預(yù)定電壓電平和頻率的鋸齒波進(jìn)行比較以產(chǎn)生脈沖寬度 調(diào)制信號(hào)；判定所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度；以及在所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，將所述脈沖 寬度調(diào)制信號(hào)的所述脈沖寬度轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定的時(shí)間間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適合于無(wú)任何不利影響地保護(hù)負(fù)載免于由電壓波動(dòng)所引起的過(guò)電壓的高壓逆變器的過(guò)電壓保護(hù)裝置和方法，所述電壓波動(dòng)因逆變器、負(fù)載以及連接在逆變器和負(fù)載之間的電纜之間的阻抗差而產(chǎn)生，其中所述裝置和方法將由主控制單元給出的作為數(shù)字信號(hào)的電壓命令信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬參考信號(hào)，將模擬參考電壓與具有預(yù)定電壓電平和頻率的鋸齒波進(jìn)行比較以產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，判定PWM信號(hào)的脈沖寬度，并且在PWM信號(hào)的脈沖寬度小于預(yù)定的時(shí)間間隔的情況下，轉(zhuǎn)換PWM信號(hào)的脈沖寬度以具有預(yù)定的時(shí)間間隔。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102118104SQ20101029317
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者金效陳 申請(qǐng)人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社