一种消除三电平开关死区影响的开关驱动方法-有附图-发明(修订)(共11页)

1、 PAGE 4说 明 书 摘 要本发明涉及(shj)一种消除中点箝位式三电平(din pn)拓扑(tu p)开关死区影响的开关驱动方法，三电平拓扑的每相桥臂包括四个开关管，所述开关驱动方法包括以下步骤：1）检测每相的当前电流方向；2）分别判断各相电流方向是否为设定的正向，若是，则执行步骤3），若否，则执行步骤4）；3）将对应相的第三、第四个开关管提前关断、延时开通；4）将对应相的第一、第二个开关管提前关断、延时开通。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、有效节省处理器计算资源等优点。摘 要 附 图权 利 要 求 书1一种消除三电平(din pn)开关死区影响的开关驱动方法，三电平开关的每相桥臂

2、包括四个开关管，其特征在于，所述开关驱动方法包括以下步骤：1）检测每相的当前电流(dinli)方向；2）分别判断各相电流方向是否为设定的正向(zhn xin)，若是，则执行步骤3），若否，则执行步骤4）；3）将对应相的第三、第四个开关管提前关断、延时开通；4）将对应相的第一、第二个开关管提前关断、延时开通。2根据权利要求1所述的消除三电平开关死区影响的开关驱动方法，其特征在于，所述步骤3）和步骤4）中，提前关断的提前时间与延时开通的延时时间相等。3根据权利要求2所述的消除三电平开关死区影响的开关驱动方法，其特征在于，所述提前关断的提前时间与延时开通的延时时间均为：其中，是IGBT关断延时的最大

3、时间，是IGBT开通延时的最小时间。4根据权利要求1所述的消除三电平开关死区影响的开关驱动方法，其特征在于，所述开关驱动方法由数字集成电路实现。5根据权利要求4所述的消除三电平开关死区影响的开关驱动方法，其特征在于，所述数字集成电路为CPLD。说 明 书一种消除三电平开关(kigun)死区影响的开关驱动方法技术(jsh)领域本发明涉及(shj)一种三电平（中点钳位式）变流器IGBT驱动方法，尤其是涉及一种消除三电平开关死区影响的开关驱动方法。背景技术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

4、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。在三电平NPC拓扑中为了防止某一桥臂直通，要在桥臂的一管与三管、二管与四管之间加上死区时间，这样就会使输出的电压波形有一定的畸变。为了消除这种死区时间导致的电压畸变本发明提出了基于该拓扑的一种死区消除方法，通过检测三相电流流向，合理的安排开关动作以达到消除死区对输出电压的影响。发明内容本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制精度高、节省计算资源的消除三电平开关死区影响的开关驱

5、动方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种消除三电平开关死区影响的开关驱动方法，三电平开关的每相桥臂包括四个开关管，所述开关驱动方法包括以下步骤：1）检测每相的当前电流方向；2）分别判断各相电流方向是否为设定的正向，若是，则执行步骤3），若否，则执行步骤4）；3）将对应相的第三、第四个开关(kigun)管提前关断、延时开通；4）将对应相的第一、第二个开关(kigun)管提前关断、延时开通。所述步骤3）和步骤4）中，提前关断的提前时间与延时开通(kitng)的延时时间相等。所述提前关断的提前时间与延时开通的延时时间均为：其中，是IGBT关断延时的最大时间，是IGBT开通延时的最小时间。

6、所述开关驱动方法由数字集成电路实现。所述数字集成电路为CPLD。与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过检测三相电流流向，合理的安排开关动作，消除了死区对输出电压的影响，无需计算死区对输出电压具体的造成了多大的影响，提高了控制精度，节省了控制芯片的计算资源。2、本发明死区控制策略完全可以用CPLD来实现，和调制方法没有关系，通用性比较高，便于实现。附图说明图1为三电平NPC的拓扑结构示意图；图2为各桥臂的开关状态示意图；其中，（2a）为1状态示意图，（2b）为0状态示意图，（2c）为-1状态示意图；图3为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为正时的电流流通回路示意图；其中，（3a）为1状态下

7、的电流流通回路，（3b）为0状态下的电流流通回路，（3c）为-1状态下的电流流通回路；图4为各桥臂的三种开关状态下、电流方向为负时的电流流通回路示意图；其中，（4a）为1状态下的电流流通回路，（4b）为0状态下的电流流通回路，（4c）为-1状态下的电流流通回路；图5为现有技术中不同情况下理想的驱动信号和加了死区的驱动信号的波形示意图；其中，（5a）为电流方向为正时(zhn sh)的波形示意图，（5b）为电流方向为正时的波形示意图；图6为采用(ciyng)本发明方法在不同情况下理想的驱动信号和加了死区的驱动信号的波形示意图；其中，（6a）为电流(dinli)方向为正时的波形示意图，（6b）为电流

8、方向为正时的波形示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。三电平NPC的拓扑结构如图1所示，、为IGBT开关管。以第一相桥臂为例，如图2所示，三电平NPC的每一个桥臂有三种状态1,0,-1，并且在每一个开关周期只能是相邻两个状态之间切换，即0状态和1状态切换或者0状态和-1状态之间切换。假设如图2所示的电流方向为正，与之相反为负。当电流为正的时候三种开关状态下电流流通回路如图3所示。由图3可知：当0的时候，无论桥臂为1,0,-1中的哪一种状态，开关管,都不

9、流过电流，也就是说无论给什么样的驱动信号,都处于关断状态，都不影响输出电压，在电流方向能准确测得的情况下我们可以在0时令,处于关断状态，而,按照理想的开关时刻来开通和关断，这样就消除死区时间对输出电压波形引起的影响。当电流为负的时候三种开关状态下电流流通回路如图4所示，当0时令,处于关断状态，而,按照理想的开关时刻来开通和关断，这样就消除死区时间对输出电压波形引起的影响。由三电平拓扑的调制方法可知每个开关周期内每个桥臂只能在相邻的状态之间切换，如图5所示为不同情况下理想的驱动信号和加了死区的驱动信号对死区的影响，实际输出电压与理想电压相比有一个误差电压，令这个电压为，则可以表示如下： （1）上

10、式中，为死区时间(shjin)，为IGBT的开通(kitng)延时，为IGBT的关断延时；载波(zib)频率，为载波周期。通过上述的分析可以知道加入死区后的实际输出电压可以表示为：由上述分析可得：死区引起的输出电压偏差和流经该桥臂的电流方向和死区时间有关系，所以电流方向的精确检测很关键，如果电流方向检测是错误的那么死区补偿会适得其反。根据上述分析可知在确定电流方向的情况系可以让没有电流流过的开关管一直关断，但是这样就要求必须准确的检测每一相电流的方向，在电流过零点由于传感器的误差会导致电流方向检测会在正负来回跳动影响死区补偿，所以在此我们不是让没有电流流过的管子一直关断而是提前一个死区时间开通

11、、延迟一个死区时间关断，这样即使在电流方向检测不准确的时候不至于有太大的输出电压误差，具体的波形图如图6所示。由于桥臂电路存在对称性在此就不具体分析N-O-N情况下的波形图了，下面分析优化后的驱动信号对输出电压的影响：由上述的分析我们可以知道，实际输出电压与理想电压相比有一个误差电压，令这个电压为，则在新型死去策略下可以表示如下： （2）上式中；载波频率。对比式（1）我们可以看出在这种死区策略下我们使误差电压减少了大大减小了死区时间对输出电压波形的影响。根据前面的分析，本实施例的消除三电平开关死区影响的开关驱动方法可由CPLD等数字集成电路实现，包括以下步骤：1）检测每相的当前电流方向；2）分

12、别判断各相电流方向是否为设定的正向(zhn xin)，若是，则执行步骤3），若否，则执行步骤4）；3）将对应相的第三、第四个开关(kigun)管提前关断、延时开通；4）将对应相的第一、第二个开关管提前(tqin)关断、延时开通。步骤3）和步骤4）中，提前关断的提前时间与延时开通的延时时间均为：其中，是IGBT关断延时的最大时间，是IGBT开通延时的最小时间。如图1所示，根据上述步骤，本实施例的死区控制策略如下：当0的时候,提前关断延时开通，当0的时候,提前关断延时开通，当0的时候,提前关断延时开通，当0的时候,提前关断延时开通。说 明 书 附 图图1 （2a） （2b） （2c）图2 （3a） （3b） （3c）图3 （4a） （4b） （4c）图4（5a） （5