本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三電平逆變器及其驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法。

背景技術(shù)：

在逆變器領(lǐng)域三電平使用的越來(lái)越多，在分配三電平的4個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)時(shí)，通常有兩種分配方法：一種是使用DSP/ARM/MCU等發(fā)出兩個(gè)外管的驅(qū)動(dòng)，再利用CPLD/FPGA等互補(bǔ)產(chǎn)生4個(gè)驅(qū)動(dòng)；另一種是使用DSP/ARM/MCU等發(fā)出本半周處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)，再利用CPLD/FPGA等互補(bǔ)產(chǎn)生4個(gè)驅(qū)動(dòng)。

三電平拓?fù)涫褂迷诮涣黝I(lǐng)域時(shí)，在正半周工作時(shí)，通常連接正母線的外管和兩個(gè)內(nèi)管工作，連接負(fù)母線的外管處于關(guān)閉狀態(tài)；負(fù)半周工作時(shí)，通常連接負(fù)母線的外管和兩個(gè)內(nèi)管工作，連接正母線的外管處于關(guān)閉狀態(tài)。上述兩種方法在正負(fù)半周切換時(shí)，如果時(shí)序邏輯沒(méi)控制好，容易造成正負(fù)母線對(duì)N短路，甚至正負(fù)母線短路。

專(zhuān)利號(hào)為201010143915X的技術(shù)方案，需要根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的高，低狀態(tài)來(lái)調(diào)制過(guò)零點(diǎn)附近的驅(qū)動(dòng)。其本質(zhì)原因是死區(qū)先使用DSP/ARM/MCU來(lái)產(chǎn)生的，包含死區(qū)的PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）驅(qū)動(dòng)再利用CPLD（Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件）/FPGA（Field－Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）針對(duì)過(guò)零點(diǎn)調(diào)整驅(qū)動(dòng)，調(diào)整時(shí)由于過(guò)零點(diǎn)附近，內(nèi)管會(huì)由開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)為強(qiáng)制導(dǎo)通狀態(tài)，破壞了原有的PWM死區(qū)，導(dǎo)致死區(qū)失效，需要再增加死區(qū)產(chǎn)生單元，方法很復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種三電平逆變器及其驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法，DSP/ARM/MCU處理器只產(chǎn)生本半周工作外管的驅(qū)動(dòng)，不產(chǎn)生對(duì)應(yīng)內(nèi)管的驅(qū)動(dòng)，也不產(chǎn)生死區(qū)。死區(qū)和4個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)完全由CPLD/FPGA產(chǎn)生，方法簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)過(guò)零出畸變相比現(xiàn)有技術(shù)的要低。

對(duì)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法，所述三電平逆變器包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，其包括以下步驟：

步驟S1，生成不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送，并生成正負(fù)半周切換信號(hào)并發(fā)送；其中，所述正負(fù)半周切換信號(hào)為指示當(dāng)前驅(qū)動(dòng)信號(hào)是正半周還是負(fù)半周的指示信號(hào)；

步驟S2，接收所述外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、正負(fù)半周切換信號(hào)，并生成不帶死區(qū)的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

步驟S3，產(chǎn)生死區(qū)，當(dāng)所述外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)為負(fù)半周或正半周時(shí)，驅(qū)動(dòng)生成與所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；然后輸出。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S3中，通過(guò)CPLD或FPGA產(chǎn)生死區(qū)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S2中，采用CPLD或FPGA生成不帶死區(qū)的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S1中，采用DSP、ARM或MCU產(chǎn)生不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法包括：

首先，由DSP/ARM/MCU等產(chǎn)生不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)，且發(fā)出一個(gè)信號(hào)指示當(dāng)前是正半周還是負(fù)半周；

其次，CPLD/FPGA等利用正負(fù)半周切換信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形；

最后，CPLD/FPGA產(chǎn)生死區(qū)，產(chǎn)生帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；然后輸出。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，延時(shí)高電平信號(hào)的時(shí)間。

所述帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，延時(shí)高電平信號(hào)的時(shí)間；

所述帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)化為高電平時(shí)，延時(shí)低電平信號(hào)的時(shí)間；

所述帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)化為高電平時(shí)，延時(shí)低電平信號(hào)的時(shí)間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述不帶死區(qū)的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)與不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正負(fù)半周切換信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)相同。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正負(fù)半周切換信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)與帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)相同，與所述帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)不同。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)，其分別與第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管連接，所述系統(tǒng)采用如上任意一項(xiàng)所述的三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法，所述系統(tǒng)包括：

第一生成模塊，用于生成不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正負(fù)半周切換信號(hào)；

第一發(fā)送模塊，用于發(fā)送不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正負(fù)半周切換信號(hào)；

第二生成模塊，用于生成不帶死區(qū)的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

第三生成模塊，用于生成帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

第一輸出模塊，用于向三電平逆變器輸出所述第二生成模塊生成的驅(qū)動(dòng)所述第一開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述第二開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)所述第三開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)所述第四開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種三電平逆變器，包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管以及第四開(kāi)關(guān)管，以及三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)采用如上所述的三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)為采用如上任意一項(xiàng)所述的三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

第一，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，方便實(shí)現(xiàn)。

第二，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，過(guò)零點(diǎn)畸變低，如果用于電壓源，也就是THDu低，如果用于電流源，也就是THDi低。如果應(yīng)用在一個(gè)模塊化UPS產(chǎn)品里，穩(wěn)定可靠，同時(shí)測(cè)試顯示輸出電壓THDu要降低0.2%。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的I型三電平的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的外管PWM驅(qū)動(dòng)及正負(fù)半周切換信號(hào)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的不含死區(qū)的4個(gè)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例的包含死區(qū)的4個(gè)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，以下所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

常見(jiàn)的三電平拓?fù)溆蠭型三電平和T型三電平兩種，本發(fā)明以I型為例來(lái)闡述，對(duì)T型同樣適用，開(kāi)關(guān)器件以IGBT為例，對(duì)于MOSFET同樣適用，I型半橋拓?fù)湟约伴_(kāi)關(guān)器件電路圖如圖1所示。所述三電平逆變器包括第一開(kāi)關(guān)管Q1、第二開(kāi)關(guān)管Q2、第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4，所述三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法，包括以下步驟：

步驟101：由DSP/ARM/MCU生成不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送，并生成正負(fù)半周切換信號(hào)并發(fā)送，外管PWM驅(qū)動(dòng)及正負(fù)半周切換信號(hào)示意圖如圖2所示；

步驟201：CPLD/FPGA接收所述外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、正負(fù)半周切換信號(hào)，并生成不帶死區(qū)的第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖3所示；

步驟301：CPLD/FPGA產(chǎn)生死區(qū)；即當(dāng)所述外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)為負(fù)半周或正半周時(shí)，驅(qū)動(dòng)生成與所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；如圖4所示；

步驟401：然后輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

由圖3和圖4可見(jiàn)，其中，所述第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)與第三PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。所述不帶死區(qū)的第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)與不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正負(fù)半周切換信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)相同。所述不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正負(fù)半周切換信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)與帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)相同，與所述帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)不同。

由圖4可見(jiàn)，所述帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，延時(shí)高電平信號(hào)的時(shí)間；

所述帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第三PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，延時(shí)高電平信號(hào)的時(shí)間；

所述帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)化為高電平時(shí)，延時(shí)低電平信號(hào)的時(shí)間；

所述帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述第四PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)化為高電平時(shí)，延時(shí)低電平信號(hào)的時(shí)間。

實(shí)施例2

一種三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)，采用實(shí)施例1所述的三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法，其分別與第一開(kāi)關(guān)管Q1、第二開(kāi)關(guān)管Q2、第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4連接，所述系統(tǒng)包括：

第一生成模塊，用于生成不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正負(fù)半周切換信號(hào)；

第一發(fā)送模塊，用于發(fā)送不帶死區(qū)的外管PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正負(fù)半周切換信號(hào)；

第二生成模塊，用于生成不帶死區(qū)的第一PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

第三生成模塊，用于生成帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

第一輸出模塊，用于向三電平逆變器輸出所述第三生成模塊生成的驅(qū)動(dòng)所述第一開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第一開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述第二開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第二開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)所述第三開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第三開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)所述第四開(kāi)關(guān)管的帶死區(qū)的第四開(kāi)關(guān)管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

實(shí)施例3

一種三電平逆變器，電路圖如圖1所示，其包括第一開(kāi)關(guān)管Q1、第二開(kāi)關(guān)管Q2、第三開(kāi)關(guān)管Q3以及第四開(kāi)關(guān)管Q4，以及三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)，所述三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制系統(tǒng)為采用實(shí)施例1所述的三電平逆變器的驅(qū)動(dòng)過(guò)零切換控制方法。

將該三電平逆變器應(yīng)用在一個(gè)模塊化UPS產(chǎn)品里，與常規(guī)方案比較，測(cè)試顯示輸出電壓THDu要降低0.2%；更加穩(wěn)定可靠。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。