[发明专利]具有短路保护单元的变换器功率模块的保护控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变换器功率模块的控制方法，尤其涉及一种具有短路保护单元的变换器功率模块的保护控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

功率半导体模块近年来在国内外得到了广泛的应用，目前市场上的低压两电平变频器所用的都是功率模块。在功率模块得到广泛应用的同时，为了提高产品可靠性，人们越来越重视功率模块的保护。应用实践表明短路是功率模块在功率电路中经常发生的故障，同时也是功率模块损坏的主要原因之一。功率模块是高频开关器件，芯片内部电流密度非常大，当发生短路时其内部温度迅速升高，导致器件损坏。因此对于功率模块的短路保护响应必须迅速。

然而大部分变换器功率模块的保护单元存在一定范围的保护盲区。保护盲区是指：功率模块的保护单元短路保护电路缓冲时间造成功率模块的保护单元保护动作不及时，以及（或者）由于某些外在原因使短路电流的上升率比较缓慢，从而造成在功率模块的保护单元保护动作之前，模块就已经由于长时过载而损坏了。

对于上述后一种保护盲区，出现这种情况可能的原因有两种：一是由于负载侧短路回路有电感的存在，使短路电流上升速度较缓慢，经过一段较长时间上升到功率模块的保护单元设定的保护阈值，从而触发短路保护，此时功率模块很大可能因长时间承受短路电流使其内部结温迅速升高而损坏。

二是在负载侧短路回路上连续输出开通小脉宽时，短路电流上升速度受到限制，很大可能造成短路电流在达到功率模块的保护单元阈值之前功率模块便因长时间承受短路电流使其内部结温迅速升高而损坏。

例如，变换器在接收到输出PWM波命令后，进行PWM波输出时，若输出回路存在短路现象，那么在开始输出一段时间内存在上述前一种保护盲区和后一种保护盲区的第二个原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具有短路保护单元的变换器功率模块的保护控制方法，能够防止负载侧短路回路上连续输出小脉宽时，由于短路电流上升速度受到限制而导致的短路保护单元无法及时产生作用的风险，提高变换器的安全性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种具有短路保护单元的变换器功率模块的保护控制方法，所述变换器采用三相两电平空间矢量调制方式，通过PWM控制单元输出PWM波对变换器功率模块的开通与关断进行控制，在接收到输出PWM波的命令后，PWM控制单元选取任意两种非互补的基本电压空间矢量，将其首次参与输出调制时的脉宽均调整为一预设脉宽，该预设脉宽大于或等于短路保护单元的检测时间；如在该预设脉宽的开通时间内，短路保护单元未产生保护动作，则输出后续PWM波，若在该预设脉宽的开通时间内，短路保护单元产生保护动作，则封锁PWM波输出。

优选地，所述预设脉宽比所述短路保护单元的检测时间大1～2                                               。

本发明由于采用上述技术方案，变换器接收到输出PWM波的命令后，能使短路保护功能有效地检测出输出侧任意两相短路情况，进而有效保护功率模块，能有效的避免变换器接收到输出PWM波命令时由于短路未能及时检测出，而造成故障扩大化的情况发生。

附图说明

图1为三相变换器的基本电路拓扑；

图2为非零状态基本电压空间矢量图；

图3为基于芯片HCPL-316J的短路保护电路图；

图4为实施例一中的空间矢量PWM波形；

图5为实施例二中的空间矢量PWM波形。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。

本发明的发明思路是当三相两电平调制的变换器接收到输出PWM波的命令后，PWM控制单元从6个非零基本电压空间矢量中选取两种非互补的基本电压空间矢量，并改变这两个基本电压空间矢量的调制策略，将其首次参与输出调制时的脉宽调整为一预设脉宽Tmin，该预设脉宽Tmin大于或等于所述短路保护单元的检测时间；若负载侧存在短路情况，则在该预设脉宽Tmin的开通时间内，短路电流迅速上升至变换器功率模块短路保护单元的有效检测电流值，短路保护单元动作，封锁PWM波输出；如负载侧不存在短路情况，则短路保护单元不产生保护动作，此时PWM控制单元输出后续PWM波，正常控制变换器功率模块的开通与关断。