用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法及橋臂邏輯單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法及橋臂邏輯單元。
【背景技術(shù)】
[0002]由于市場(chǎng)對(duì)于成本、并網(wǎng)特性、電能質(zhì)量等多種因素的要求，多電平已成為風(fēng)電變流器的主流發(fā)展方向。與兩電平拓?fù)湎啾龋娖酵負(fù)淇梢杂行U(kuò)展開(kāi)關(guān)功率器件在電壓上的工作范圍，在相同功率下，電壓的升高意味著電流的降低，而電流和損耗相關(guān)，所以采用三電平拓?fù)涞淖兞髌饕话愣季哂械统杀?，高效率的?yōu)勢(shì)。另外，在相同器件開(kāi)關(guān)頻率下，三電平拓?fù)渚哂懈玫闹C波表現(xiàn)，從而對(duì)電網(wǎng)更友好，可以節(jié)省額外的電網(wǎng)濾波設(shè)備或?yàn)V波器件。
[0003]然而，在三電平拓?fù)渲校總€(gè)單橋臂上均有四個(gè)獨(dú)立的功率器件(如IGBT)，這種多自由度的系統(tǒng)容易因?yàn)楦蓴_或邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，出現(xiàn)故障甚至損毀的后果。所以三電平橋臂對(duì)其接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有嚴(yán)格要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于，提供一種用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法及橋臂邏輯單元，能夠使得輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)符合三電平橋臂的開(kāi)關(guān)規(guī)則要求，從而有效地消除干擾及器件差異對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的影響，保證三電平橋臂正常工作。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法，所述二極管鉗位型三電平橋臂的一個(gè)橋臂包括四個(gè)IGBT和與其一一對(duì)應(yīng)的四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器，并且在系統(tǒng)控制器與底層驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)置有橋臂邏輯單元，所述橋臂邏輯單元具有用于接收來(lái)自所述系統(tǒng)控制器的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)輸入端和向所述四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器發(fā)出輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端均具有對(duì)上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)鎖存功能，
[0006]所述輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為四位并行電平信號(hào)，所述電平信號(hào)至少包括用于驅(qū)動(dòng)IGBT開(kāi)通的開(kāi)通電平信號(hào)和用于驅(qū)動(dòng)IGBT關(guān)斷的關(guān)斷電平信號(hào)，
[0007]所述橋臂邏輯單元至少具有穩(wěn)定處理狀態(tài)、死區(qū)處理狀態(tài)和開(kāi)通處理狀態(tài)，所述方法包括:
[0008]在所述穩(wěn)定處理狀態(tài)下，進(jìn)行如下處理:
[0009]獲取當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0010]將所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，如果所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同，則判斷當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量是否多于所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量，
[0011]如果所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量多于所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量，則進(jìn)入所述死區(qū)處理狀態(tài)，
[0012]在所述死區(qū)處理狀態(tài)中，進(jìn)行如下處理:
[0013]等待預(yù)設(shè)的死區(qū)時(shí)間，進(jìn)入開(kāi)通處理狀態(tài)，
[0014]在所述開(kāi)通處理狀態(tài)中，進(jìn)行如下處理:
[0015]根據(jù)所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選擇需要開(kāi)通的IGBT，將所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中相應(yīng)的位變更為開(kāi)通電平信號(hào)，等待預(yù)設(shè)的第一窄帶脈沖抑制時(shí)間，然后進(jìn)入所述穩(wěn)定處理狀態(tài)。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種用于二極管鉗位型三電平橋臂的橋臂邏輯單元，所述二極管鉗位型三電平橋臂的一個(gè)橋臂包括四個(gè)IGBT和與其一一對(duì)應(yīng)的四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器，并且在系統(tǒng)控制器與底層驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)置有橋臂邏輯單元，所述橋臂邏輯單元具有用于接收來(lái)自所述系統(tǒng)控制器的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)輸入端和向所述四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器發(fā)出輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端具有對(duì)上一周期的輸出信號(hào)鎖存功會(huì)泛，
[0017]所述輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為四位并行電平信號(hào)，所述電平信號(hào)至少包括用于驅(qū)動(dòng)IGBT開(kāi)通的開(kāi)通電平信號(hào)和用于驅(qū)動(dòng)IGBT關(guān)斷的關(guān)斷電平信號(hào)，
[0018]所述橋臂邏輯單元至少具有穩(wěn)定處理狀態(tài)、死區(qū)處理狀態(tài)和開(kāi)通處理狀態(tài)，所述橋臂邏輯單元包括:
[0019]穩(wěn)定狀態(tài)處理模塊，用于在所述穩(wěn)定處理狀態(tài)下，進(jìn)行如下處理:
[0020]獲取當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0021]將所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，如果所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同，則判斷當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量是否多于所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量，
[0022]如果所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量多于所述上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的開(kāi)通電平信號(hào)的數(shù)量，則進(jìn)入所述死區(qū)處理狀態(tài)，
[0023]死區(qū)狀態(tài)處理模塊，用于在所述死區(qū)處理狀態(tài)中，進(jìn)行如下處理:
[0024]等待預(yù)設(shè)的死區(qū)時(shí)間，進(jìn)行開(kāi)通處理狀態(tài)，
[0025]開(kāi)通狀態(tài)處理模塊，用于在所述開(kāi)通處理狀態(tài)中，進(jìn)行如下處理:
[0026]根據(jù)所述當(dāng)前輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選擇需要開(kāi)通的IGBT，將上一周期的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)中相應(yīng)的位變更為開(kāi)通電平信號(hào)，等待預(yù)設(shè)的第一窄帶脈沖抑制時(shí)間，然后進(jìn)入所述穩(wěn)定處理狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例提供的用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法及橋臂邏輯單元，通過(guò)分別在橋臂邏輯單元的穩(wěn)定處理狀態(tài)、死區(qū)處理狀態(tài)或開(kāi)通處理狀態(tài)下，進(jìn)行與所處的處理狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的處理，能夠在上述多種處理狀態(tài)之間切換，輸入端和輸出端均兼容了死區(qū)處理狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且在輸出端實(shí)現(xiàn)了窄脈沖抑制，從而能夠使得輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)符合三電平橋臂的開(kāi)關(guān)規(guī)則要求，并有效地消除了干擾及器件差異對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的影響，保證三電平橋臂正常工作。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的二極管鉗位型三電平單橋臂的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法的流程示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法的流程示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的用于二極管鉗位型三電平橋臂的橋臂邏輯單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例用于二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)方法及橋臂邏輯單元進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的二極管鉗位型三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖，參照?qǐng)D1，二極管鉗位型三電平單橋臂包括:四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器、四個(gè)IGBT，以及兩個(gè)二極管單元和兩個(gè)電容單元。三電平橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由系統(tǒng)控制器根據(jù)系統(tǒng)電壓電流產(chǎn)生，通過(guò)橋臂邏輯單元處理后向四個(gè)底層驅(qū)動(dòng)器發(fā)出輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再由底層驅(qū)動(dòng)器向與其一一對(duì)應(yīng)的IGBT輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使橋臂交流輸出點(diǎn)電位分別等于正直流母線、負(fù)直流母線或直流母線中點(diǎn)的電位。輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)按第一個(gè)IGBT，第二個(gè)IGBT，第三個(gè)IGBT，第四個(gè)IGBT的順序描述，用I表示輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，用O表示輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平(一般而言，高電平作為開(kāi)通電平信號(hào)，低電平作為關(guān)斷電平信號(hào))，則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有以下工作狀態(tài):1100時(shí)，交流輸出點(diǎn)電位為正直流母線電位；0110時(shí)，交流輸出點(diǎn)電位為直流母線中點(diǎn)電位；0011時(shí)，交流輸出點(diǎn)電位為負(fù)直流母線電位。因?yàn)镮GBT在接收到關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)到實(shí)際關(guān)斷，會(huì)有一定時(shí)間的延遲。所以以上三種輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間相互切換時(shí)，需要中間狀態(tài)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該中間狀態(tài)一般被稱為死區(qū)狀態(tài)，具體地，0100是1100和0110相互切換的死區(qū)狀態(tài)；0010是0110和0011相互切換的死區(qū)狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用中，有些系統(tǒng)控制器不發(fā)出進(jìn)入死區(qū)狀態(tài)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此外，起始工作狀態(tài)或終止工作狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為0000。橋臂邏輯單元還會(huì)從底層驅(qū)動(dòng)器接收故障信號(hào)，或是從系統(tǒng)控制器接收停止信號(hào)，此時(shí)需進(jìn)入停止過(guò)程，其對(duì)應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為0000。
[0034]除以上六種輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，其它的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)形式均為錯(cuò)誤信號(hào)，例如輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為1000，若底層驅(qū)動(dòng)器按此執(zhí)行，將導(dǎo)致第一個(gè)或第二個(gè)IGBT過(guò)壓擊穿。比如輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為1110，將導(dǎo)致第四個(gè)IGBT過(guò)壓擊穿。再比如輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為1111，將導(dǎo)致某只IGBT過(guò)流燒毀等。這也要求在故障保護(hù)時(shí)必須先保證第一個(gè)IGBT和第四個(gè)IGBT的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為0，再使第二個(gè)IGBT和第三個(gè)IGBT的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為O。IGBT在開(kāi)通時(shí)，有些起始狀況會(huì)伴隨著鄰近二極管的反向恢復(fù)過(guò)程，如果IGBT開(kāi)通的時(shí)間很短，將導(dǎo)致IGBT需要關(guān)斷反向恢復(fù)電流和交流輸出電流的和，此時(shí)將出現(xiàn)關(guān)斷過(guò)電壓損壞此IGBT，反向恢復(fù)電流消失的時(shí)間取決于IGBT反并二極管的特性。一般把驅(qū)動(dòng)信號(hào)至少要維持一定時(shí)間稱為窄脈沖抑制。在二極管鉗位型三電平變流器中，特別是功率大于10kW的變流器，