[发明专利]一种三电平逆变器的限流控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种三电平逆变器的限流控制方法和装置。

背景技术

逆变器是不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）中的重要组成部分，其可靠性直接决定UPS运行的稳定与否。限流技术是逆变器的一种很重要的保护技术，其能够在逆变器突加重载或输出短路的时候，有效地保护功率开关元件，提高逆变器的抗冲击性。现有的限流技术一般是对电感电流（流过功率开关元件的电流）进行检测，将检测到的电感电流与设定的阈值相比较，并在电感电流超过设定的阈值时产生一个限流保护信号，由硬件或软件关闭功率开关元件，达到保护功率开关元件的作用。当电感电流降到设定的阈值以下时，选择合适时机导通功率开关元件，使功率开关元件按照正常的开关逻辑动作，从而使逆变器继续输出电压。

一般的两电平电路，关闭和导通功率开关元件不需要时序，可以用硬件电路直接实现，而三电平逆变器则一般需要按照一定的时序关闭和导通功率开关元件，因此，通过软件实现关闭和导通三电平逆变器的率开关元件较为灵活和方便。

如图1所示，在典型的I型三电平拓扑结构中，包括四个开关管（以IGBT为例），即位于上桥臂的主开关管Q1和辅助开关管Q2，以及位于下桥臂的主开关管Q4和辅助开关管Q3，或称外管Q1、Q4和内管Q2、Q3。限流封锁的时候，应该先关闭主开关管Q1和Q4，待其可靠封锁后，再封锁辅助开关管Q2和Q3。当电感电流I下降到电流保护阈值以下时，限流信号消失，待限流信号消失之后，选择合适的时机开始解封逻辑，即先强制导通两个辅助开关管Q2和Q3一段时间，等辅助开关管Q2和Q3可靠导通建立起中点电位后，再关闭不必要常通的辅助开关管（如Q3）一段时间后控制Q2和Q3按照正常的开关逻辑动作，然后再导通主开关管Q1和Q4，控制主开关管Q1和Q4按照正常的开关逻辑动作，从而结束限流过程进入正常发波逻辑。

这里所说的合适的时机是指，当限流信号消失的时候，是立刻开始解封逻辑，还是等待PWM的有效沿到来时开始解封逻辑。一般来说，逐波限流是指限流信号消失后，等待PWM的有效沿到来时开始解封逻辑。而对于MOSFET或开关速度足够的IGBT，也可不等PWM的有效沿，一旦确认限流信号消失，就进入解封逻辑，将这种限流方式称为非逐波限流方式。

上述两种限流方式的比较：

（1）逐波限流的方式，在一个开关周期内，只会对主开关管Q1、Q4和辅助开关管Q2、Q3进行一次限流控制，开关管热损小，但在四个开关管都关的时候，电流经正负母线续流，桥臂输出电压为正/负母线电压，电感电流下降斜率大，时间久，输出电压波形差；

（2）非逐波限流的方式，开关管在一个PWM周期内可以开关多次，开关管热损高，但由于不需等待PWM有效沿，只要电感电流I低于阈值就解封开关管，所以电感电流I下降时间短，输出电压波形好；

（3）逐波限流的方式，在输出短路或突加重载等一些工况下，限流控制进入四个开关管都关闭的状态时，以电路带阻性载（即电压电流同相位）工作于输出电压正半周为例，电流从N线依次经过分压电容C2、续流二极管D4、续流二极管D3后输出电感L。也就是说，在之前进行正常发波时正母线给电感充电的能量会向负母线续流给负母线充电（电路工作于输出电压负半周时，情况相反），这会导致正（负）工频周期内，正母线持续往负母线输出能量（或相反），从而导致单边母线电压过高，从而增大损坏开关管的风险。而非逐波限流的方式下，一个PWM波内可能在限流点附近出现多次四个开关管全封的状态，更大的电感电流使得正负母线互灌的现象更严重。

可见，现有的限流技术中，逐波限流的方式具有输出电压波形差以及正负母线能量互灌的缺陷；非逐波限流的方式虽然具有较好的输出电压波形，但是正负母线能量互灌可能更严重，单边母线发生过压的风险大，从而增大了损坏开关管的风险。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种三电平逆变器的限流控制方法和装置，能够输出具有较好波形的电压，减少正负母线能量互灌的现象，有效地对开关管进行保护。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种三电平逆变器的限流控制方法，三电平逆变器至少包括依次串联的四个开关管构成的桥臂，所述四个开关管包括两个主开关管和两个辅助开关管，限流控制方法包括以下步骤：

S1、当桥臂输出的电流大于或者等于限流阈值时，接收到的过流信号生效，先关断所述两个主开关管，然后关断所述两个辅助开关管；